地下水源热泵中央空调系统设计.docx

资源描述

地下水源热泵中央空调系统设计.docx

《地下水源热泵中央空调系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地下水源热泵中央空调系统设计.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

地下水源热泵中央空调系统设计.docx

地下水源热泵中央空调系统设计

　　一.工作原理

　　地源水能交换泵冷热中央空调系统采用热交换泵原理，是通进少量的电能输入，利用清洁的地源水能，由低位热能向高位热能转移的一种技术。

在夏季，水源热交换泵机组将建筑物中的热量转移到地下水源中，换热器尺寸大大减少，相对空气不受季节温度变化影响。

一套设备即可冬季供暖，又可夏季供冷，还可以提供生活用水，同时是免环保设备，可以说一套设备即可代替传统的四套设备。

　　二.实际运行达到的计术指标

　　1.高效节能∶本机组利用地源水能，再输入1Kwh的电能即可集得3—4倍的热能输出。

地源水能热交换泵机组的电力消耗，比电供暖节省70%以上，比电供冷节省30%以上。

与空气环境比，地源水温稳定，一般为10—25℃，距冬季供暖，夏季供冷要求的温差小，使制冷制热的机组效率大大提高。

　　2.节省投资∶前期投资比传统方式节省投资33.34%；初期建设中，造价为200—300元/平米，建成后运行费用比传统供热供冷节省43.45%，实际运行费用，冬、夏季平均不超过24元/平米。

室内温度冬季可达到18—28℃，有特殊要求的，可以达到30℃；夏季温度可达18—28℃之间任意调节。

　　3.环保省地∶无锅炉，无烟尘，无氟，无废料，无热气排放。

地下水全封闭运行，不存在水质污染和地面沉降问题。

　　4.该设备的运行采用全自动化，运行稳定，高效经济。

SYRB系列水源热泵机组性能参数表

型号

SYRB

7.0

制冷量KW

6.9

10.1

16.4

20.3

25.8

29.8

37.3

45.1

制热量KW

7.7

12.1

18.4

22.7

28.9

33.4

41.8

50.5

60.5

70.5

112

压

缩

机

输入功率（冷）KW

1.7

2.5

4.1

5.0

6.5

7.5

9.3

11.3

16.1

21.5

输入功率（热）KW

2.1

3.1

4.9

6.1

7.8

8.9

11.1

13.4

16.2

卸载级数

制冷回路

蒸

发

器

水流量m3/h

0.8

1.2

2.5

3.1

3.6

4.6

5.5

11.5

压力降MPa

0.04

0.045

0.05

0.055

0.04

0.05

进出水管mm

DN25

DN32

DN40

冷

凝

器

水流量m3/h

0.7

1.1

1.8

1.4

2.8

3.3

4.1

4.9

8.5

压力降MPa

0.04

0.045

0.05

0.055

0.06

0.036

0.05

进出水管mm

DN25

DN32

DN40

输入功率KW

2.8

3.8

5.5

6.7

8.6

9.8

12.2

14.7

外形

尺寸

机组长度mm

600

700

800

900

1100

机组宽度mm

600

700

800

机组高度mm

800

900

1600

运行重量Kg

115

135

250

270

280

450

噪声值（3）dB（A）

型号

SYRB

115

127

150

220

250

350

410

480

550

730

910

1020

制冷量KW

114.8

128

155

220.5

255

345

408

478

550

728

906

1018

制热量KW

124

145

165

230

290

390

466

550

640

832

1008

1182

压

缩

机

输入功率（冷）KW

40.5

110

138

169

197

输入功率（热）KW

58.5

104

122

144

167

213

256

315

卸载级数

制冷回路

蒸

发

器

水流量m3/h

106

120

压力降MPa

0.06

0.08

0.05

进出水管mm

DN50

DN70

DN80

DN100

DN125

DN150

DN200

冷

凝

器

水流量m3/h

100

压力降MPa

0.07

0.08

0.05

进出水管mm

DN50

DN70

DN80

DN100

DN125

DN150

DN200

输入功率KW

106

125

147

170

215

258

318

外形

尺寸

机组长度mm

1300

1900

3200

3700

4600

机组宽度mm

800

1000

900

1000

1200

机组高度mm

1600

1800

1300

1500

1800

运行重量Kg

520

550

1130

1300

1400

1900

1950

2400

2500

2900

3700

3800

噪声值（3）dB（A）

注：

（1）机组工况：

　　制冷时：

机组冷水进出水温度为14℃、7℃。

机组地下水进出水温度为15℃、22℃。

　　制冷时：

机组冷水进出水温度为42℃、50℃。

机组地下水进出水温度为15℃、8℃。

（2）机组制冷剂采用R-22.

　　（3）因不断改进技术，本系列机组参数若有改动，恕不另行通知。

地温空调（水源热泵）简介

社会发展到今天，环境污染和能源危机成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，是全人类共同面临的课题。

在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而水源热泵（地温空调）系统正是满足这些要求的新兴中央空调。

在热泵产品水源热泵因为具有较高的能效比、稳定的运行工况、较少的运行费用和初期投资、便于管理等优点受到世界各国的重视。

一、热泵的原理：

水源热泵是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水）既可供热又可制冷的有效节能空调系统。

使用水源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到4.5—6KW以上的冷量或热量。

与锅炉、电、燃料供热系统相比，锅炉供热只能将90%的电能或燃料的70—90%的热能转化为热量供用户使用。

因此水源热泵比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料可节省二分之一以上的能量。

由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，假设某地区第四层地下水温为17—35℃，其制冷系统可达3.5--4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用仅为普通中央空调的50—60%。

二、热泵的特点：

1、再生能源利用技术，水源热泵是利用地球表面浅层地热资源，通常小于40m的地下水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统，地表浅层地热资源可以称之为地能。

这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

2、属经济有效的节能技术。

地能或地表浅层热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

3、环境效益显著。

水源热泵的污染物排放与空气热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少30%以上，如果结合其它节能措施节能效果会更明显，虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充注量，属自含式系统，即该装置能在工厂内事先整装密封好，因此制冷剂泄漏机率大为减少，该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废物的排放，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

4、一机多用，应用范围广。

水源热泵系统可供暖、供冷、还可以供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两面三刀套装置或多套系统，可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更先适合于别墅住宅的采暖、空调。

作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温向低温，但人们可以创造机器，如把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽取到高温，所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以挖掘，这也是热泵的节能特点。

热泵制冷制热的原理和系统设备组成及功能是一样的，对水—水型螺杆式热泵，制冷系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成，压缩机起着压缩和输送循环介质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵制冷系统的心脏。

蒸发器是输出冷量的设备。

它的作用是是经节流阀流入的制冷液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的。

冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，并调节进入蒸发器的循环介质流量。

水源热泵供暖空调系统主要分三部分，室外管井系统、水源热泵机组和室内空调末端系统，三个系统之间靠水换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质也是水。

室外管井系统

水源热泵

建筑物采暖或空调末

三、水源热泵（地温空调）的优点：

（1）环保。

水源热泵利用的是地能，省去了锅炉系统，没有燃烧过程，不排放废气等污染物，又不会剩余废弃物质（如煤渣等）；也省去了冷却塔系统，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染，使环境更加洁净优美。

（2）省地。

一方面省去了锅炉房及与之配套的煤场和渣场，节约了大量的地地资源；另一方面水源热泵机组机身体积小，重量轻，结构紧凑，并且安装简单，可安装在地下室或闲置房内。

可节省大量的土地资源。

（3）节能。

地温中内空调，它是以地能（地下水）为主要能源，通过先进的设备将地下取之不尽但不可直接利用的低位能量开发利用，成为可利用的高位能，完全符合节能要求。

（4）节水。

以水为源体，吸收或释放热量，从而达到制冷或供暖的目的，地下水通过机组既不消耗水资源，也不会对其造成污染。

（5）节资。

通过一套系统来实现制冷和采暖，并提供生活热水，大量节省前期投资，无论冬季还是夏季，运行费用只有传统供冷供暖方式的1/2—2/3。

水源热泵--一种经济、节能、可靠的空调能源方式

水源热泵是一种介于中央空调和分散空调之间的优化空调能源方式，它具有中央空调合理利用能源，设备能效系数高，运行成本低和安全、可靠等优点。

又具有分散空调调节灵活、方便，便于管理和收费等优点。

因此，从我国南方的深圳、广州到过渡地区的上海、南京直到北方采暖地区的北京、大连等城市的公共建筑（办公楼、商住楼、商场等），住宅建筑上得到了广泛的应用。

近几年来，水源热泵得以发展的主要推动力是它能够以量大面广的低位热能，如井水、地下水、江、河、湖水、电厂冷却循环水、矿井水及工业余热等为能源，而且具有热回收功能，即可利用供冷空调房间排放的冷凝热来加热供热空调房间，从而提高了建筑物内部的能源利用系数。

一、水源热泵系统的节能性

以采暖运行为例，目前采暖方式有集中锅炉房供热方式、热电厂供热方式、分户燃气采暖方式，水源热泵方式有利用井水、江、河、湖泊水及工业余热的形式；也有利用自来水的冬季要辅助加热的方式。

它们的耗能量见表1。

耗能量的比较表1

采暖方式

现有住宅建筑

节能建筑

耗能量

折算至标准煤

耗能量

折算至标准煤

集中锅炉房

25.08Kg/m2.年

12.41Kg/m2.年

热电厂

13.96Kg/m2.年

9.03Kg/m2.年

分户燃气采暖

10.6Nm3/m2.年

13.02Km3/m2.年

6.86Nm3/m2.年

8.43Kg/m2.年

水源热泵（井水、河、湖水）

22.46kwh/m2.年

9.16Kg/m2.年

14.54kwh/m2.年

5.93Kg/m2.年

水源热泵（加辅助热源）

22.46kwh/m2.年4.34Kg/m2.年

13.5Kg/m2.年

14.54kwh/m2.年2.81Kg/m2.年

8.74Kg/m2.年

表1的计算依据：

①住宅建筑为北京市多层住宅，现有建筑耗热量指标qH为31.82W/m2，设计热负荷指标为q为43.82W/m2，节能建筑qH为20.6W/m2，q为28.37W/m2。

采暖全年需热量：

现有建筑为95.46kwh/m2年，节能建筑为61.80kwh/m2年。

②集中锅炉房：

现有供热系统热网输配效率η1为0.85，锅炉效率η2为0.55，节能供热系统η1为0.9，η2为0.68，

③热电厂供电标准煤耗为0.408Kg/kwh，供热标准煤耗为40.7Kg/GJ。

④水源热泵采暖COP=4.25。

从表1可知，水源热泵采暖方式全年耗能量均低于集中锅炉房和热电厂，节能效益比较明显。

利用井水、江、河水或工业余热为热源的水源热泵的节能性十分明显，当水源热泵的能效系数4.0时，与热电联产供热方式比，采暖的节能性率约为40%。

当采用辅助加热热源时，水源热泵的节能性是有条件的，主要的影响因素是：

水源热泵的能效系数；辅助热源的加热容量。

①水源热泵能效系数的影响（见表2）

制热容量为4KW时的能耗*表2

COP=4

COP=4.5

节能率

（%）

辅助加热量

耗能（kg标煤）

3×860/7000×0.9=0.409

压缩机耗能

（kg标煤）

1×0.408=0.408

0.88×0.408=0.363

合计

0.817

0.771

5.6

*辅助加热容量为总供热量的75%。

从表2可知，COP从4提高到4.5后，节能率约为5.6%，相当于减少加热容量0.3296KW，即约相当于减少热负荷10%。

②辅助加热器加热容量的影响（见表3）

制热容量为4KW时的能耗*表3

辅助加热容量/总供热量0.75

辅助加热容量/总供热量0.5

节能率（%）

辅助加热量耗能（kg标煤）

0.409

2×860/7000×0.9=0.273

压缩机耗能（kg标煤）

0.408

1×0.408=0.408

合计

0.817

0.681

16.6

*COP=4

从表3可知，当辅助加热容量为总供热量的比从0.75降到0.5时，节能率约为16.6%。

③节能的条件

制热容量为4KW的热电联产的能耗为：

（4×860）/（7000×0.83×0.85）=0.697kg/4kwh

由此可知：

当COP=4.0，辅助加热容量为总供热量的0.5时，与热电联产供热方式比，它的节能率约为2%。

当COP=4.5，辅助加热容量为总供热量的0.5时，与热电联产供热方式比，水源热泵的节能率

约为8%。

但当COP=4.0，辅助加热容量为0.75总供热量时，热电联产将比水源热泵节能，节能效率约为15%。

当COP=4.5时，其节能率约为10%。

节能的主要因素如下：

①.水源热泵机组直接安放在户内，热网输配损失可忽略不计。

②水源热泵机组采暖能效系数COP大于4，部分负荷时，COP值仍很稳定。

③以井水，江、河、湖水及工业余热的低温热作为热泵热源的水源热泵系统，采暖耗热量仅为全年需热量的1/4。

④以自来水为热源的冬季需加辅助热源的水源热泵系统，由于考虑压缩机发热量，住宅同时使用系数及夜间调节温度等措施后辅助加热容量约为热负荷的1/2～1/3，加热量约为全年需热量的1/2～1/3。

二、水源热泵系统的经济性

经济性指的是各种空调采暖方式的初投资、运行费和热价。

目前国内外已采用的采暖空调联供方案有：

①热电冷三联供：

夏季，热电厂抽汽+蒸汽吸收式制冷

冬季，热电厂抽汽+汽水换热器供热

②热电冷三联供：

夏季，热电厂热水+热水吸收式制冷

冬季，热电厂热水+汽水换热器供热

③直燃式冷热水机组：

夏季、冬季，直燃式冷热水机组制冷、供热

④燃气-蒸汽联合循不

⑤电制冷+燃气（油）锅炉采暖

⑥电动水源热泵。

这类机组运行性能稳定，性能系数COP值较高，理论计算可达7，实际运行时约为5，且由于可充分利用江河、湖、海水等自然能源，冬季供暖耗能少，是一种节能性好的冷热源设备。

⑦空气源热泵。

冷热源兼用，整体性好，安装方便，可露天安装，采用风冷，省却了冷却塔及冷却水系统，缺点是当室外温度较低时，需增加辅助热源。

各种方案的投资和成本（不包括户内系统）见表4。

各方案的投资和成本比较*表4

项目

热电冷

（蒸汽）

热电冷（热水）

直燃式

电制冷锅炉供热

集中式电动水源热泵

分体式空气源热泵

燃气-蒸汽联合循环

投资（万元/KW）

0.197

/0.223

（含源网）

0.275

/0.302

（含源网）

0.207

0.206

0.335

0.199

0.436

成本（元/KWH）

0.139

0.151

0.214

0.207

0.167

0.220

0.081

*为《住宅区三联供系统的研究》中提供的数据，成本为年运行成本。

下面以兴降矿十八层单身职工宿舍为例，说明水源热泵采暖空调联供方案的经济性。

十八层单身宿舍建筑形状为Y形，总采暖空调建筑面积为9564m2，2～18层为标准层，标准层面积为562.6m2，设计冷热负荷为573.84KW。

表5为采暖空调联供方案，表6为各方案初投资的比，表7为各方案运行费的比较，表8为各方案的综合比较。

采暖空调方案表5

序号

方案

采暖空调方式

备注

方案1

以地下水为冷热源水源热泵（水-空气）

冬天：

热泵产生热风送至户内夏天：

热泵产生冷风送至户内

每户设热泵一台将风送至各房间

方案2

以地下水为冷热源水源热泵（水-水）

冬天：

热泵产生热水送至风机盘管夏天：

热泵产生冷水送至风机盘管

热（冷）源集中、每户设风机盘管

方案3

电制冷+热电厂采暖

冬天：

热电厂蒸气+汽水换热器夏天：

中央空调机送冷水至风机盘管

热（冷）源集中、每户设风机盘管

对比方案

分体空调+锅炉房采暖

冬天：

锅炉房（热电厂）供热，户内散热器夏天：

每户安装分体空调机

热源集中、冷源分散空调品质较差

各方案初投资的比较表6

方案1（进口）

方案2

方案3

对比方案

进口

国产

初投资*（万元）

237.4

305.8

238.2

236.6

267.15

单位建筑面积投资（元/m2）

248

319.7

249.1

247.4

279

*计算时包括安装费15%，运行调试费5%，税及管理5%，设计费2%和利润10%。

各方案运行费的比较（元/m2）表7

方案1

方案2

方案3

对比方案

采暖

空调

采暖

空调

采暖

空调

采暖

空调

不考虑同时使用系数，热回收系数

19.25

9.5

6.2

9.5

7.2

合计

19.25

15.7

16.7

考虑修正系数

10.78

9.5

4.34

9.5

7.2

合计

10.78

13.84

16.7

〖BG）F〗兴隆矿地处兖州市，根据兖州市气象资料，该地区冬季采暖期天数106天，延时小时数2544小时，最大负荷小时数2544*（20-0.4）/［20-（17）］=1847小时。

夏季空调期天数90天，延时小时数2160小时，根据济南、淄博三联供实际测试资料，取夏季最大负荷小时数为720小时。

则单位建筑面积，采暖期需供热量60W/m2*1847=110.5kwh,空调期需冷量60W/m2*720=43.2kwh。

各方案综合比较表8

方案

单位供热（冷）量能耗（kg标煤/kwh）

单位供热（冷）量系统投资（万元/KW）

单位供热（冷）量设备全年运行费（元/kwh）

方案1

0.057

0.414（进口）

0.07

方案2

0.057

0.533（进口）/0.415（国产）

0.07

方案3

0.133

0.412

0.12

对比方案

0.148

0.465

0.11

从表6、表7、表8的对比可知，兴隆矿实施采暖空调，以方案1为佳。

前面提到的方案1水源热泵（水-空气），方案2水源

展开阅读全文