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地表水水源热泵的适应性及技术方案

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地表水水源热泵的适应性及技术方案
[2008-11—6 11:5]   http：//www.aircon。com。cn   重庆大学 王勇 【关闭】 【打印】

引言

现状
广泛应用
增长趋势
运行达到节能目的
证实了其适用性

出现的问题
对水体的水温分布情况了解的不够
对水体对负荷的承受能力的研究不足
对影响水源热泵系统能效的主要因素——取水系统的能耗的研究不足

1、地表水源热泵对水源的要求
 地表水源热泵的使用首先要考虑水源对象，可利用的地表水的主要形式有:流动水体（江、河）和非流动水体（湖泊、水库、池塘等）.

2.1流动水体水温分布特征
对流动水体如江、河来说，冬夏季水温沿水深方向均不形成温度分层现象，整个水流在某一横截面处呈等温分布，这是因为连续流动水体，具有较大的流动速度，水体内部在不断地进行热量交换.

2.2 非流动水体水温分布特征

非流动水体如湖泊、水库，水体内部热量交换强度很小，当水深达到一定深时（大于4m），在春末、夏季、秋季出现明显的热分层现象，但到冬季,则全湖或全水温一致，上下层无明显温差。

2。3 浅水湖泊和水库水温分布特征

3m以内水深

混合型水体

水温分布均匀

受气象影响大

夏季:
气温最高
冷负荷最大
水温达到最高

冬季：
气温最低
热负荷最大
水温达到最低

4、各气候区地表水源热泵水温适应性分析

4。1不同气候分区水温分析

　　夏热冬暖地区主要包括珠江流域，这一地区城市最热月平均气温在28摄氏度左右，珠江夏季水温在31摄氏度左右，某些时段的水温高于32摄氏度,地表水源热泵在夏季某些时段节能优势不明显。同时,该地区一般只考虑夏季供冷，属单工况运行，与全年运行工况相比，节能率不高。

　　温和地区大部分地区冬暖夏凉，但部分地区冬季温度较低。夏季可不考虑防热。在特定场合如商场、宾馆建筑需要使用全年空调时，该气候区的水温条件能满足水源热泵对水源不温的要求.

　　黄河流域夏季炎热、冬季寒冷，供暖时间长达100天左右，冬季水温较低。

　　海河流域地处华北平原，冬季水温较低，水温与气温相差小，对于夏季供冷地区来说节能效率不高.

　　严寒地区一般不考虑夏季供冷,只考虑冬季供暖，由于季水温太低，一般为0摄氏度,普通水源热泵无法启动，因此该区域不适合利用地表水源热泵进行供暖，应该采用地下水、岩石等其他可再生源进行供暖

　　内蒙古、新疆北部等地区也处于严寒地区，但地表水源贫乏，不适合地表水源热泵。

4.2地表水源热泵应用需注意的几个问题

取水方式
充足水量
水质
承载能力

　　对达到一事实上深度的非流动水体，其水温有明显的热分层现象，上下层温差可到15—20摄氏度，因此取水时最好采用底层取水的方式。

　　在水质方面，应优先考虑不需经过水处理或经过简单水处理就可使用的水体，如果在水处理上投资过大，很可能会得不偿失。

　　水源热泵排水会破坏水体原有的水温结构，特定水体的热承载能力有一事实上的限度，如果热泵系统负荷很大，而适宜的水量较小，就会造成地表水温升高,严重时甚至导致热污染，因此,需要对水体热承载能力进行研究。

5、湖泊和水库、自然水温、水流模型

6、带负荷的水温、水流模型

6。1模型的建立

　　带负荷的水流、水温模型只需在自然情况下的控制方和中添另源项即可,具体就是在质量守恒方程和能量守恒方程中分别添加质量源项和能量源项。

　　假设按底部取水、同温层排水的方式,为保证同温层排水，认为排水口的位置可以随时改变。

6.2模型实验

7、湖泊和水库水体最大供冷能力的确定

7.1前提条件

　　1、会对湖水直接进水源热泵机组的形式

　　2、假定水源热泵和传统的冷水机组加冷却塔开式水泵能耗是一致的

　　3、由于水体面积及深度对系统的供冷性能的影响要比供热性能的影响大，所以主要以研究水体的供能力为主

　　4、以夏热冬冷地区的重庆市为例进行计算

7.2水体承担的最大热负荷的确定方法

　　湖水直接送入热泵机组的冷凝器进行换热，当底部取水处水温高于冷却塔的出水水温后，水源热泵系统形式和传统中央空调系统相比，已经没有节能的优势了，此时的水温定义为水温的极限值。

　　根据带负荷的水流水温模型,通过给水体加载一定的热负荷，使其底部水温在供冷期末期达到极限温度，确定水体承担的最大热负荷。

8、取水能耗对系统能效比的影响

8.1研究的目的

　　为了分析取水能耗对系统能效比的影响，对一空调工程乾地了模拟计算。以冷却塔出水温度32摄氏度时，常规空调系统运行的能效比为对比基础,计算水源热泵系统节能率。分析在满负荷运行时，地表水源热泵系统取水能耗不同时,对节能率的影响.假定源水取水的温度为26摄氏度，使用板换时的传热温差为2摄氏度。

8.2取水能耗对系统能效比的影响

　　使用板换和不使用板换时的节能率的差值是较大的.

　　由于使用板换不仅增加了一组循环水泵,还降低了水源水温的使用范围，从而较大程度的降低了节能率。同时水处理设备也带来了取水系统能耗的增加和水温的升高。所以，在水源热泵系统的发展趋势中，应该考虑有利于机组直接进水的技术手段。

9。1地表水源热泵系统的取水方案

　　地表水源热泵：开式系统、闭式系统

闭式系统
　　闭式系统的系统形式比较简单，主要的构成为铺设在水中的换热盘管。试验证明，盘管的铺设形式不同，会影响到闭式系统的换热效果。

9。2针对长江水质，所采用的机组改造方案

小结

　　取水方案的选择是由多个因素确定的，但都应该与工程具备的实际条件相结合。并在此基础上分析其节能的能力，从而确定地表水源热泵系统是否可以投入使用。

国家体育场暖通空调设计亮点介绍
[2008-11—6 22：21]   http://www。aircon。com。cn   中国建筑设计研究院 丁高 【关闭】 【打印】

国家体育场概况
国家体育场暖通空调设计概况
国家体育场暖通空调设计亮点介绍

地源热泵系统简介
—利用CFD(计算流体力学）技术模拟场内热环境与风环境
—利用全年空调负荷动态模拟辅助设计
-采用冰蓄冷空调冷源-赛时和赛后运营模式的合理结合
-利用天然冷源在冬季及过渡季进行供冷
—空调系统对环境的保护

设计理念
绿色奥运、科技奥运
满足比赛和训练的要求
满足奥运会开闭幕式的要求
为人员提供舒适的室内空气环境
为各种工艺技术用房提供其正常工作所需要的室内空气环境
既要满足奥运会期间的使用要求，同时兼顾奥运会后的商业运营

冷、热源方案
夏季以电能作为一次能源
主导冷源:水冷式电制冷系统+(赛后)冰蓄冷
辅助冷源:冷却塔供冷系统（冬季及过渡季内区供冷）
冬季以城市热力作为一次能源
热交换站

空调水系统设计
奥运赛时，空调水系统采用一次泵系统
在0层环形通道上空设置一个环形空调供回水管网
赛后冷冻水系统采用变水量系统，根据负荷变化，变频控制冷冻水泵
赛时、赛后空调水路均为二管制
空调（新风）机组水系统为异程式
风机盘管水系统采用竖向同程式布置
0层南侧商业区空调内外分开设置

空调风系统设计
0层南候场区（赛后商业区)采用全空气双风机空调系统，可满足在过渡季及冬季变新风运行工况要求。
-1层、0层的赛事用房、VIP用房、媒体用房等均设风机盘管+新风系统。
2层VVIP包厢采用风机盘管+新风系统，并备用1套多联分体热泵式空调系统。
3层(餐厅层）东西侧大餐厅空调内区设置全空气双风机空调系统，其余区域采用风机盘管+新风系统.
4层(包厢层）全部采用风机盘管+新风系统
1-6层核心筒周围的服务用房、卫生间均设置风机盘管空调系统。

地源热泵系统设计原则
充分利用可再生能源,符合绿色奥运的理念
配合空调主导冷源的设计及赛时满足部分负荷的调节特性要求
赛后作为冰蓄冷系统的基载主机

地源热泵系统设计
在本建筑0层东侧设置地源热泵机房
设计总装机制冷量为1500kW
选用2台750kW的水冷螺杆式热泵冷热水机组
制冷工况冷冻水设计供回水温度为5—13摄氏度
制热工况热水设计温度为55-50摄氏度
在机房内配套设置冷冻水泵,地源侧冷却循环泵
空调地源热泵冷热源接入0层空调环形管网

地源热泵地埋管换热系统设计
利用足球场草坪下坚向深埋管,布置地下换热器
根据地质勘查报告和土壤热响应实验，综合得出最经济的竖直埋管深度为70m；
按夏季工况1500kW制量，排热量为1800kW，采用双U形管技术,需竖向埋管数量为312个；
孔口直径在250mm左右，孔间距4—5m，均匀布置；
为避免地下换热器可能草坪产生影响,要求在草坪下5米深以下土壤进行热交换。

国家游泳中心“水立方”暖通空调设计特点介绍
［2008—11-6 22:25]   http：//。cn   中建国际设计顾问有限公司 毛红卫 【关闭】 【打印】

1 创新的ETFE幕墙建筑热工设计
2 高效节能的暖通空调系统
3 泳池防结露设计
4 暖通空调系统在“快速泳池”设计中的体现

节能技术：
被动太阳能加热
空腔通风
自然通风
自然光应用
空调冷水机组热回收技术，将废热回收用于生活热水及游泳比赛池池水加热，节省80万度电/年
空调系统采用了排风热回收技术
充分利用室外新风在冬季对内区提供“免费制冷"
分层空调、分区空调
性能华消防技术

总结：
    创新性的解决了ETFE这类半透明膜材的传热、辐射及遮阳系统问题,采用被动太阳能加热、自然通风、空腔通风、冷凝热回收、内区“免费制冷”、分层空调、分区空调等技术措施,很好的实现了建筑节能，达到先进水平。

    针对游泳馆的特殊室内环境，通过先进的辅助分析工具，设计出了一套先进的气流组织系统,支持了快速泳池概念，并很好的解决了防结露问题。

    通过奥运会比赛的实际运营测试，各项室内指标符合设计要求，室内环境得到运动员和观众的一致好评。

    本设计为此后国内、外相关场馆的设计提供了参考。

国家体育馆暖通空调设计
［2008-11—6 22:27］      北京市建筑设计研究院 龚京蓓 【关闭】 【打印】

1、工程概况

2、冷热源设计
2。1、主体热源
2.2、主体冷源
2。3、辅助冷热源(水源热泵)

3、比赛馆空调设计
3.1、空调系统
3。2、观众区送回风方式
3.3夏季空气处理过程方案比较
3。4分区空调

4、节能与环保
工程采用的节能环保设备和技术：
利用地热可再生能源
采用冷凝热回收
采用了二次回风加再热的空气处理方式，减少冷热抵消
采用座椅下送风，提高空气品质。
分区空调，独立控制
可变新风比的全空气系统