地下水源热泵 (zhuan)
xuxiangbi
xuxiangbi Lv.5
2006年02月18日 08:33:27
只看楼主

一、热泵是今后发展的重要方面 热泵就是以冷凝器放出的热量进行供热的制冷系统;它利用少量电能,从低品位热源(如:空气、土壤、自然水体等)中吸取热量,通过逆向热力循环,将其提高到高品位热源的一种热力装置。它具有如下特点:   (1)合理利用高品位能量,综合能源效率高;   (2)供暖区无污染,环保效益好;   (3)夏季可以供冷,冬季可以供暖,一机两用,设备利用率高;   (4)使用灵活,调节方便。 因此,我国热泵空调发展迅速,100kw以下中小型空调装置,热泵占50%以上。同时,人们不断深入研究低温工况热泵效率的提高,空气源热泵的除霜,以及各种低品位能源的利用(包括热回收)等问题,并取得良好效果,地下水源热泵空调的应用就是一个示例。但是,热泵空调的经济性在一些人心目中仍有疑问,例如,当今有文章给出,单位建筑面积初投资:风冷热泵空调为430元/m2,水源热泵空调为505元/m2供暖季单位建筑面积运行费:风冷热泵空调为70.25/m2;水源热泵空调为68.27元/m2,大大高于电热膜供暖。热泵空调的经济性果真如此,它值不值得推广应用就成为很值得商榷的问题了。

一、热泵是今后发展的重要方面 热泵就是以冷凝器放出的热量进行供热的制冷系统;它利用少量电能,从低品位热源(如:空气、土壤、自然水体等)中吸取热量,通过逆向热力循环,将其提高到高品位热源的一种热力装置。它具有如下特点:
  (1)合理利用高品位能量,综合能源效率高;
  (2)供暖区无污染,环保效益好;
  (3)夏季可以供冷,冬季可以供暖,一机两用,设备利用率高;
  (4)使用灵活,调节方便。 因此,我国热泵空调发展迅速,100kw以下中小型空调装置,热泵占50%以上。同时,人们不断深入研究低温工况热泵效率的提高,空气源热泵的除霜,以及各种低品位能源的利用(包括热回收)等问题,并取得良好效果,地下水源热泵空调的应用就是一个示例。但是,热泵空调的经济性在一些人心目中仍有疑问,例如,当今有文章给出,单位建筑面积初投资:风冷热泵空调为430元/m2,水源热泵空调为505元/m2供暖季单位建筑面积运行费:风冷热泵空调为70.25/m2;水源热泵空调为68.27元/m2,大大高于电热膜供暖。热泵空调的经济性果真如此,它值不值得推广应用就成为很值得商榷的问题了。
  二、地下水源热泵特点突出 以水为低品位热源的热泵空调有多种,由于热能来源不同,对热泵机组也应有不同要求,因此笼统称为水源热泵并不恰当,我国应尽快制定分类标准,以美国为例,根据水中低品位热能来源水同,将此类热泵分为三种(请注意高品位热源侧介质为空气):
  (1)ANSI/ARI 320-1993 水源热泵 此种热泵是采用循环流动的水作为热源/热汇,而低品位热能主要取自建筑自身的余热,我国一般称为水环热泵,该标准规定: 制冷工况:进水温度85℉(29.4℃),出水温度95℉(35℃)供热工况:进水温度70℉(21.1℃),水量同制冷工况。
  (2)ANSI/ARI 325-1993 地下水源热泵 此种热泵是采用水井、湖泊、河流供水作为热源/热汇,此时,低品位热能取自自然水体。但是,由于地下井水温度一般为8-20℃,而河流地面水温度一般为0-24℃,二者全年温度范围有较大差异。所以,将其笼统纳入一个标准是否合宜,可以商榷
  (3)ARI 330-1993 地热源闭式环路热泵此种热泵是采用闭式循环流体作为热源/热汇,低品位热能取自土壤或地面水,因此,标准规定:制冷工况:进水温度 77℉(25℃),水量由制造厂规定。供热工况:进水温度 32℉(0℃),水量同制冷工况。
  从上述可以看出,作为低品位热源来说,利用余热自然热泵供热效率高,但要创造良好的收集条件,这样,以地下水作为热源/热汇,就非常诱人。但是,采用地下水源热泵空调系统,目前有两个问题必须十分关注:
  (1)合理利用地下水资源。取用合宜的地下水,必须再次回灌地下,严格控制回灌水质,杜绝水资源的浪费或污染。
  (2)地下水源热泵冷热水机组的合理设计与选用,提高能源效率。
xuxiangbi
2006年02月18日 08:33:54
2楼
三、地下水资源的利用 采用"冬灌夏用"的方法,利用地下含水层进行季节性蓄能的研究,始于1958年,在上海,目的是解决纺织厂夏季空调冷源问题。1965年进行较大规模推广,据统计,仅上海24座纺织厂,自1965年至1979年冬季回灌水量达1亿吨,夏季抽取水量为7670万吨,即节约大量空调冷源用量,又在一定程度上缓解了上海的地面沉降问题,虽然成点十足,但造成严重的地下水污染,此教训必须牢记。 合理利用地下水资源进行热泵空调,在设计和使用上有两个问题应予以关注。
   (1)地下水源的选择 采用地下水源热泵时,选择水源的原则应为:水量充足,水温适当,水质良好,供水稳定。 就某项工程来说,应根据当地实际情况,判断是否具备可资利用的地下水源,一项工程所需水量,主要取决于该项工程的冷热负荷和地下水温度,适用的地下水源条件是,水文地质特征为砂、卵石、砾石地层以及裂隙地带;地下水埋深在70m以内;含水层厚度大于5m,冬季地下水温度不低于10℃。 此外,还要注意水质情况,包括含砂量与浑浊度,以及水的化学性质。含砂量与浑浊度高造成机组和管阀磨损,回灌时会造成含水层堵塞,因此,地下水源含砂量应小于20万分之一,向地下含水层回灌水的浑浊度应小于20毫克/升;总矿化度小于3克/升,希望水中Cl小于100毫克/升,SO4 2-小于200毫克/升,Fe2-小于1毫克/升,H2S小于0.5毫克/升,地下水腐蚀性条件达不到要求时,水源热泵系统应考虑防腐措施。
  (2)人工回灌 我国水资源非常缺乏,主管部门对开采地下水有严格管理,并且规定,除非有较大需水用户进行二资利用,否则必须进行回灌。当然,为了保证地下水源热泵空调系统长期正常运行,以补充地下水源,调节水位,维持储量平衡。为了避免在热泵装置中冷却或加热后回灌到地下的水,因短路而又被抽回,回灌井与取水井之间的距离应尽可能远一些,至少应相距15-20m。 目前,虽然还没有回灌水质的国家标准,但回灌水质至少应等于原地下水水质,以保证回灌后不会引起区域性地下水水质污染。
   因此,应遵守以下条款: 
  (1)地下水应在封闭系统中输送;
  (2)热泵空调系统中与地下水接触的部件应采用耐腐蚀材料制造;
  (3)取水管路上和回灌水管路上应装有水表和采集水样用的旋塞阀;
  (4)定期对地下水进行化验,并将化验结果报送有关部门备案;
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xuxiangbi
2006年02月18日 08:34:16
3楼
(5)如发现地下井水异常,特别是水中出现化学物质或其它无关物质时,应及时与有关部门联系,并采取措施。地下水回灌的方法有三种, 即:真空回灌、重力(自流)回灌和压力回灌。 真空回灌:真空回灌是利用存颇低的静水位(低于地面10m)形成真空进行回灌。含水层渗透性要良好。由于回灌时,对井的滤水层冲击力不强,所以很适用于老井。采用真空回灌,对于细颗粒含水层,回灌量一般为取水量的1/3-1/2;对于粗颗粒含水层,回灌量可达取水量的1/2-2/3。 重力回灌:依靠自然重力进行回灌也适用于低水位和渗透性良好的含水层,此法的优点是系统简单。对于砂卵石含水层,其回灌量一般为取水量的50%;对于渗透性好的砾卵石层来说,回灌量可达取水量的75-90℃。 压力回灌:压力回灌用于高水位和低渗透性的含水层,其缺点是回灌时,对井的滤水层和含水砂层的冲击力强。上海曾广泛采用此法进行回灌。 为了预防井管堵管,及时清除堵塞含水层和井管的杂质,在进行回灌以后,经常开泵,排除回灌井水中的过堵塞物,即进行回场。回灌井的回扬次数和回扬持续时间,主要取决于含水层颗粒大小和渗透性。在岩溶裂隙含水层中的回灌井,长期不回扬,回灌能力仍能维持不变,在松散粗大颗粒含水层中的回灌井,每周回扬1-2次,在中、细颗粒含水层中的回灌井,回扬间隔应进一步缩短,而对于细颗粒含水层中的回灌井来说,经常回场尤为重要。
   四、地下水源热泵冷热水机组 地下水源热泵冷热水机组工况参数的确定以及性能的适用性,直接关系到地下水源热泵空调系统的全年正常运行和能量消耗,但是,由于我国没有标准可循,目前,市场所提供的产品,不但额定制、供热工况五花八门,而且几乎均未给出全性能参数,特别是水量变化条件下,对制冷(供热量)以及输入功率的影响,这点对地下水源热泵冷热水机组的选用非常重要。 由于影响地下水源热泵空调系统初投资以及性能与能耗的因素较多,包括地下水温度、所需地下水量、特别是地下水用量的多少,涉及取水井和回灌井井径尺寸和井的数目,以及水泵能耗,这将关系到应有地下水进行热泵空调的可行性。所以,尽可能加大使用温差,减少地下水用量,是设计与选用地下水源热泵冷热水机且必须考虑的问题。以美国"地下水源热泵"标准ANSI/ARI 325-1993为例,标准额定性能工况对地下水侧,作如下规定:
  (1)制冷(高温)工况地下水侧进水温度 70℉(21.1℃)地下水流量 由制造厂确定  
  (2)制冷(低温)工况地下水侧进水温度 50℉(10℃)地下水流量 由制造厂确定  
  (3)供热(高温)工况地下水侧进水温度 70℉(21.1℃)地下水流量 由制造厂确定  
  (4)供热(低温)工况地下水侧进水温度 50℉(10℃)地下水流量 由制造厂确定 上述规定似乎对水流量没有要求,制造厂可以利用提高水量,以示产品性能优异,但是,标准还规定,计算制冷的标准能效比(EER)和供热的标准性能系数(COP)时,应计入地下水侧水泵的输入功率,这就要求制造厂必须重视水流量的确定。
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xuxiangbi
2006年02月18日 08:34:33
4楼
此外,为了保证地下水源热泵运行的可靠性,要求每台机组均能通过最大运行工况试验和供热工况低温启动运行试验。 制冷最大运行工况 地下水侧进水温度 75℉(23.9℃) 地下水流量 制冷(高温)工况的75% 供热最大运行工况 地下水侧进水温度 75℉(23.9℃) 地下水流量 供热(高温)工况的110% 供热工况低温启动运行 地下水侧进水温度 45℉(7.2℃) 地下水流量 供热(低温)工况的90% 因此,希望有关标准化委员会尽快制定"地下水源热泵冷热水机组"行业标准,同时,制造厂重视产品性能和运行可靠性,全面提供性能数据,特别是水流量变化对性能与消耗的影响,以方便用户的选用。
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cyf-790221@co163
2006年04月03日 10:17:58
5楼
版主介绍了这么多,觉得好处不是太多,倒是选用和运行过程中的种种限制比较多,可能是国家没有大力推广和难以被接受的原因吧!
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luzheng1980
2006年08月31日 08:38:03
6楼
这位老兄发表了半天,怎么也没个人给顶一下呀!
我顶!
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zhangzbin@co163
2006年11月19日 18:14:34
7楼
好 谢谢楼主
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disapear820
2006年11月20日 12:48:21
8楼

是啊~限制关键来自于政府不让打井之类的,还有就是部分地区地下水或者地热资源不够标准,其实如果利用起来的话是个不错的设备,在华北地区很实用
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ltrlcjm
2006年11月20日 17:26:20
9楼
楼主:
关于投资和运行费的问题存在严重的误导现象。单说运行费吧,冬季北方地区温度都很低,北京还-9°C,风冷热泵蒸发温度在-20°以下,还得除霜;而井水温度15°左右,蒸发温度也就6°左右,两者效率相差多少,建议有空查一下压焓图,计算一下机组运行费,再加上水泵运行费,复核一下总费用,然后再交流。
关于投资水源热泵系统投资机房+末端一般在350元/平米左右
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