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水源熱泵空調係統在金源煤礦利用

2019-11-20 01:40   评论:50 点击:532

水源熱泵技術是通過利用地表淺層水源吸收的太陽能和地熱能而形成的低位熱能資本,輔以少量電能,冬季,從相對高溫的水源中提取熱能 ,由熱泵機組通過空氣或水作載體,為建築物供熱;夏季利用水體的相對低溫帶走建築物中的熱量。風冷熱泵則利用用空氣和電能來完成這一切。根據多方麵的考察和當地的水文地理情況和未來的經濟、環保、節能的措施的綜合考慮,嚐試采用水源熱泵係統進行這方麵的設計,獲得了較好的效果,現總結如下,供大家參考 ,有不足的地方,肯請各位斧正。   1 工程概況

  金源煤礦行政辦公區和幹警、犯人生活區占地麵積3萬m2,礦區內建築分辦公樓、宿舍樓 、醫院樓和教學樓四種。

  2 經濟分析

  由建築工程學院設計院初步設計了四種方案,由於各種考慮,否決了其中的兩種,要求在餘下的水源熱泵中心空調和風冷熱泵中心空調兩種方案中進行分析選擇。

  對兩方案初投資和運行費進行了初步經濟分析 。初投資用度比較見表3,運行用度比較見表4。

  3 設計方案的確定

  空調設計標準

  3.1 設計參數(見表1 表2)

  空調室內設計參數

  幹球溫度/℃ 相對濕度/﹪ 新風量/m3 人 h 噪音/dB(A聲級) 夏季 24~28 50~70 20 ≯60 冬季 18~20 / 20 ≯60

  空調室外設計參數

幹球溫度/℃ 濕球溫度/℃ 相對濕度/﹪ 大氣壓力kPa 夏季 33.5 27.7 83 100.45 冬季 5 / 70 101.95

  3.2 負荷計算

  冷負荷:礦區空調場所負荷包括圍護結構傳熱、設備散熱、人體散熱 、照明散熱。圍護結構傳熱根據《實用供熱空調設計手冊》中的計算方法計算,通過大量計算與其它散熱源相結合,得出此空調冷負荷指標:2676W/m2,熱負荷為2072W/m2。

  從表3、4可知,風冷熱泵中心空調整體用度要高於水源熱泵中心空調,而且風冷熱泵的製冷熱係數隨著外界的溫度不斷的發生變化 ,從而導致製冷係統運行的不穩定、資本浪費嚴重。而且水源熱泵機組與風冷熱泵機組比,有以下上風 :

  a)水源為深井水,水體溫度較恒定,機組運行更可靠、穩定,保證了係統高效性和經濟性,且無須專人維護或操縱,運行維護用度極少。

  b)室外機組無須專用除霜設備,設備簡單。

  c)由於水源熱泵的熱源溫度全年較為穩定,一般為10~25℃,其製冷、製熱係數可達3.5~4.4,與傳統的空氣源熱泵相比,要高出40%擺布,其運行用度為普通中心空調的50~60%。

  d)屬可再生能源利用技術

  水源熱泵是利用了地球水體所蘊躲的太陽能資本作為冷熱源,進行能量轉換的供熱空調係統。其中可以利用的水體,包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊和海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽輻射能量,比人類每年利用能量的500倍還多(地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量),而且是一個巨大的動態能量平衡係統 ,地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散的相對的均衡。這使得利用儲存於其中的近乎無窮的太陽能或地能成為可能。所以說 ,水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術。

  e)高效節能

  水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12-22℃,水體溫度比環境空氣溫度高,所以熱泵循環的蒸發溫度進步,能效比也進步。而夏季水體為18-35℃ ,水體溫度比環境空氣溫度低,所以製冷的冷凝溫度降低,使得冷卻效果好於風冷式和冷卻塔式,機組效率進步。據美國環保署EPA估計,設計安裝良好的水源熱泵,均勻來說可以節約用戶30~40%的供熱製冷空調的運行用度。

   f)運行穩定可靠

  水體的溫度一年四季相對穩定,其波動的範圍遠遠小於空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調冷源,水體溫度較恒定的特性 ,使得熱泵機組運行更可靠、穩定,也保證了係統的高效性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點題目。

g)環境效益明顯

  水源熱泵的使用電能,電能本身為一種清潔的能源,但在發電時 ,消耗一次能源並導致汙染物和二氧化碳溫室氣體的排放。所以節能的設備本身的汙染就小。設計良好的水源熱泵機組的電力消耗,與空氣源熱泵相比,相當於減少30%以上,與電供熱相比,相當於減少70%以上。

  水源熱泵技術采用的製冷劑 ,可所以R22或R134A、R407C和R410A等替換共質。

  水源熱泵機組的運行沒有任何汙染,可以建造在居民區內,沒有燃燒,沒有排煙,也沒有廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場地,且不用遠間隔輸送熱量。

   h)一機多用,利用範圍廣

  水源熱泵係統可供熱、空調,還可供生活熱水,一機多用,一套係統可以替換本來的鍋爐加空調的兩套裝配或係統。特別是對於同時有供熱和供冷要求的建築物,水源熱泵有著明顯的優點 。不僅節省了大量能源,而且用一套設備可以同時滿足供熱和供冷的要求,減少了設備的初投資。水源熱泵可利用於賓館 、商場、辦公樓、學校等建築,小型的水源熱泵更適合於別墅室第的采熱、空調。

   i)主動運行

  水源熱泵機組由於工況穩定,所以可以設計簡單的係統,部件較少,機組運行簡單可靠,維護用度低;主動控製程度高,使用壽命長可達到15年以上。

  當然,象任何事物一樣,水源熱泵也不是十全十美的,其利用也會受到製約。

   ⑴ 可利用的水源條件限製

  水源熱泵理論上可以利用一切的水資本,實在在實際工程中,不同的水資本利用的本錢差異是相當大的 。所以在不同的地區是否有合適的水源成為水源熱泵利用的一個關鍵。目前的水源熱泵利用方式中,閉式係同一般本錢較高。而開式係統,能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限製條件。對開式係統,水源要求必須滿足一定的溫度 、水量和清潔度。

   ⑵ 水層的地理結構的限製

  對於從地下抽水回灌的使用,必須考慮到使用地的地質的結構,確保可以在經濟條件下打井找到合適的水源,同時還該當考慮當地的地質和土壤的條件,保證用後尾水的回灌可以實現。

   ⑶ 投資的經濟性

  由於受到不同地區、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響,水源的基本條件的不同;一次性投資及運行用度會隨著用戶的不同而有所不同。固然整體來說,水源熱泵的運行效率較高、用度較低。但與傳統的空調製冷取熱方式相比,在不同地區不同需求的條件下,水源熱泵的投資經濟性會有所不同。

  從表1、表2可知,風冷熱泵中心空調整體用度高於水源熱泵中心空調。經分析比較,並與建設方充分協商,最後決定采用水源熱泵中心空調,解決金源煤礦的夏季空調和冬季采熱題目。

  表3 初投資用度比較 (數據與本工程無關)

  水源熱泵中心空調 風冷熱泵中心空調 序號 項目 初投資(元) 項目 初投資(元) 1 水源熱泵機組(1台) 42000 風冷熱泵機組(1台 89800 2 風機盤管(14台) 13300 風機盤管(14台 13300 3 立式管道泵(1台 1980 立式管道泵(1台) 1980 4 電子水處理儀(1個) 4500 電子水處理儀(1個) 4500 5 方形膨脹水箱(1個) 1500 方形膨脹水箱(1個) 1500 6 管道、閥門等製安費 37600 管道、閥門等製安費 27340 7 風管、風口等製安費 24500 風管、風口等製安費 24500 8 保溫材料費及安裝費 19700 保溫材料費及安裝費 21300 9 旋泥除沙器(1個 4620 配電係統(1套 7450 10 配電係統(1套) 8700   合計   158400   191670

  注:水源熱泵中心空調係統初投資中未計土建打井用度。

  表4 年運行用度比較 (數據與本工程無關)

  水源熱泵中心空調 風冷熱泵中心空調 序號 項目 運行用度/元 項目 運行用度/元 1 水源熱泵機(12kW) 11880 風冷熱泵機(16.8kW) 16632 合計   11880   16632

  注:1) 按表1設備中兩係統用電量不同項進行比較。

  2) 所有設備按年運行180天,天天運行18小時,電費0.55元/(kWh)計算。

  4 空調係統設計

  4.1由於設計時尚未決定裝修方案,無法獲知各房間的裝修方式 ,隻能先考慮采用風機盤管側吹風的安裝方式。(後按裝修格式采用不同室內機形式,盡量作到美觀大方。)

  4.2冷熱源設備:

  冷水機組:水源熱泵機組三台,製冷量/製熱量=63.6/69.8kW

  冷水係統配套水泵:臥式離心泵五台,流量15t/h,揚程20m.

  冷卻水用潛水泵:八台,本工程由甲方根據實際需要設置。

  4.3係統形式

  冷凍水采用雙管製風機盤管閉式係統,室內機掛於室內樓板下方,水源熱泵機組和冷水循環用臥式離心泵和其他設備設於空調機房內。冷卻水采用地下水作為水源循環使用。

  

  

   1— 循環水泵 2—電子水處理儀

   3—方形膨脹水箱 4—旋流除沙器

   圖1 係統流程圖

  4.4 井水回灌

  本設計采用有壓回灌的方式,抽水井和回灌井間隔分布的方式,使井水全部回灌,從而也保證了水井不會被破壞。並且在成井過程中,采用在上部封閉止水 ,井室采用混凝土澆灌並且井壁處比井室相差1米深度,在此基礎上井水回灌再次加大有壓回灌的力度,保證了井水的100%回灌。同時不影響建築物基礎,保證了地麵建築物的安全 。係統流程圖見圖1。

  4.5井水量的保證措施

  本設計的水源采用的是深井水,水溫恒定。水井結構采用含水層是橋式濾管,岩石層是螺旋鋼管,螺旋鋼管以保證井壁的結構不受影響。最首要的一點是含水層與濾管之間的濾料,本設計的濾料多邊形的石子(質地堅硬的豆沙也可),如許才能保證地下水的順利流通和回灌。

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