拋管型閉式湖水源熱泵系統(tǒng)原理分析

1、拋管型閉式湖水源熱泵系統(tǒng)原理分析一、水源熱泵系統(tǒng)的原理水源熱泵系統(tǒng)是以水為載體進(jìn)行冷熱交換，通過(guò)水源熱泵機(jī)組，冬季將水體中的熱量“取”出來(lái)，供給室內(nèi)采暖;夏季把室內(nèi)熱量“釋放”到水體中。 根據(jù)熱交換系統(tǒng)形式不同，可分為水環(huán)式水源熱泵系統(tǒng)、地表水式水源熱泵系統(tǒng)、地下水式水源熱泵系統(tǒng)和地下環(huán)路式水源熱泵系統(tǒng)。本文所涉及的項(xiàng)目采用了地表水式水源熱泵系統(tǒng)中的拋管式。這種系統(tǒng)是將換熱管路安裝于靠近建筑物的湖水、池塘、河流等地表水中，通過(guò)地表水提供建筑物熱量或散熱。湖水的深度及面積非常重要，必須核定是否滿(mǎn)足建筑物負(fù)荷的需求。根據(jù)換熱的形式該系統(tǒng)分為取水式系統(tǒng)和拋管式系統(tǒng)。取水式系統(tǒng)是從地表(湖水、池塘、河

2、流等)中抽取水后經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)行熱交換的系統(tǒng);拋管式系統(tǒng)是以水為介質(zhì)通過(guò)閉式循環(huán)的換熱盤(pán)管與地表水(湖水、池塘、河流等)換熱來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。與開(kāi)式系統(tǒng)相比閉式系統(tǒng)主要具有下列優(yōu)點(diǎn)：1)閉式系統(tǒng)將地表水與管路內(nèi)的循環(huán)水相隔離，保證了地表水的水質(zhì)不影響管路系統(tǒng)，防止了管路系統(tǒng)的阻塞，也省掉了額外的地表水水處理過(guò)程。2)由于不必考慮從取水點(diǎn)到熱泵機(jī)組的高度水頭，閉式系統(tǒng)一般可以有效降低源側(cè)泵耗。3)當(dāng)?shù)乇硭緶囟鹊陀?時(shí)，閉式系統(tǒng)幾乎是唯一可行的選擇。圖1 地表水式水源熱泵系統(tǒng)二、項(xiàng)目概述1.工程設(shè)計(jì)原理南京工程學(xué)院新校區(qū)圖書(shū)信息中心位于南京市江寧大學(xué)城，總建筑面積為38470平方米，地上總高22.

3、72米。夏季冷負(fù)荷為6323KW，冬季熱負(fù)荷為3694KW。此項(xiàng)目被天印湖包圍，主湖區(qū)面積約300畝，湖水最深處為10至12米，夏季平均蓄水深度約4米，冬季平均蓄水深度約3米，項(xiàng)目機(jī)房距離湖邊150m。為了充分利用得天獨(dú)厚的可再生能源，本項(xiàng)目利用天印湖水作為空調(diào)系統(tǒng)的熱源/熱匯，為了不影響湖水生物環(huán)境，項(xiàng)目選擇了拋管式湖水換熱器方案,用湖水換熱器去間接換熱，避免湖水直接進(jìn)機(jī)組造成水質(zhì)的污染，而且系統(tǒng)省去了水處理設(shè)施。南京地區(qū)為夏熱冬冷地區(qū)，其冬季最低水溫在6以上，比室外氣溫穩(wěn)定，采用水源熱泵系統(tǒng)較為適宜。因?yàn)轫?xiàng)目中湖水面積較為寬闊，湖水換熱器采用了U型盤(pán)管式。與螺旋型盤(pán)管相比，U型盤(pán)管與水域接

4、觸面積大，單位長(zhǎng)度盤(pán)管換熱量增大，因此盤(pán)管的總設(shè)計(jì)長(zhǎng)度減少，初投資降低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，U型盤(pán)管換熱能力明顯大于螺旋形盤(pán)管。另外U型盤(pán)管彎頭較少，阻力也相對(duì)減小、水泵能耗減少2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1)湖水換熱器設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足在各種工況下高效運(yùn)行，湖水盤(pán)管內(nèi)流體流速大到保持最小的輸送功率，小到足夠使管道內(nèi)保持紊流狀態(tài);2)計(jì)算湖水換熱器在各種工況下的換熱量，設(shè)定工況;3)保證盤(pán)管的水力平衡;4)湖水換熱器冬季工況的穩(wěn)定性與可靠性、輔助加熱的必要性;5)自動(dòng)控制系統(tǒng)連鎖的完整性、可靠性與湖水盤(pán)管的可調(diào)節(jié)性;6)湖水側(cè)防凍結(jié)措施;7)湖水換熱器的排熱與取熱對(duì)湖水的環(huán)境的影響;8)做詳細(xì)的湖水盤(pán)管的施工與維護(hù)方案。整個(gè)湖水換熱器分為6個(gè)大系統(tǒng)，每個(gè)大系統(tǒng)分為6個(gè)小系統(tǒng)，每個(gè)小系統(tǒng)分為22個(gè)單獨(dú)的PE管閉式回路;即整湖水側(cè)分為792個(gè)PE管閉式循環(huán)回路.湖水換熱器為DN32的PE管，單個(gè)回路160m，PE管共計(jì)126720m。與開(kāi)式地表水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比，閉式地表水地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)對(duì)水資源影響更少、更環(huán)保、更安全可靠，與土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比，投資更省、系統(tǒng)壽命更長(zhǎng)、維修更簡(jiǎn)單、風(fēng)險(xiǎn)更少。因此，閉式地表水源熱泵空調(diào)在長(zhǎng)江流域等富水地區(qū)有很大的推廣價(jià)值。流動(dòng)的湖水帶走了空調(diào)排放的廢熱，有利于緩解中心城區(qū)因空調(diào)廢熱積聚引起的城市熱島效應(yīng);湖水經(jīng)過(guò)濾處理