水源热泵空调系统及其废热利用

2016-09-03谢学海

中国科技信息 2016年10期

关键词：洗井游泳池水井

谢学海

水源热泵空调系统及其废热利用

谢学海

水源热泵是一项节能环保，可再生的能源利用技术。本文通过水源热泵系统在沈阳航空航天大学体育馆的应用实例，就水源热泵空调系统设计、工艺和在实际工程应用中应注意的问题进行了阐述且对水源热泵系统废热的利用进行了探讨。

水源热泵在体育馆空调系统的应用概况

沈阳航空航天大学体育馆（以下简称体育馆）空调系统负责夏季供冷，冬季供热（比赛时使用）非比赛时间采暖由散热器系统负担，冷（热）源由水源热泵机组提供；过度季节泳池、新风和地面辐射采暖热源由水源热泵机组提供；冬季热源由校区锅炉房提供，供回水温度为80/60℃。

体育馆冷（热）负荷

冬季和过渡季节热负荷

游泳馆热风445kw，游泳馆地热270kw，合计715kw。游泳池水加热400kw，淋浴水加热600kw（间歇运行）。

夏季冷负荷

主馆空调冷负荷1920kw，主馆新风冷负荷140kw，合计2060kw。训练馆负荷冷负荷240kw，健身房附属房间风机盘管冷负荷430kw，合计670kw。按满负荷85%考虑冷负荷应满足2320kw。

主要设计参数

机组制冷量：

夏季主馆空调不开时，由游泳池机组和淋浴机组满足训练馆空调，最大制冷量为338+518=856k，其中淋浴水间间歇运行。

主馆使用时，机组最大制冷量100*2+338+518=2336kw.

地下水最大用水量

由表一、表二、表三最大用水量为100*2+60+80=340m3/h

设备选型

依据体育馆冷（热）负荷使用情况和要求和选型软件，进一步优化设计后，设备选型如下：

1.淋浴水加热水源热泵机组SM-400M 1台

2.泳池水加热水源热泵机组SM-600M 1台

3.空调水源热泵机组SM-700M 2台

夏季制冷高峰负荷时4台全开，可满足体育馆的使用，过度季节采暖时1台机组即可满足使用。机组互为备用负荷调解灵活、方便。

空调系统水源热泵地下水源井成井工艺

地下水源热泵因其环保节能近年得到广泛应用，应用该系统的前提条件是系统取水回灌问题是否得到保证。本工程需要地下水量340m3/h，结合水文地质勘察报告书，回灌井的物理、化学气相等堵塞是造成回灌量减少的主要原因。为了尽量降低水源井的浑浊度，增加出水量，尽量提高回灌井的回灌效果，根据行业特点及技术规范，特提出如下工艺要求。

井群布置

提（回）水井数量

保证出水井抽水时的流速小于地下水的安全流速，共设4眼出水井，单水出水量分别为60m3/h、80 m3/h、100 m3/h、100 m3/h，回灌井数量为12眼。为更加稳妥起见，另设1眼备用调剂井，可做出水井，也可做回水井。

提水（回罐）井距

为保证地下水跟土壤的换热量，保证地下水温度的稳定，提水井群和回灌井群间距原则上为190m。

成井工艺

井壁管和管径的技术要求

使用符合国标GB/T10002.1-2006给水用的PVC-U管材，公称外径250mm，公称壁厚9.6mm，公称压力1.00Mpa。基岩孔（段）孔径为325mm，覆盖层孔（段）孔径为600mm。

对过滤器的技术要求

（1）覆盖层孔（段）的PVC-U管开口率不小于10%（用开孔器钻直径4cm的进水孔，每米70个）。进水孔要按图纸要求均匀合理布置。

（2）砾砂砂层需在孔式滤水管外面包扎一层8～14目尼龙滤网；粗砂砂层需在孔式滤水管外面在包一层20目尼龙滤网；中砂沙层需在包一层20～40目尼龙滤网；细砂以下的砂层须在包一层4～60目尼龙滤网。具体网目根据电法测井确定的砂层状况决定。滤网要包扎严密。

井的技术要求

（1）打井深度要因地制宜、科学合理，打井深度100米左右，打进基岩后，再打2～5m的沉淀孔。

（2）转进砂层可以用泥浆，但在下管之前须做破壁处理。

（3）下管时，每隔4～6m要绑扎一道找中圈，保证井管位于井孔中心。

（4）填乐石使用当地的天然砾石，粒径具体尺寸根据测井确定的砂层状况确定。填砾沙要均匀，连续填至井口。

（5）每眼回灌井安装一台反冲洗回杨泵，流量为50m2/h，不定期进行回杨。

（6）井口以下0.5m处安装液位报警传感器，回灌井安装电池阀。由主控室控制器、液位传感器、电池阀、回杨泵组成自动回杨系统，实现回灌井的自动回杨。

洗井

（1）用潜水泵抽水方式洗井，流量为100m3/h。每抽水4h左右停抽半小时，总洗井时间不少于24h。洗井要彻底，开泵前5min，取水样目测清澈无沉淀为合格。

（2）抽水、回灌、反冲回杨泵管道要分别设置。抽水、回灌输水管道除机房部分外，全部采用PVC-U或PE管材，尽量避免锈蚀物对回灌水造成污染。井中的回水管使用软管，软管要深入到静水位以下10m，防止产生负压引起气相堵塞。

水源热泵回灌系统废热利用的探讨

水源热泵系统回水井的回灌量随着使用年限的增加，回水量逐年减少，每年还要对回水井进行洗井。体育馆的主馆与游泳馆毗邻，在夏季主馆空调排除的废热经换热器送给泳池和淋浴水加热，即可减去每年洗井费用，又可利用废热，达到节能减排的目的。现就主馆废热利用的可行性进行探讨。

主馆空调夏季供冷使用两台SL-700、一台SL-600的螺杆式机组，机组冷却水进入游泳池，通过游泳池水散热。技术分析如下。

游泳池每小时需热量计算（水温按照28℃计算）：

维持各水池温度恒定需要的热量供给

各温热水池保持水温恒定需要的总热量，可按下述（1）——（3）计算耗热量总和：

（1）游泳池标面蒸发和传导损失的热量；

（2）游泳池壁和池底传导损失的热量；

（3）管道的净化水设备损失的热量。

游泳池表面蒸发所损失的热量

按下式（1）计算：

式中 Qx——游泳池水表面蒸发损失的总热量（kcal/ h）；

y——与游泳池蒸发汽化潜热（kcal/kg）；

vf ——游泳池水表面的风速（m/s），室内游泳池采用 vf=0.2～0.5 m/s；

Pb——与游泳池水温相等的饱和空气的水蒸汽分压力（mmHg）；

Pq——游泳池表面空气的水蒸汽压力（mmHg）；

A——游泳池表面面积（m2）；

B——当地的大气压力（mmHg）。则游泳池：水温28℃，表面积为：1250m2。蓄水量为：2000m3。

根据查表和相关经验数据可知：

由此可知；

游泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量

游泳池水表面蒸发损失的热量应按20%计算确定。

游泳池补充水加热所需的热量，应按下式（2）计算：

Qb——游泳池补充水加热损失的热量（kcal/h）；

qb——游泳池每日补充的水量（L）；

y——水常温的密度（kg/L）；

tr——游泳池水的温度（℃）；

tb——游泳池补充水的水温（℃）；

t——加热时间（h）。

由上式（2）计算结果，游泳池总的每小时散热需加热量可按下式（3）；

则每小时机组的输出热量为W1=509010÷860=592kW

该游泳池可满足一台SL-600的螺杆冷水机组的降温要求。

游泳池水温上升温度

两台SL-700机组制冷量为1400kw，若用游泳池水来降温，游泳池水量约2000 m3，则池水每小时升高温度为：1400×0.86÷2000=0.60℃，主馆空调一天最多运行4h，则水温升高2.4℃。游泳池水温由28℃上升到30.4℃，由于该空调开机频率不是很高，对游泳池影响不大，可满足系统使用要求。