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國內(nèi)最大拋管型閉式湖水源熱泵系統(tǒng)原理分析

   2010-11-08 中國地源熱泵網(wǎng)11330
核心提示:南京工程學院新校區(qū)圖書信息中心位于南京市江寧大學城,總建筑面積為38470平方米,地上總高22.72米。
    一、水源熱泵系統(tǒng)的原理

    水源熱泵系統(tǒng)是以水為載體進行冷熱交換,通過水源熱泵機組,冬季將水體中的熱量“取”出來,供給室內(nèi)采暖;夏季把室內(nèi)熱量“釋放”到水體中。 根據(jù)熱交換系統(tǒng)形式不同,可分為水環(huán)式水源熱泵系統(tǒng)、地表水式水源熱泵系統(tǒng)、地下水式水源熱泵系統(tǒng)和地下環(huán)路式水源熱泵系統(tǒng)。
    本文所涉及的項目采用了地表水式水源熱泵系統(tǒng)中的拋管式。這種系統(tǒng)是將換熱管路安裝于靠近建筑物的湖水、池塘、河流等地表水中,通過地表水提供建筑物熱量或散熱。湖水的深度及面積非常重要,必須核定是否滿足建筑物負荷的需求。根據(jù)換熱的形式該系統(tǒng)分為取水式系統(tǒng)和拋管式系統(tǒng)。取水式系統(tǒng)是從地表(湖水、池塘、河流等)中抽取水后經(jīng)過換熱器進行熱交換的系統(tǒng);拋管式系統(tǒng)是以水為介質(zhì)通過閉式循環(huán)的換熱盤管與地表水(湖水、池塘、河流等)換熱來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。
    與開式系統(tǒng)相比閉式系統(tǒng)主要具有下列優(yōu)點:
  1)閉式系統(tǒng)將地表水與管路內(nèi)的循環(huán)水相隔離,保證了地表水的水質(zhì)不影響管路系統(tǒng),防止了管路系統(tǒng)的阻塞,也省掉了額外的地表水水處理過程。
  2)由于不必考慮從取水點到熱泵機組的高度水頭,閉式系統(tǒng)一般可以有效降低源側(cè)泵耗。
  3)當?shù)乇硭緶囟鹊陀?℃時,閉式系統(tǒng)幾乎是唯一可行的選擇。
 
 
 
 
圖1 地表水式水源熱泵系統(tǒng)
 
    二、項目概述 
 
    1.工程設(shè)計原理
    南京工程學院新校區(qū)圖書信息中心位于南京市江寧大學城,總建筑面積為38470平方米,地上總高22.72米。夏季冷負荷為6323KW,冬季熱負荷為3694KW。此項目被天印湖包圍,主湖區(qū)面積約300畝,湖水最深處為10至12米,夏季平均蓄水深度約4米,冬季平均蓄水深度約3米,項目機房距離湖邊150m。
 
 

南京工程學院新校區(qū)圖書信息中心效果圖
 
    為了充分利用得天獨厚的可再生能源,本項目利用天印湖水作為空調(diào)系統(tǒng)的熱源/熱匯,為了不影響湖水生物環(huán)境,項目選擇了拋管式湖水換熱器方案,用湖水換熱器去間接換熱,避免湖水直接進機組造成水質(zhì)的污染,而且系統(tǒng)省去了水處理設(shè)施。南京地區(qū)為夏熱冬冷地區(qū),其冬季最低水溫在6℃以上,比室外氣溫穩(wěn)定,采用水源熱泵系統(tǒng)較為適宜。
    因為項目中湖水面積較為寬闊,湖水換熱器采用了U型盤管式。與螺旋型盤管相比,U型盤管與水域接觸面積大,單位長度盤管換熱量增大,因此盤管的總設(shè)計長度減少,初投資降低。通過實驗,U型盤管換熱能力明顯大于螺旋形盤管。另外U型盤管彎頭較少,阻力也相對減小、水泵能耗減少。
    2.設(shè)計要點:
    1)湖水換熱器設(shè)計應(yīng)滿足在各種工況下高效運行,湖水盤管內(nèi)流體流速大到保持最小的輸送功率,小到足夠使管道內(nèi)保持紊流狀態(tài);
    2)計算湖水換熱器在各種工況下的換熱量,設(shè)定工況;
    3)保證盤管的水力平衡;
    4)湖水換熱器冬季工況的穩(wěn)定性與可靠性、輔助加熱的必要性;
    5)自動控制系統(tǒng)連鎖的完整性、可靠性與湖水盤管的可調(diào)節(jié)性;
    6)湖水側(cè)防凍結(jié)措施;
    7)湖水換熱器的排熱與取熱對湖水的環(huán)境的影響;
    8)做詳細的湖水盤管的施工與維護方案。
    整個湖水換熱器分為6個大系統(tǒng),每個大系統(tǒng)分為6個小系統(tǒng),每個小系統(tǒng)分為22個單獨的PE管閉式回路;即整湖水側(cè)分為792個PE管閉式循環(huán)回路.湖水換熱器為DN32的PE管,單個回路160m,PE管共計126720m。
 

圖2 拋管式湖水換熱器示意圖
 
 
 
圖3 拋管換熱器的施工流程
 
 
    三、本項目的推廣依據(jù)

    本項目是國內(nèi)迄今為止最大的拋管型閉式湖水源熱泵系統(tǒng)。其中湖水換熱器的設(shè)計、施工、維護都存在著前所未有的難度,目前,系統(tǒng)已經(jīng)運行一個夏季,效果良好,節(jié)能優(yōu)勢明顯。
    與開式地表水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比,閉式地表水地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)對水資源影響更少、更環(huán)保、更安全可靠,與土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比,投資更省、系統(tǒng)壽命更長、維修更簡單、風險更少。因此,閉式地表水源熱泵空調(diào)在長江流域等富水地區(qū)有很大的推廣價值。
    流動的湖水帶走了空調(diào)排放的廢熱,有利于緩解中心城區(qū)因空調(diào)廢熱積聚引起的城市熱島效應(yīng);湖水經(jīng)過濾處理后向湖內(nèi)排放,可促進水體循環(huán)和水質(zhì)改善,提高了湖水的自凈化能力。  (文/董健)
 
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