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    地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)及其在武漢地區(qū)的應(yīng)用

      摘要:地源熱泵是一項新興的節(jié)能環(huán)保、可再生能源利用技術(shù),本文回顧了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展和應(yīng)用情況,介紹了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在湖北武漢地區(qū)的工程應(yīng)用實例,并就地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和實際工程應(yīng)用中應(yīng)注意的問題進行了闡述和探討。

      關(guān)鍵詞:地源熱泵節(jié)能工程應(yīng)用

      1 地源熱泵應(yīng)用概況

      地源熱泵(GSHPS)是一個廣義的術(shù)語,它包括了使用土壤、地下水和地表水作為熱源和熱匯的系統(tǒng),即地下耦合熱泵系統(tǒng)(ground-coupled heat pump systems, GCHPS),也叫地下熱交換器地源熱泵系統(tǒng)(ground heat exchanger);地下水熱泵系統(tǒng)groundwater heat pumps, GWHPS);地表水熱泵系統(tǒng)(surface water heat pumps, SWHPS)。

      1.1 國外發(fā)展情況

      地源熱泵系統(tǒng)由于采用的是可再生的地?zé)崮埽虼吮环Q之為:一項以節(jié)能和環(huán)保為特征的21世紀的技術(shù)。這項起始于1912年的技術(shù)(瑞士提出的一個專利,該技術(shù)的應(yīng)用始于英、美兩國),美國從1946年開始對GSHP系統(tǒng)進行了十二個主要項目的研究,如地下盤管的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)參數(shù)、管材對熱泵性能的影響等。并在俄勒岡州的波特蘭市中心區(qū)安裝了美國第一臺地源熱泵系統(tǒng)。

      特別是近十年來地源熱泵在歐美工業(yè)發(fā)達國家取得了迅速的發(fā)展,已成為一項成熟的應(yīng)用技術(shù)。到2000年底,美國有超過40萬臺地源熱泵系統(tǒng)在家庭、學(xué)校和商業(yè)建筑中使用,每年約提供8000~11000Gwh的終端能量。

      地源熱源在工程上的應(yīng)用主要為地下耦合熱泵系統(tǒng)(GCHPS)和地下水熱泵系統(tǒng)(GWHPS)、地表水熱泵系統(tǒng)(SWHPS)。

      1.2 國內(nèi)發(fā)展應(yīng)用情況

      1.2.1能源消費現(xiàn)狀

      到2040年,我國一次能源的總消費量將達38.6億噸標準煤,是現(xiàn)在能源消費量的3倍。而到本世紀末,國內(nèi)每年z*多可供應(yīng)的一次能源生產(chǎn)量為32億噸標準煤。因此,我國今后較長期的能源消費年均增長率應(yīng)控制在2.5%左右,直到2040年能源消費實現(xiàn)零增長目標。

      我國已探明的能源總體儲量,煤炭儲量約占世界儲量的11%,原油占2.4%,天然氣僅占1.2%,我國人口約占世界人口的20%,人均能源占有量不到世界平均水平的一半。我國是煤炭大國,但世界七大煤炭大國中其余六國的的儲量比都在200年以上,只有我國的儲量不足百年。石油的儲量比為四十年,并且中國石油、天然氣的平均豐度值也僅為世界平均水平的57%和45%。

      面對如此嚴峻的能源形勢,國家總的能源政策還是節(jié)能和新能源開發(fā)、再生能源利用并重,因此,地源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用在我國具有極大的現(xiàn)實意義和廣闊的發(fā)展前景。

      1.2.2地源熱泵應(yīng)用情況

      地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計,主要包括兩大部分:一是建筑物內(nèi)的水環(huán)路空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計;二是地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的地下部分的設(shè)計,即地下耦合熱泵系統(tǒng)的地下熱交換器、地表水熱泵系統(tǒng)的地表水熱交換器、地下水熱泵系統(tǒng)的水井系統(tǒng)的設(shè)計。

      地下耦合熱泵系統(tǒng)z*早應(yīng)用在89年10月投入運行的上海閔行開發(fā)區(qū)辦公樓(4305㎡,冷負荷4532KW,熱負荷231KW),其技術(shù)和設(shè)備均由美國提供,使用情況良好。135個深35米的垂直豎管井,埋管為聚丁烯管。國內(nèi)的大專院校均進行了相關(guān)的垂直或水平埋地管的試驗研究和小型的工程應(yīng)用,并建立了地埋管的傳熱模型。各地的地質(zhì)條件不同,土壤的溫度和熱物性參數(shù)都不一樣,因此,地下耦合熱泵的應(yīng)用還有待進一步的實驗驗證和實驗數(shù)據(jù)的積累。

      地表水熱泵系統(tǒng):地表水溫度受氣候的影響較大,與空氣源熱泵類似,武漢東湖等淺水性湖泊夏季水溫高于濕球溫度,無利用價值,冬季水溫略高于氣溫,可用作熱源水。實測數(shù)據(jù)表明寧波奉化江水7M深31.2℃,珠江底層31.8℃,江水熱污染很厲害,利用價值不大。可利用長江水作為地表水熱泵系統(tǒng)的熱源,但冬季江水水位很低,從取水的經(jīng)濟性及防洪角度考慮,實際利用還是極難的。

      地下水熱泵系統(tǒng):綜合上述情況可以看到,目前在我國來說,技術(shù)上比較成熟、利用可行性較大、實施的工程項目較多的還是地下水熱泵系統(tǒng)。目前國內(nèi)生產(chǎn)水源熱泵機組的廠家也已達到二、三十家。因為國內(nèi)還沒有頒布水源熱泵機組的生產(chǎn)技術(shù)標準,國內(nèi)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量差別較大,從有些廠家的產(chǎn)品樣本來看,技術(shù)參數(shù)不完整、不準確。因為很多生產(chǎn)廠家沒有實測手段,采用水源熱泵機組所需要的很多數(shù)據(jù)不能提供,甚至不排除某些技術(shù)力量差的廠家根本就沒有弄清楚水源熱泵機組和常規(guī)冷水機組的技術(shù)差異,直接就拿常規(guī)冷水機組來作為水源熱泵機組推銷到市場。目前就筆者所接觸到的廠家來看,只有一家國外公司能夠提供專用電腦軟件選型數(shù)據(jù),可以根據(jù)設(shè)計工況選擇合理和可信的機組配置和各種性能數(shù)據(jù)。

      2 地源熱泵在武漢地區(qū)的應(yīng)用

      2.1 地下水源熱泵工程實例

      2.1.1地下水源熱泵在湖北工程應(yīng)用z*早的一家是位于荊州沙市的法雷奧汽車空調(diào)有限公司,采用的是西亞特LWP1800(545KW)螺桿水一水熱泵機組2臺,LGP350一臺(110KW),總制冷量是1200Kw,供應(yīng)一個車間(5000㎡)和辦公部分(900㎡), 因取水量的限制取水井為一口50m3/h的井,制冷時另加一臺冷卻塔進行補充。制熱時因車間本身設(shè)備散熱量較大,一口井取水完全能夠滿足供暖需要。夏季井水18.5℃,冬季17.8℃。2000年9月開始運行。

      2.1.2位于漢口循禮門的天與地音樂城,建筑面積5000㎡,采用的是意大利克萊門特活塞式水源熱泵機組WRHH1202兩臺,總制冷量是720Kw,總制熱量是750Kw(其中供暖450Kw,利用熱回收系統(tǒng)供生活熱水300Kw)。打兩口井,一抽一灌,回灌在90%左右,井深47m,冬季出水20.5℃,取水量60m3/h。冬季運行機組升溫很快,2小時不到機組供水溫度即可達到45℃以上。2002年6月開始運行。

      2.1.3武漢凌云科技集團綜合廠房,總建筑面積11000㎡, 其中4000㎡辦公,7000㎡生產(chǎn)廠房。選用法國西亞特螺桿式水源熱泵機組LWP2500二臺,總制冷量1440Kw,制熱量1900Kw,打井4口,每臺機組2口,一抽一灌。2002年10月開始運行。

      2.1.4漢口香港路香榭里花園4萬㎡,總制冷量3200Kw,總制熱量2500Kw。設(shè)計選用克萊門特螺桿水源熱泵機組BE/SRHH2702三臺,制冷時冷凍水7/12℃,地下水18/32℃;制熱時供暖水40/50℃,地下水18/8℃。打井由武漢地質(zhì)工程勘察院承擔(dān),每口井取水量80m3/h,先打試驗井,一抽一灌,取得實驗數(shù)據(jù),進行詳細周密的計算和水文地質(zhì)分析。設(shè)計三口取水井,五口回灌井,每口井回灌60%,分析計算認為三口井同時抽水,五口井同時回灌時,場地南側(cè)地水水位有不到1m的下降,其它部位下降均小于0.5m;南側(cè)的地面沉降有1cm,其它部位地面沉降小于0.5cm;大部分場地的不均勻沉降小于0.2‰,不致于對地質(zhì)構(gòu)成不良性的影響和影響建筑物的正常使用。2002年11月開始運行。

      2.1.5漢口東西湖武漢航達公司廠房綜合樓,建筑面積18000㎡,采用克萊門特螺桿水源熱泵機組BE/SRHH2702兩臺,設(shè)計六口取水井,六口回灌井,每口井取水量20m3/h。2003年9月開始運行。

      2.1.6漢口百步亭花園小區(qū)綜合樓,建筑面積21000㎡,采用西亞特螺桿式水冷冷水機組LWP2800一臺, 螺桿式水源熱泵機組LWP1400兩臺,渦旋式水源熱泵機組LGP100一臺,冰球配置105m3。本工程是由冰蓄冷系統(tǒng)和水源熱泵系統(tǒng)合而為一的獨特的空調(diào)系統(tǒng),具有削峰填谷和節(jié)能環(huán)保的雙重意義。2004年11月開始運行。

      2.1.7湖北大學(xué)圖書館,建筑面積42000㎡,采用克萊門特螺桿水源熱泵機組BE/SRHH3602三臺,總制冷量3850KW,總供熱量3100KW。設(shè)計三口取水井,六口回灌井,每口井取水量120m3/h。根據(jù)場地條件盡量拉大取水井的間距,在部分負荷狀態(tài)下,盡可能用足地下水溫差,減少用水量。2004年11月開始運行。

      2.1.8漢口福星惠譽辦公綜合樓,建筑面積10000㎡。采用西亞特公司螺桿式水源熱泵機組LWP1800兩臺。總制冷量1090KW,總供熱量850KW。設(shè)計兩口取水井,四口回灌井,每口井取水量80m3/h。2003年11月開始運行。

      2.1.9湖北警官學(xué)院圖書館體育館,建筑面積20000㎡。采用克萊門特螺桿水源熱泵機組BE/SRHH2702兩臺,總制冷量2300KW,總供熱量1600KW。設(shè)計兩口取水井,四口回灌井,每口井取水量80m3/h。

      湖北警官學(xué)院學(xué)生食堂,建筑面積12000㎡。采用克萊門特螺桿水源熱泵機組BE/SRHH2702兩臺,總制冷量2300KW,總供熱量1600KW。設(shè)計兩口取水井,四口回灌井,每口井取水量80m3/h。2004年7月開始運行。

      2.2 地下耦合熱泵工程實例

      2.2.1省公安廳駕校辦公大樓,建筑面積5000㎡,采用克萊門特螺桿地源熱泵機組WRHH0802兩臺,總制冷量520KW,總供熱量370KW。利用室外場地進行垂直埋管,共打孔220個,間距4X4M,孔內(nèi)共埋設(shè)U型PE換熱管10000米,孔深30米。2002年11月開始運行。

      2.2.2清江花園小區(qū)共有兩棟小高層住宅,總建筑面積38000㎡,采用克萊門特螺桿地源熱泵機組WRHH0802兩臺,總制冷量1560KW,總供熱量1000KW。利用小區(qū)中心花園下地下車庫底部進行垂直埋管,共打孔220個,間距4X3.5M,孔內(nèi)共埋設(shè)U型PE換熱管28000米,孔深在65-70米之間,中間以回填材料填實。2004年6月開始運行。

    標簽: 地源熱泵  

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