地表水水源热泵系统取用水量计算及产业政策符合性分析

2021-10-09曾才茂高运法

陕西水利 2021年9期

关键词：供冷管段源热泵

曾才茂，高运法

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司,贵州贵阳 550002）

1 概况

贵阳乐湾国际城位于贵阳市乌当区东风镇月亮河畔,项目两边紧挨国家4 A级风景区渔洞峡和情人谷 ,地理位置为东经106 °52′~53′,北纬26 °45′~46′。

乐湾国际城大一期可再生能源供能系统采用“水源热泵+燃气锅炉”系统供暖；大二期供能方式采用“水源热泵+燃气锅炉”系统供暖,水源热泵供冷。大一期、大二期冬季总取水负荷为67.7 MW,大二期夏季总取水负荷为36.4 MW。

乐湾国际城大一期可再生能源供能系统供能面积为189.65 万m2,1 号能源中心站设计总热负荷为64.57 MW。冬季采用“水源热泵+燃气锅炉”联合供暖。其中热泵承担负荷为32.64 MW,锅炉承担负荷为31.93 MW。系统配置6 台单台制热量为5440 kW的离心式热泵机组+4 台单台制热量8400 kW的真空热水锅炉机组。另外本工程还设有取水泵房、换热站及配套设施用房。

乐湾国际城大二期可再生能源供能系统供能面积为156.55 万m2,设计总热负荷为67.3 MW,其中热泵承担负荷为35.06 MW,锅炉承担负荷为32.24 MW；设计总冷负荷36.4 MW。冬季采用“水源热泵+燃气锅炉”系统供暖,夏季采用“水源热泵”系统供冷。系统配置6 台单台制热量为5840 kW的离心式热泵机组+4 台单台制热量8400 kW的真空热水锅炉机组,还设有换热站及配套设施用房。

项目取水口位于干流南明河上,取水口以上流域集水面积为835 km2,分析范围以上流域集水面积为1253 km2。

2 水源热泵空调系统技术简介

（1）系统简介

水源热泵是以水为介质来提起能量实现制热和制冷的一个或一组系统,是利用地球表面浅层的水源、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低品位热能资源,采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。其系统原理和流程见图1、图2。

图1 热泵原理图

图2 集中供能系统流程示意图

项目从南明河提取的水量在热泵机组中与系统介质实行冷热能量交换后即退回南明河,整个用水过程全封闭,不消耗水量,仅损失部分冷热能。系统流程图见图3。

（2）系统构成

河水源热泵集中供能系统由取水退水管网系统、主机房系统、室外管网系统、空调采暖末端系统及自动控制系统构成。项目从南明河提取的水资源在热泵机组中与系统介质实行冷热能量交换后即退回南明河,整个用水过程全封闭,不消耗水资源,仅损失部分冷热能。其构成见图3。

图3 地表水水源热泵系统示意图

（3）取退水工艺流程

建设项目取水构筑物主要由进水间,泵房两部分组成,在构筑物内靠南明河的一侧修建河水进水间,以便南明河河水通过滤水墙的进水孔在重力的作用下自流到进水间,进水间由纵向3 级过滤网分成进水室和吸水室。进水室外壁设置进水孔,在进水孔上设置格珊,用于拦截水中粗大的漂浮物,以减轻水处理设备的压力。在进水室与吸水室间设置3 级过滤网,有效过滤掉河水中的细小漂浮物和杂质以及沉淀大量泥沙。吸水室与集污沟底成30°斜坡,集污沟上下游成15°斜坡,让沉淀的泥沙在水流的带动下汇集到集污沟下游,然后在集污沟底安装泥浆排污反冲泵,排污泵定时间开启通过排污管将泥浆排到南明河中。

由于本项目热泵技术是采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。取水及退水过程消耗水量极少,主要为输水管道损失、旋流除砂、机械过滤等消耗极少水量,整个取水用水环节是合理的。其流程图见图4。

图4 水源热泵取退水工艺流程图

3 取用水量计算

依据可研设计成果,项目低位冷、热源（即地表水加再生水）所承担的负荷为：

式中：Q放为夏季主机向河水中释放的热量负荷；Q冷为夏季供能冷负荷；Q吸为冬季主机从河水中吸收的热量负荷；Q热为冬季供能热负荷；P机为主机供冷/供热工况下电功率负荷。

主机在供冷/供热工况下制热量、电功率及COP见表1、表2。

表1 大一期1号站热泵主机参数表

表2 表2大二期2号站热泵主机参数表

《全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调·动力（2009）》5.8.2节,计算管段的水量应按下式计算：

式中：G为计算管段的水量,m3/h；Q为计算管段的负荷,kW；Δt为供回水温差,℃。

将式（3）等式两端同乘以小时数,可得：

式中：G量为计算管段的水量,m3；Q为计算管段的负荷量,kW·h； Δt为供回水温差,夏季为5 ℃,冬季为3 ℃。

按式（1）~式（4）计算夏季、冬季设计河水取水量及日均河水取水量见表3、表4。

表3 夏季、冬季设计取水量

表4 夏季、冬季日取水量

大一期1号能源站冬季负荷最大取水量为2.12 m3/s,日取水量为16.27 万m3/d；大二期2 号能源站冬季负荷最大取水量为2.27 m3/s,日取水量为16.87 万m3/d,因此冬季日取水量为33.2 万m3/d；夏季负荷最大取水量为2.05 m3/s,夏季日取水量为7.76万 m3/d。

依据可研设计成果及《贵阳市城市区域性集中供热用热管理办法》等相关规程规范。本项目水源热泵系统运行时间为：夏季制冷时期为6 月1 日～9 月30 日,冬季供暖时期为11 月15 日～3 月14 日,总运行期为8 个月。年供冷期120 天,年供暖期120 天。项目提出的夏季日需水量为7.76 万m3/d,冬季日需水量为33.2 万m3/d,依据相关规范,管道输水损失率取3‰,输水长度3.2 km,以此计算项目水源断面年取水量为：W=（120×7.76+120×33.2）/（1-3‰）3.2= 4967万m3/a。

4 项目与产业政策符合性分析

项目建设符合《中华人民共和国可再生能源法》中可再生能源利用,符合国家产业政策,满足资源节约型、环境友好型的建设要求,符合《贵阳市可再生能源建筑应用城市示范》的相关要求,同时也符合符合清洁环保、高效节能的要求,体现建设低碳、环保、绿色国际新城的理念。

《贵阳市城市区域性集中供热用热管理办法》中规定,将按照“区域集中、新区先行、热源多元、市场运作、规范管理” 的原则,逐步推进城市区域性集中供热。《办法》规定,将在城市综合体、大型公共建筑、城市新区和国家机关办公、医院、学校、托幼机构等建筑以及20 万m2以上大型住宅小区,重点规划集中供热,其他住宅小区逐步发展。集中供热应当合理配置热源、热网,优先利用地表水、污水、土壤源等浅层地热能和清洁能源、可再生能源等节能环保的供热技术,鼓励采用冷热电三联供的分布式能源方式进行规划设计。此外,《办法》中明确禁止新建使用燃煤、重油等高能耗、高污染的供热项目。

贵阳乐湾国际城大一期、大二期可再生能源集中供能工程符合国家及地方相应标准及政策。从系统技术先进性、合理性方面分析,该系统高效节能、环境效益显著。