石墨换热器
新闻动态
成都锦江创意科技大厦淡水源热泵应用及总结点击：2074 日期：[ 2014-04-26 21:08:24 ] |
| 成都锦江创意科技大厦淡水源热泵应用及总结 王波 徐净宇 黄进 汉嘉设计集团西南设计院 摘要：该工程为可再生能源建筑应用示范工程，采用淡水源热泵系统为建筑供冷、供热和生活热水提供冷热源。为达到示范工程所要求的冬夏季系统能效比均在３．０以上，结合该工程的水源水质情况，采用了水源水直接进热泵主机的方案；通过选用耐腐蚀的水源热泵主机并加装胶球清洗装置，保证了系统的稳定运行。 关键词：淡水源热泵 机房设计 换热器 １·基本情况 成都锦江创意科技大厦为财政部、住房和城乡建设部第四批可再生能源建筑应用示范项目，位于成都市锦江区锦江工业园。该项目为新建公共建筑，占地面积１．４８万ｍ２，总建筑面积１５．３万ｍ２，分为１＃，２＃，３＃楼和地下室，其中地下室共２层，建筑面积３．１７万ｍ２；１＃楼为３７层建筑，地上建筑面积６．９５万ｍ２；２＃楼为２６层建筑，地上建筑面积５．１５万ｍ２；３＃楼为接待室，地上建筑面积７６５ｍ２。项目采用淡水源热泵系统提供冷热源，为建筑夏季供冷、冬季供暖及全年供生活热水，总负担面积为１２．１７万ｍ２。经计算，该项目夏季空调总冷负荷为１１ ２５０ｋＷ，冬季空调总热负荷为５ ８７６ｋＷ，全年生活热水负荷为９１０ｋＷ。项目已于２０１１年６月１０日经四川省财政厅、住房和城乡建设厅组织的专家专项验收组验收合格。 该项目要求的示范内容： １）采用高效的围护结构节能技术，降低建筑能耗，建筑节能率达５０％以上。 ２）示范工程建筑供冷、供热及供生活热水所需冷热源均由淡水源热泵系统提供。 ３）冬夏季空调系统能效比达到３．０以上。 该项目由节能减排测评单位进行了冬夏两季的检测，其测评报告结果如下：淡水源热泵系统能效比为３．４５；淡水源热泵机组能效比为４．６；全年常规能源替代量为２ ０８４．８ｔ标准煤；二氧化碳减排量为５ １４９．５ｔ／ａ；二氧化硫减排量为４１．７ｔ／ａ；烟尘减排量为２０．８ｔ／ａ；年节约费用２０８．５万元／ａ。 ２·淡水源热泵系统设计 该项目于２００８年１０月完成施工图设计，根据四川省建筑科学研究院关于《成都锦江创意科技大厦水源热泵空调方案设计及可行性分析》报告中的建议，将河水系统与冷却水循环系统用可拆卸板式换热器隔离，同时建设单位要求用集中淡水源热泵空调系统取代报告中推荐采用的河水源水环热泵系统。 ２．１ 因地制宜取水，河水自流入建筑内部沉沙池 该项目用地西面距成都府河约３８ｍ，且该地区气候温和，雨水充沛，地表水资源丰富。同时该区域附近无其他大型的取排水用户，府河冬季枯水位（海拔４８２．９ｍ）高出该项目地下室２层底（海拔４８０．４ｍ）２．５ｍ，具有引府河水自流入建筑地下室的可能。根据四川省水文水资源勘测局提供的数据，府河水水质分析结果见表１。项目附近的府河水域水温夏季为２０～２５℃左右，冬季为９．７～１２℃；取样河水泥沙含量为０．０３５ｋｇ／ｍ３，平均粒径在０．０１～０．０８ｍｍ之间。河水的各项指标均满足ＧＢ ５０３６６—２００５《地源热泵系统工程技术规范》的要求，但为防止汛期河水中大量的泥沙损坏淡水源空调系统设备，有必要在系统中设置河水泥沙沉淀和除泥沙装置。计算河水用量时，夏季水源热泵机组的ＥＥＲ按４．２计，取水温差为５℃；冬季水源热泵机组的ＣＯＰ值按３．６计，取水温差为３℃；同时使用系数按０．８计。则夏季制冷需要的河水量Ｌ＝（１１ ２５０ｋＷ＋１１ ２５０ｋＷ÷４．２）×０．８÷４．２ｋＪ／（ｋｇ·℃）÷５℃×３．６（ｓ／ｈ）·（ｍ３／ｋｇ）＝１ ９１０ｍ３／ｈ；冬季需要的河水量Ｌ＝（６ ７８６ｋＷ－６ ７８６ｋＷ÷３．６）×０．８÷４．２ｋＪ／（ｋｇ·℃）÷３℃×３．６（ｓ／ｈ）·（ｍ３／ｋｇ）＝１ １２０ｍ３／ｈ。按最大需水量核算，约为０．５３ｍ３／ｓ；项目所在地河水流量多年统计枯水期为０．５２～１．５４ｍ３／ｓ，满足需水要求。 设计中在地下室西北角布置一容积为８００ｍ３的沉沙池，沉沙池贯穿地下１，２层，府河水经取水口、检修闸槽、阀门井后由８００砼管直接进入沉沙池。沉沙池因受限制体积较小，为保证系统安全运行，系统中再设置旋流除沙器。处理后的水系统中含沙量须小于０．００５ｋｇ／ｍ３，颗粒应不大于０．５ｍｍ。图１为项目总平面图。图２为取水示意图。 ２．２ 第一次机房设计 设计工况：常温型水源热泵机组夏季进出水温度为１２℃／７℃，冬季制热进出水温度为４０℃／４５℃；生活热水用高温型水源热泵机组进出水温度为１２℃／７℃，制热时进出水温度为５０℃／５５℃。同时，常温型机组带热回收装置，回收１０％～２０％的热量，热回收水温为５０℃／５５℃。根据《成都锦江创意科技大厦水源热泵空调方案设计及可行性分析》报告的建议，第一次机房设计时，在取水口上设置２层不锈钢丝过滤网对河水中的大颗粒物进行过滤，为防止结垢及腐蚀，在经除沙处理后的水管路中设置了电子水处理仪。河水经过换热后在取水口下游１００ｍ左右排入府河。一次水源泵从沉沙池中取水，通过旋流除沙器及电子水处理仪进行水质处理后进入板式换热器与二次水源换热。二次水源则进入热泵主机冷凝器换热，主机蒸发器中经换热后的冷水供空调末端使用。空调系统计算总冷负荷为１１ ２５０ｋＷ，根据三栋楼功能不同，使用时间不一致，主机系统配置考虑同时使用系数为０．６５，同时在机房设计时考虑主机增容的各项预留。第一次设计的系统流程如图３所示。 经计算，该空调系统（３台制冷量１ ７１０ｋＷ主机＋２台制冷量１ １００ｋＷ主机＋２台制冷量５３０ｋＷ主机）夏季能效比可达３．０１，冬季可达２．６９，见表２。 为保证空调系统能效比在冬夏季均在３．０以上，以达到项目示范的要求，建设单位会同设计人员分别到大连、青岛、贵州等地对类似项目进行了调研和考察，并结合工程实际情况进行认真分析，一致认为该工程的水源水质在大多数情况下均可满足直接进入主机的条件，在强化水源过滤和主机蒸发器、冷凝器的防沙堵塞措施后，水源在汛期可以直接进入主机，这样既可充分利用河水的水温，去掉原设计中的板式换热器和清水泵，降低系统的阻力（板式换热器阻力为５４ｋＰａ），又可减少系统电耗，大大提高系统能效比。为此，对淡水源热泵机房进行了优化修改设计。修改后的冷热源系统流程见图４。 经对修改后的系统计算，该空调系统（４台制冷量１ ９７１ｋＷ主机＋２台制冷量５３０ｋＷ主机）夏季能效比可达３．７８，冬季可达３．１４，见表３。 ２．３ 采用光管耐腐蚀的水源热泵主机 众所周知，制冷设备的换热管束一般是由螺纹铜管组成的，因其传热效率高、体积小、使用寿命长等优点被广泛应用在供暖空调设备上。但在水源热泵系统中，由于水源水质等原因，如果含泥沙的河水（或污水）流经冷凝器（蒸发器）管束，当流速在２ｍ／ｓ以下时，河水中所含的泥沙会逐渐沉积在螺纹管沟槽内，假以时日，会填满螺纹内沟槽，使冷凝器（蒸发器）管束的换热面积减小，增大机组阻力，如不及时清洗，会导致冷凝器（蒸发器）管束堵塞，系统无法正常使用。调研过程中发现有项目发生过此类情况。 为保证该工程水源直接进入主机并在汛期也能正常使用，设计要求生产厂家的设备采用耐腐蚀的光铜管，同时，主机额定的制冷（制热）量以及能效比应保持不变。为此生产厂家对该工程机组的冷凝器（蒸发器）及外形尺寸进行了专门设计，增加换热管束２０％左右，满足了工程的需要。 ２．４ 在机组蒸发器和冷凝器进出口位置加装胶球清洗装置 为保证冷凝器和蒸发器运行时无泥沙沉积，设计中在机组蒸发器和冷凝器（以下简称换热管束）进出口位置均加装了胶球清洗装置。该装置是将胶球投入到装球室内；投球数量为冷凝器（蒸发器）冷却水管数的１０％左右。胶球在循环水流的带动下进入冷凝器（蒸发器）水室，并在循环水进出口压力差的作用下洗刷换热管束内的泥沙污物并对换热管束进行一次抹擦，使冷凝器管内壁泥沙污垢随着水流带出，胶球在循环水的带动下进入收球网，并将胶球分离，由胶球泵吸上去后重新打入装球室，按此循环往复对换热管束进行连续清洗。使用该装置后，其系统在连续运行３个月的情况下，冷水源机组无堵塞现象，各项指标均正常。其胶球清洗装置系统安装示意图如图５所示。 ２．５ 专业机构实测的系统能效比（见表４） ３·关于淡水源热泵系统应用的思考 淡水源热泵技术是利用地表水温相对稳定的特性，通过消耗电能，在冬季把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏季将室内的余热转移到低位热源中，达到供热或制冷的目的。淡水源可以替代常规集中空调系统冷热源，同时还可以供应生活热水，是一种有效利用能源的方式。 但是，好的系统要用在合适的地方。不是想设置淡水源热泵系统的项目都可以如愿设置。它受到地区、气候、资源状况、建筑物空调负荷等的制约，应本着实事求是、科学客观的原则对项目进行综合评估，做到因地制宜、合理利用，才能发挥热泵系统节能减排的效果，否则就可能出现在同一条江河中上游建筑的系统排水对下游建筑的淡水源热泵系统再利用造成直接的影响。 该项目可行性研究分析报告阶段作经济分析时没有考虑取水费用，但为了保护有限的水资源，当地政府主管部门坚持用水收费政策，在考虑了国家示范项目的情况下，其收费标准仍然达到０．１７元／ｍ３，其淡水源热泵的运行节能费用不足以抵消增加的水资源（取水２０００ｍ３／ｈ）使用费，这是始料未及的。建议各级政府结合水源热泵系统的使用特点，早期制定出专门的合理价格体系，让淡水源热泵系统的推广应用有利可图。 设计作为工程建设中的灵魂，是保证工程质量的关键。要使水源热泵系统的工程质量得到可靠保证，系统的取水措施及主机、水泵选型至关重要。设计中应尽可能采用高效的节能产品，并在采购过程中坚决贯彻执行。否则在项目的实施中，由于利益的趋使，可能使一些非节能设备安装到系统中，使系统的节能优势得不到充分体现。 参考文献： ［１］吴荣华，孙德兴，张承虎，等．热泵冷热源城市原生污水的流动阻塞与换热特性［Ｊ］．暖通空调，２００５，３５（２）：８６－８８ ［２］付圣东，刘金祥，陆桂良，等．地表水源热泵若干常见问题分析［Ｊ］．制冷空调与电力机械，２００７，２８（１）：６４－６６ ［３］中国建筑科学研究院．ＧＢ ５０３６６—２００５ 地源热泵系统工程技术规范［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２００６ |
| 上一篇：空调用热管换热器性能研究 | 下一篇：国防地下工程排风热回收技术经济性分析 |