趙述欣　林瀚　史冊(cè)

摘? 要： 本文以實(shí)際工程出發(fā)，闡述了水源熱泵機(jī)組在我集團(tuán)公司運(yùn)行中存在的一些問題，并提出了相應(yīng)的改造方案。 關(guān)鍵詞： 水源熱泵;地下水含沙量;改造方案

1 水源熱泵運(yùn)行原理

地下水源熱泵系統(tǒng)是利用水具有較大比熱儲(chǔ)能的特性，消耗少量高 品質(zhì)能量（一般是電能），將水中蘊(yùn)藏的低品位熱能轉(zhuǎn)換為高品位熱能和冷 能的集能系統(tǒng)。由于土壤的隔熱和蓄熱作用，地下水溫度隨季節(jié)氣溫的變 化較小，特別是深井水的水溫常年基本不變，是一種十分理想的熱泵熱 源”。同時(shí)地下水源熱泵技術(shù)由于符合國(guó)家節(jié)能減排的發(fā)展戰(zhàn)略，所以在 全國(guó)各地尤其是在北方寒冷、嚴(yán)寒氣候區(qū)得到迅速推廣。地下水源熱泵機(jī) 組的基本組成有，壓縮機(jī)、冷凝器、基發(fā)器、毛細(xì)管或腹脹閥、四通換向 閥等，地下水源神泵機(jī)組的工作原理為：制冷時(shí)，水源水進(jìn)入機(jī)組冷凝 器，吸執(zhí)干溫后排出空調(diào)冷水進(jìn)人機(jī)組蒸發(fā)器，敢熱降溫后供到空調(diào)末端 設(shè)備、制熱時(shí)，水源水進(jìn)，機(jī)組基發(fā)器放熱隆溫后排出，空調(diào)熱水進(jìn)，機(jī) 組冷能器，吸執(zhí)開溫后供到空調(diào)未端設(shè)備的。

2 水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行概況

我集團(tuán)核泵公司辦公樓空調(diào)面積約10000m2 ，采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng) 進(jìn)行夏季制冷工作。水源熱泵技術(shù)是利用低品位的淺層地下水作為冷熱源， 進(jìn)行冬季采暖、夏季制冷的技術(shù)。地下水源熱泵系統(tǒng)的低位熱源是從水井 中抽取的地下水。熱泵機(jī)組冬季從提水井提供的地下水中吸熱，提高品位 后，對(duì)建筑物供暖，把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱和加濕的地方，? 取熱后的地下水通過回灌井回到地下。夏季，則從提水井提供的地下水進(jìn) 行降溫，而將室內(nèi)余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，達(dá)到降溫或制冷的目的。我集 團(tuán)核泵公司水源熱泵機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)主要由熱泵機(jī)組、循環(huán)泵系統(tǒng)、地下水 供應(yīng)系統(tǒng)三部分組成，在夏季制冷時(shí)利用地下水供應(yīng)系統(tǒng)提供的低溫地下 水（ 12℃）為空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻循環(huán)用水，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下來產(chǎn)生一些問 題，已嚴(yán)重影響核泵公司夏季制冷工作。

3 運(yùn)行中存在的問題

（ 1 ）核泵公司辦公樓所處位置地下水水層含沙量過高。核泵公司水 源熱泵機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)在夏季制冷時(shí)，由于水層含沙量過高經(jīng)常造成地下水 供應(yīng)系統(tǒng)中提水井過濾網(wǎng)堵塞影響供水量致使機(jī)組水流量保護(hù)停機(jī)，更為 嚴(yán)重的是已連續(xù)兩年因?yàn)楹沉窟^高出現(xiàn)地下水供應(yīng)系統(tǒng)中提水井塌方現(xiàn) 象，地下水供應(yīng)系統(tǒng)無法為空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻水造成空調(diào)系統(tǒng)無法正常運(yùn) 行，嚴(yán)重影響夏季制冷工作。同時(shí)地下水供應(yīng)系統(tǒng)在夏季運(yùn)行時(shí)將水井周 圍大量沙子抽走，在地下形成空洞并且水井所處位置距離核泵辦公樓較近 存在嚴(yán)重的安全隱患。（ 2 ）地下水供應(yīng)系統(tǒng)中水層存在大量沙子，經(jīng)過 濾、除沙后仍有一定量沙子進(jìn)入機(jī)組由此造成管道堵塞，能耗增加，主機(jī) 的正常運(yùn)行受到影響，制冷效果降低，設(shè)備使用壽命縮短等。（ 3 ）每年 需要大量資金對(duì)地下水供應(yīng)系統(tǒng)的2提水井、 ?4回水井共6 口井進(jìn)行維護(hù)，? 近2年由于出現(xiàn)提水井塌方還需花費(fèi)大量資金重新打井造成資金、資源浪 費(fèi)。（ 4） 2106年夏季制冷時(shí)，由于提水井塌方致使空調(diào)系統(tǒng)無法正常工 作長(zhǎng)達(dá)半個(gè)月之久。針對(duì)上述原因，考慮到為了不影響夏季制冷工作，保 證空調(diào)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行以及安全等因素決定對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行局部改造。?? 4 改造方案

核泵公司水源熱泵機(jī)組原有空調(diào)系統(tǒng)由地下水供應(yīng)系統(tǒng)提供冷卻水循 環(huán)用水，地下水供應(yīng)系統(tǒng)是水源熱泵中央空調(diào)的關(guān)鍵部分之一，它是整個(gè) 系統(tǒng)的能量來源，是水源熱泵系統(tǒng)的重中之重。空調(diào)系統(tǒng)從井水中提取的 能量（ Q =C. M.Δ t）與井水流量M和井水供回溫差Δt的乘積成正比。? 當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)值Q確定后，井水流量M變小，井水溫差Δt就需加大;反 之，井水流量M變大，井水溫差Δt減小。此次改造將地下水供應(yīng)系統(tǒng)改為 冷卻塔系統(tǒng)，要保證空調(diào)制冷量Q不變，? Q =C. M.Δ t其中C為常量影響 空調(diào)制冷量Q主要因素為水流量M和供回水溫差Δt。此次改造將由地下水 供應(yīng)系統(tǒng)中供回水溫差Δt約為28℃-12℃=16℃左右變?yōu)槔鋮s塔系統(tǒng)中供回 水溫差Δt約為35℃-30℃=5℃左右，? 供回水溫差Δt減小，? 為要保證空調(diào)制 冷量Q不變，水流量M勢(shì)必增加。此次改造技術(shù)難點(diǎn)主要解決水流量M增 加的問題，為解決此問題在核泵頂樓增加1臺(tái)冷卻塔，冷卻塔的選型是此次改造的重中之重。由于冷卻塔種類繁多，不同冷卻塔在中央空調(diào)工程中 的應(yīng)用效果及影響各不相同，與此次改造相關(guān)的主要因素：

4.1? 冷卻塔容量選擇

此次改造主要解決水流量的問題，所以冷卻塔冷卻水量一定滿足系統(tǒng) 水流量的增加。同時(shí)要考慮冷卻塔能耗的問題，冷卻塔啟動(dòng)后，勢(shì)必是增 加系統(tǒng)阻力，影響水泵的功耗。研究表明，當(dāng)選用小容量的冷卻塔時(shí)，運(yùn) 行時(shí)間會(huì)增加，影響了機(jī)組的能耗。當(dāng)選用大容量的冷卻塔時(shí)，冷卻塔的 運(yùn)行時(shí)間可以縮短，但同時(shí)卻增加了成本跟冷卻塔能耗。

4.2? 冷卻塔形式（閉式、開式）的選擇

閉式冷卻塔是由外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)組成。無需填料，紫銅管表冷器是 其核心部位，設(shè)備與內(nèi)循環(huán)對(duì)接，形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)（介質(zhì)為軟水）。? 為設(shè)備進(jìn)行冷卻，將設(shè)備中的熱量帶出到冷卻機(jī)組。而外循環(huán)是在冷卻塔 中，為塔本身進(jìn)行降溫。與內(nèi)循環(huán)水相互不接觸，經(jīng)過冷卻塔的紫銅管表 冷器完成散熱、換熱工作。根據(jù)進(jìn)塔水溫自動(dòng)設(shè)置冷卻塔工況。閉式冷卻 塔被冷卻介質(zhì)由于不與空氣接觸，不會(huì)產(chǎn)生藻類或者鹽類的結(jié)晶，且被冷 卻介質(zhì)在密閉管道中流動(dòng)，介質(zhì)一般都是軟化水，不會(huì)影響被冷卻設(shè)備的 工作效率。開式冷卻塔是通過將循環(huán)水以噴霧方式，噴到PVC填料上，與 空氣、水接觸，進(jìn)行換熱，然后再由風(fēng)機(jī)帶動(dòng)冷卻塔內(nèi)循環(huán)，把熱氣流帶 出，從而達(dá)到冷卻。被冷卻介質(zhì)在塔內(nèi)不斷的循環(huán)，當(dāng)使用時(shí)間多長(zhǎng)時(shí)，? 其介質(zhì)會(huì)蒸發(fā)、濃縮。因此開式冷卻塔需要常年補(bǔ)水，并且介質(zhì)在在與空 氣長(zhǎng)時(shí)間接觸后，逐漸會(huì)被污染，產(chǎn)生藻類或者鹽類等結(jié)晶，從而影響 其使用性能。如果使用開式冷卻塔與地源熱泵聯(lián)合，由于污垢、結(jié)晶的 存在，很有可能造成冷卻水系統(tǒng)的水管堵塞，從而引起事故。綜合以上 兩點(diǎn)因素和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素以及經(jīng)濟(jì)等因素，決定在核泵辦公樓頂樓增加 LBCM—150型冷卻塔1臺(tái)，同時(shí)為滿足冷卻塔的正常運(yùn)行增加KQL125/160- 22/2型冷卻水循環(huán)泵2臺(tái)

5 改造后效果

系統(tǒng)改造后經(jīng)過今年一個(gè)夏季的檢驗(yàn)達(dá)到了改造目的，今年夏季核泵 公司制冷情況與往年相比有了明顯改善，核泵公司辦公人員對(duì)今年夏季制 冷工作比較滿意。新系統(tǒng)運(yùn)行與原有系統(tǒng)相比：（ 1 ）新系統(tǒng)運(yùn)行運(yùn)行更 加穩(wěn)定，機(jī)組不會(huì)出現(xiàn)因水量問題造成故障停機(jī);（ 2 ）新系統(tǒng)運(yùn)行效率 更高，操作人員節(jié)省了排沙所需的時(shí)間，沙子不會(huì)隨水流進(jìn)入機(jī)組影響機(jī) 組換熱;（ 3 ）新系統(tǒng)制冷效果更好，空調(diào)系統(tǒng)末端風(fēng)機(jī)盤管，不會(huì)因沙 子過多造成風(fēng)機(jī)盤管水管路堵塞影響盤管制冷。

6 小結(jié)

通過參與此次改造對(duì)水源熱泵系統(tǒng)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，水源熱泵 系統(tǒng)具有一定優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在著十分明顯的缺點(diǎn)。地下水源熱泵系統(tǒng) 的優(yōu)點(diǎn)，采用熱泵的形式為建筑物供熱可大大降低一次能源的消耗，提高 一次能源的利用率，因此地下水源熱泵系統(tǒng)具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。地下水 源熱泵系統(tǒng)的缺點(diǎn)，這種系統(tǒng)需要有豐富和穩(wěn)定的地下水資源作為先決條 件。由于打井的成本并不與取水量的大小成正比，因此較大系統(tǒng)的投資效 益比較高。地下水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性還與地下水層的深度有很大關(guān)系。 關(guān)于地下水源熱泵的使用建議：?? 1 ）在決定采用地下水源熱泵系統(tǒng)之前，? 一定要做詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查，并先打勘測(cè)井，以獲取地下溫度、地下水 溫度、水質(zhì)和出水量等數(shù)據(jù)，合理地配置整個(gè)系統(tǒng)。? 2 ）設(shè)計(jì)、施工和運(yùn) 行等各個(gè)環(huán)節(jié)都要有謹(jǐn)慎小心的態(tài)度，確保系統(tǒng)不會(huì)因負(fù)荷不當(dāng)、水泵功 耗過高、管理不善而降低了效率。

參考文獻(xiàn)：

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