水地源热泵应用与设计选型.ppt

水(地)源热泵系统应用与设计选型,2011年5月-金建明,水地源热泵系统的基本设计,设计原则,系统节能原则是系统节能，不是机组节能减少5%的能耗也是节能自动能量调节控制系统是必备的系统,整体设计原则设计水地源热泵系统不是只设计中央空调机房室内换热器系统要考虑多种形式,因地制宜原则做好现场的地质勘察时项目成功的基础要考虑系统长期运行的可靠性,水地源热泵系统分为：A、开式系统B、闭式系统开式系统分为：A、地下水系统B、地表水系统C、再生污水闭式系统分为：A、垂直埋管B、水平埋管C、闭式地表水,水地源热泵系统的基本设计,水环热泵系统简介,水环热泵产品-系统介绍,水环热泵产品-系统介绍,水环热泵系统图,制冷运行制冷季节或者内区,循环水系统,冷却塔循环水温高于设定温度时运行,制热运行采暖季节,辅助加热设备循环水温低于设定温度时运行,理想状态：循环水内部冷热负荷平衡,水环热泵产品-系统介绍,水环热泵系统原理,冷却塔,加热器,所有机组制冷运行冷却塔开启加热器关闭水环温度3034C,机组制冷运行,水环热泵产品-系统介绍,夏季运行原理,机组制冷运行,机组制热运行,部分机组制冷运行部分机组制热运行冷却塔关闭加热器关闭水环温度1332C,冷却塔,加热器,水环热泵产品-系统介绍,过渡季节运行原理,内区无制冷需求冷却塔关闭加热器开启机组处于制热状态水环温度1320C,冷却塔,加热器,机组制热运行,水环热泵产品-系统介绍,冬季运行原理,机组运行范围1.EWS/EDS系列夏季工况：进出水温35/30，最高进水温度40；冬季工况：进出水温20/15，最低进水温度5；2.EWD/EDK系列夏季工况：进出水温35/30，冬季工况：进出水温20/15；3.EWH系列夏季工况：进出水温35/30，最高进水温度40；冬季工况：进出水温20/15，最低进水温度5；注：以上工况为供参考标准工况,水环热泵产品选型-参考标准工况,选型举例：某大楼，某办公室，经负荷计算，需要制冷量3.9KW，制热量3.9KW；水环系统机型选择：1.整体卧式水源热泵机组EWH04H:制冷量3.9KW,制热量4.26KW;夏季工况：进出水温35/30，冬季工况：进出水温20/15；2.分体式水源热泵机组EWS/EDS35A/H:制冷量3.4KW,制热量3.75KW夏季工况：进出水温35/30，冬季工况：进出水温20；3.分体吸顶式水源热泵机组AWK/EWS40A/H:制冷量4.49KW,制热量4.52KW夏季工况：进出水温35/30，冬季工况：进出水温20；4.选择其他设备:冷却塔,水泵,锅炉,水环热泵产品选型-参考标准工况,水环热泵系统与传统集中式空调系统对比,水环热泵产品-系统对比,水环热泵空调系统,传统集中式空调系统,没有机房，提高用户空间使用率,必须设置机房，浪费用户空间,水环热泵产品-系统对比,与传统集中式系统对比-1,需用机房,无需机房,没有冷水系统，节省用户初投资,需要冷水系统，增加用户初投资,水环热泵空调系统,传统集中式空调系统,水环热泵产品-系统对比,与传统集中式系统对比-2,初投资低,初投资高,分期投资，降低用户投资风险,一次投资，浪费用户宝贵资金,水环热泵空调系统,传统集中式空调系统,水环热泵产品-系统对比,与传统集中式系统对比-3,一次性投资,可分期投资,分户计量，用户放心用电,平摊电费，用户无法接受,水环热泵空调系统,传统集中式空调系统,水环热泵产品-系统对比,与传统集中式系统对比-4,平均分摊电费,单独计量,方便维修，影响用户少,维修困难，影响用户多,水环热泵空调系统,传统集中式空调系统,水环热泵产品-系统对比,与传统集中式系统对比-5,影响用户少,影响用户多,冷热随人，用户舒感觉舒适,无法选择，用户忍受环境,水环热泵空调系统,传统集中式空调系统,水环热泵产品-系统对比,与传统集中式系统对比-6,可同时供冷供热,不可同时供冷供热,21:00Closed,随时使用，用户感觉方便,定时使用，用户无法接受,21:00Closed,21:00Closed,水环热泵空调系统,传统集中式空调系统,水环热泵产品-系统对比,与传统集中式系统对比-7,随时使用,定时使用,水环热泵系统与变频多联空调系统对比,水环热泵产品-系统对比,水环热泵空调系统,变频多联空调系统,PVC水管价格低廉，节约用户初投资,冷媒铜管价格高，增加用户初投资,水环热泵产品-系统对比,与变频多联系统对比-1,初投资低,初投资高,水环热泵空调系统,变频多联空调系统,成品出厂，严格检测，质量有保障,半成品出厂，现场安装，无法保障质量,水环热泵产品-系统对比,与变频多联系统对比-2,质量保障高,质量保障低,水环热泵空调系统,变频多联空调系统,水环流量易于均衡分配，用户感觉舒适,冷媒流量不易分配，有些用户感觉不舒适,水环热泵产品-系统对比,与变频多联系统对比-3,易于分配流量,无法合理分配流量,水环热泵空调系统,变频多联空调系统,冷却塔数量少易于布置，建筑美观,VRV外机数量多难布置，影响建筑美观,水环热泵产品-系统对比,与变频多联系统对比-4,量少易放置,量多难放置,水环热泵空调系统,变频多联空调系统,水系统输送冷热量，不受距离影响,VRV冷媒管距离过长，冷热量衰减严重,150M,水环热泵产品-系统对比,与变频多联系统对比-5,适用场所广,适用场所受限,水环热泵空调系统,变频多联空调系统,不受气候影响，冷热由用户自己选择,低温制热效果差，无法满足供热要求,水环热泵产品-系统对比,与变频多联系统对比-6,不受气候影响,跟气候相关联,水环热泵空调系统,变频多联空调系统,维护简单，对其他用户影响小,维修复杂，影响其他用户,水环热泵产品-系统对比,与变频多联系统对比-7,影响范围小,影响范围大,国内部份工程项目介绍,南京奥体中心位于江苏省南京市，是中国第十届全国运动会的主会场，由江苏省政府直接投资。南京奥体中心总建筑面积达120000m2，其中主体育场的室内部分如：贵宾区、运动员休息区、商业服务区等全部采用欧威尔空调（中国）有限公司的高静压分体式水源热泵机组，冷媒为环保冷媒R407c，共计576套（EWD/EDK56H56套，EWD/EDK45H32套，EWD/EDK40H22套，EWD/EDK32H61套，EWD/EDK24H85套，EWD/EDK18H157套，EWS/EDS140H163套）。系统采用开式冷却塔配板式换热器作为冷源，采用锅炉作为辅助热源。项目建成时间：2004年9月。,南京奥体中心,北京世纪科贸大厦（Tri-Tower）,项目地址：世纪科贸大厦位于北京市海淀区北四环保福寺立交桥东南角（北距清华大学约500米），占据中关村金融走廊之重要门户；位于中国知识商业区内；中关村之快行枢纽。项目特色：世纪科贸大厦是中关村核心区罕有的高度超百米的摩天建筑。其中A、B座建筑主体高度103米，C座建筑主体高度83米。整个建筑由三座简洁的方塔构成，独特的“三联塔”造型，配以独特的带状幕墙设计，使整个大厦成为一个玻璃晶体。总建筑面积：126000m2。其中地上14层（裙房）为商业区，4层以上为办公区。开发商：北京市保福房地产开发有限公司。承建商：北京中铁建设有限公司系统类型：共采用了欧威尔水源热泵机组EWS/EDS共698套。,北京五棵松大厦,五棵松大厦位于北京市海淀区西四环五棵松桥的西北角（西长安街沿线），紧邻08年奥运场馆。五棵松大厦是西长安街沿线较为高档的写字楼。地下三层，地上十二层。方型构成，配以独特的幕墙设计，使整个大厦成为一个玻璃晶体。总建筑面积：50766m2。其中地下三层为车库及设备用房、地下二层为库房及食堂，地下一层为商业用房，地上一层为商业用房，二层至十二层为写字楼办公用房。五棵松大厦共采用欧威尔空调（中国）有限公司分体式水源热泵机组419套。安装时间：2008年,特点：直接取水，避免中间传热损失，安装简单，需水处理,由于开式地表水换热系统取水水质较差，应充分考虑水中杂质、含沙量、微生物等因素对水泵和换热器的影响,地表水式室外换热系统的设计,开式地源热泵系统的基本设计,地表水的温度受气温影响较大，应注意在做机组选型时一定要按实际工况选型,对于流速较低的水域，取水口和排水口位置应尽量远离,取水点深度最好在4-10米以下,地表水源热泵系统,地表水源热泵系统,千岛湖2月份水温,室内负荷计算室外水文调查确定冷却水需求量确定总管尺寸(即供水管的起始端、排水管的末端)，根据管路总流量确定总管管径确定回水立管管径计算开式系统并联管路的压力损失选择潜水泵型号选择需要的管件确定管道保温层的厚度,开式环路地表水系统设计,水源热泵机组的变工况性能,特点：闭式循环，不受水质影响，施工难度大，占地面积大,潜水式地埋管室外换热系统的设计,闭式地源热泵系统的基本设计,盘圈式换热器，适用于动态水体排圈式换热器，适用于静态水体,地表水源热泵系统,地表水源热泵系统,地表水源热泵系统,地表水源热泵系统,闭式地表水源热泵系统的基本设计,按总散热量和吸收热量较大值做为管长设计依据,潜水式地埋管换热器埋设要求:水深:大于1.5米，建议在4米以下每个盘圈式换热器热当量：1冷吨10个为一组每个排圈式换热器换热当量：1冷吨5个为一组每个盘圈式换热器间距：5m,换热器排架的底部应安装衬垫物,盘圈式160-200米为一盘，可换热1冷吨，水平10盘为一盘架，10冷吨为一组。,排圈式8-10米间距，排圈间距25cm。,地表水取水设计注意事项,地表水取水设计应考虑环境保护问题，冷热交替问题，冷热平衡问题。取水温差过大会破坏生态环境取水、排水口位置不当机组运行效率会降低取水区域不当会损坏换热盘管,海水源热泵系统,毛细管网海水源能量采集器,毛细管网设置海水体中作为海水源热泵前端换热器，收集或释放热量。毛细管网耐腐蚀寿命长，水体中换热效果好，开式系统变成封闭循环系统，不需要直接抽水，减少了水处理等运行维护费用及水泵扬程。,海水温度差异较大海水含盐高海洋生物潮汐和波浪泥砂淤积,海水源热泵系统的特殊问题,防垢防腐防生物粘泥防止海水腐蚀和防治海生生物污水的防堵塞与防腐蚀,热源循环水系统的水处理措施,污水源热泵技术的国内外发展现状,20世纪80年代以来，美国、日本等国家相继建立了一批大型城市污水源热泵系统。从开始时单机容量仅几兆瓦已发展至今单机容量达30MW，单个项目总装机容量达160MW。以瑞典为例，到1987年已有约100座热泵站投入运行，总供热能力达到1200MW，已成为世界上应用大型污水源热泵的代表国家之一。大型城市污水源热泵系统在国外已有十几年的运行历程，已形成一套较完备的技术和经验。,我国目前也已实施多个项目的城市污水源热泵，如北京高碑店污水处理厂、北小河污水处理厂、卢沟桥污水处理厂、秦皇岛海港区污水处理厂利用污水二级出水实施了几个项目，哈尔滨马家沟、哈尔滨望江宾馆、哈尔滨太古商城、大庆恒茂商城等利用原生污水实施了几个项目，均取得了较好的效果。,污水源热泵技术的国内外发展现状,城市污水是工业废水与生活污水的总和，是城市余热型可再生性清洁能源，包括城市原生污水与二级出水，是一种理想的低位冷热源。作为热泵空调冷热源具有如下特点：(1)城市污水水量为城市供水量的85以上，数量巨大，据2005年国民经济和社会发展统计公报显示：我国2005年全年城市污水排放量达359.52亿立方米，城市污水处理率达48.4。(2)城市污水水温相对较高且其随季节变化幅度较小，通常在10以内，具有冬暖夏凉的特点，温度全年在1025之间，适合暖通空调冬夏两季制热及制冷双工况运行，供暖时水温较地下水温高35，制冷时较空气温度低1015。,污水源热泵系统,(3)作为城市废热之一，城市污水占城市区域废热百分比很高，日本东京占近40%，我国各城市所占比例在10一16之间，是城市废热回收潜力最大的部分。(4)城市污水是载热水体，热容量大，相对空气源、土壤源而言，换热设备具有很高的传热效率，热泵空调系统运行效率高，空气源、土壤源热泵制热系数在3.5以下，而污水源热泵可高达4.5甚至以上。,污水源热泵系统,(5)城市污水量大面广，在市区内既可分散性小规模应用，也可建设大型热泵站，系统机组装机容量可在100kW-2000kW之间，甚至更大。开发利用城市污水作为热泵冷热源为建筑物供暖空调不仅具有节能环保效益，而且符合生态建筑的发展趋势。(6)城市污水能源区域分布优越。我国能源资源分布不均煤炭等矿产资源有60%分布在华北，水力资源有70分布在西南，而经济发达、工业和人口比较集中(约占全国人口总数的37)的南方八省市的能源却比较缺乏，煤炭量仅占全国2，水力资源仅为10%。而城市污水热能分布于各大中城市市区内，与人口及城市工业化程度成正比，将城市污水作为一种新能源，在适当优化能源结构的同时，缓解了能源缺乏及分布的不均匀性问题。,污水源热泵系统,污水源热泵系统,污水源热泵系统,污水源热泵系统,污水流经管道和设备(换热设备、水泵等)时，在换热表面上易发生积垢、微生物贴附生长形成生物膜、污水中油贴附在换热面上形成油膜，漂浮物和悬浮固形物等堵塞管道和设备的入口。其最终的结果是出现污水的流动阻塞和由于热阻的增加而恶化传热过程。由于设备结垢导致机组耗功增加。所以，在设计中一定要选择能效比高的机组。,污水源热泵系统的特殊问题,由于污水流动阻塞使换热设备流动阻力不断增大，引起污水量的不断减少，同时传热热阻的不断增大，又引起传热系数的不断减小，其供热量随运行时间的延长而衰减。污水源热泵机组的运行稳定性比其它水源热泵差。在系统设计中应考虑稳定性环节。,污水源热泵系统的特殊问题,污水源热泵系统的特殊问题,由于污水的流动阻塞使污水源热泵的运行管理和维修工作量大，应该预留一定的维护空间。例如，为了改善污水源热泵运行特性，换热面需要每日36次水力冲洗，污水流动过程中，流量呈周期性变化，周期为一个月，周期末对污水换热器进行高压反冲洗。,水源系统的水处理方法,水源热泵机组的水源可使用程度总体上用两大指标来衡量，即水质指标和水温指标。水质指标指的是水的浊度、硬度以及藻类和微生物。水温指标指的是水源在冬、夏季的温度状况。,地表及浅层的水源一般都是生水。它们需经过水处理后方可送入机组使用。水处理方法主要有：除砂除铁化学方法(俗称加药)静电处理磁化处理离子交换高频电子,水源系统的水处理方法,根据对水源是直接利用还是间接利用，选择配有合适的制冷剂/水换热器的机组。板式换热器换热效率高，但它对水质的要求也很高。对水源水间接利用的系统中可选择用板式制冷剂/水换热器的机型。壳管式换热器的防堵能力较强。对水源水直接利用的系统，可选择用壳管式制冷剂/水换热器的机型。对于含盐浓度高，有腐蚀性物质的水源，选择机组时，其换热器一定要耐腐蚀。,水源热泵机组的选择,水源热泵机组的选择,根据水源热泵机组的实际运行工况和其特性曲线(或性能表)，选用水源热泵机组根据设计负荷选择热泵机组，机组的制冷量不应小于峰值冷负荷的95%，也不应超过峰值冷负荷的125%。机组制热量一般应比设计热负荷大一些。,进水温度取决于所选择的系统类型例如，当采用地下水时其额定制冷工况的进水温度为18，额定制热工况的进水温度为15；当采用地表水时其额定制冷工况的进水温度为25，额定制热工况的进水温度为0。,水源热泵机组的选择,闭式地源热泵系统的基本设计,闭式地埋管空调系统的设计,房间热负荷计算周围环境考察空调系统选择主机设备选型（工况确定）室内部分设计热源部分热力计算系统水力计算附属设备选型,闭式地源热泵系统的基本设计,特点：占地相对较少，不受外界环境影响，换热稳定，应用比较广泛。,垂直式地埋管室外换热系统的设计,闭式地源热泵系统的基本设计,垂直埋管深度一般50-150m左右，打孔孔径约150-300mm，井间距4.55米,水