1、某住宅小區(qū)水源熱泵采暖工程設計淺析張亞娟1祝寶江2(1. 西安思維建筑設計有限責任公司 710032 西安;2. 西北機器廠 721000 寶雞摘 要:以某住宅小區(qū)水源熱泵采暖系統(tǒng)設計為研究對象, 分別對采用水源熱泵系統(tǒng)的可行性、優(yōu)化設計、以及與常規(guī)采暖系統(tǒng)能耗比較等方面進行分析, 探討了有條件采用水源熱泵系統(tǒng)地區(qū)作為熱源的系統(tǒng)節(jié)能性。關(guān)鍵詞:水源熱泵; 采暖; 節(jié)能; 能耗1 工程簡介該小區(qū)位于咸陽市, 總建筑面積21萬m 2, 均為節(jié)能性住宅。建設單位擬采用地下水源熱泵技術(shù)對住宅區(qū)內(nèi)所有建筑進行冬季供暖。2 應用水源熱泵采暖的可行性分析2 1 應用水源熱泵的技術(shù)條件水源熱泵技術(shù)可利用淺層地

2、熱能資源進行供熱, 具有良好的節(jié)能與環(huán)境效益。自1932年第一臺水源熱泵在瑞士應用以來, 水源熱泵技術(shù)在西方發(fā)達國家應用已有70年歷史。近年來, 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人們節(jié)能環(huán)保觀念的增強, 水源熱泵技術(shù)受到人們的普遍關(guān)注, 在國內(nèi)具備條件的地方得到了日益廣泛的應用。應用地下水源熱泵技術(shù)進行冬季供暖的前提是項目的工程場地具備必要的資源和場地條件, 即水源條件和場地條件。水源作為熱泵機組從中獲取熱量進行冬季供暖的熱源。2 2 本項目應用水源熱泵技術(shù)的水源分析水源熱泵機組對水源條件的要求是:水溫適度、水質(zhì)適宜、水量充足、供水穩(wěn)定。本項目的水源條件是否可行, 可以從水溫、水質(zhì)、水量和供水穩(wěn)定可靠性等

3、四個因素進行分析。(1 水溫條件:熱泵機組在制熱工況下, 一般要求水源水溫為1222 。本地區(qū)地下水水溫常年為15 左右, 符合水源熱泵機組需要。(2 水質(zhì)條件:熱泵機組對水源水質(zhì)的要求是, 水中的物理成分和化學成分不能對機組造成損害。低溫水源參數(shù)是水源熱泵機組運行的第一保障, 適用水源熱泵的地下水源水質(zhì)要求條件如下: 地下水溫! 7 ; 含砂量#20萬分之一; 渾濁度#25mg /L;%F e2+#1mg /m3; &總礦化度#350mg /L。當水源水質(zhì)中的氯離子含量小于250mg /L時, 不會對機組產(chǎn)生任何腐蝕損害, 可允許水源水直接進入機組進行換熱。本地區(qū)地下水水質(zhì)良好, 符

4、合生活飲用水標準, 完全符合水源熱泵機組對水質(zhì)的要求, 可以為水源熱泵機組所利用。(:, 地的水源水量能否滿足熱泵機組制熱供暖時進行熱交換所需水量, 是該項工程能否成功的重要因素。本項目位于渭河沖積平原, 第四系沉積物較厚。地下水屬于第四系松散沉積物中的孔隙水, 有多個含水層組。200m 以內(nèi)為潛水含水層, 由中砂、粗砂和砂卵石層組成, 富水性和滲透性較好。當成井質(zhì)量較好時, 單井涌水量可達80100t/h。本項目需要水源水量506t/h 。在工程場區(qū)內(nèi)鉆6眼供水井完全能夠滿足本項目水源熱泵機組用水量要求。(4 供水可靠性:本項目場地臨近渭河, 河流對工程場區(qū)地下水有補給關(guān)系, 供水條件穩(wěn)定可

5、靠。(5 結(jié)論綜上所述, 本項目具有優(yōu)越的資源條件和場地條件, 可以滿足冬季供暖需要。因此本項目應用水源熱泵進行供暖是完全可行的。3 設計思路3 1 主機選用水源熱泵機組。該系統(tǒng)最大的優(yōu)點是節(jié)能及環(huán)保, 它的能效比(產(chǎn)生的冷量/消耗的電能 達到5以上, 而鍋爐能效小于1; 電是清潔能源, 水也是可再生資源, 因此水源熱泵技術(shù)是目前國家大力推廣應用的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。3 2 地下水換熱系統(tǒng)應根據(jù)水文地質(zhì)勘察資料進行設計。必須采取可靠回灌措施, 確保置換冷量或熱量后的地下水全部回灌到同一含水層, 并不得對地下水資源造成浪費及污染。系統(tǒng)投入運行后, 應對抽水量、回灌量及其水質(zhì)進行定期監(jiān)測。3 3 地下水

6、的持續(xù)出水量應滿足水源熱泵系統(tǒng)最大吸熱量的要求。3 4 地下水供水管、回灌管不得與市政管道連接。3 5 地下水換熱系統(tǒng)設計。(1 熱源井的設計單位應具有水文地質(zhì)勘察資質(zhì)。(2 熱源井設計應符合現(xiàn)行國家標準供水管井技術(shù)規(guī)范(GB50296的相關(guān)規(guī)定。(3 熱源井設計時應采取減少空氣侵人的措施。(, 172009年12月總第174期 陜西建筑抽水管和回灌管上均應設置水樣采集口及監(jiān)測口。(5 熱源井數(shù)目應滿足持續(xù)出水量和完全回灌的需求。(6 熱源井位的設置應避開有污染的地面或地層。熱源井井口應嚴格封閉, 井內(nèi)裝置應使用對地下水無污染的材料。(7 熱源井井口處應設檢查井。井口之上若有構(gòu)筑物, 應留有檢

7、修用的足夠高度或在構(gòu)筑物上留有檢修口。(8 地下水換熱系統(tǒng)應根據(jù)水源水質(zhì)條件采用直接或間接系統(tǒng); 水系統(tǒng)宜采用變流量設計; 地下水供水管道宜保溫。3 6 地下水換熱系統(tǒng)施工(1 熱源井的施工隊伍應具有相應的施工資質(zhì)。(2 地下水換熱系統(tǒng)施工前應具備熱源井及其周圍區(qū)域的工程勘察資料、設計文件和施工圖紙, 并完成施工組織設計。(3 熱源井施工過程中應同時繪制地層鉆孔柱狀剖面圖。(4 熱源井施工應符合現(xiàn)行國家標準供水管井技術(shù)規(guī)范(GB 50296的規(guī)定。(5 熱源井在成井后應及時洗并。洗井結(jié)束后應進行抽水試驗和回灌試驗。抽水試驗應穩(wěn)定延續(xù)12h , 出水量不應小于設計出水量, 降深不應大于5m; 回

8、灌試驗應穩(wěn)定延續(xù)36h 以上, 回灌量應大于設計回灌量。3 7 系統(tǒng)優(yōu)化設計思路(1 增大水源水利用溫差, 減少水源水用量, 降低打井數(shù)量, 減少初投資。(2 對水源井潛水泵進行變頻控制, 實行末端負荷變化與主機和潛水泵聯(lián)動, 一體化自動調(diào)節(jié), 節(jié)約用水量和耗電量, 降低運行費用。4 系統(tǒng)設計4 1 負荷計算系統(tǒng)總熱負荷5905k w 。4 2 機房主機設備選型及其運行工況選擇單臺產(chǎn)熱量為1334KW 的 SRK LP1. 5MW -2. 5型大連奧德大功率水源熱泵機組6臺; 機組在運行期間可以根據(jù)室外氣溫變化和系統(tǒng)的供回水溫度做相應的能量調(diào)節(jié)。選用:200/320-37/4(Z 型循環(huán)泵5臺

9、, Q =245T /h、N =37k w 、H =32m, 運行4臺, 備用1臺。根據(jù)建筑總平面圖及建筑布置形式, 確定選用50/200-5. 5/2補水泵2臺, N =5. 5kw 、H =50m, Q =12. 5T /h, 1用1備。4 3 采暖系統(tǒng)末端采用低溫熱水地板輻射采暖, 分戶熱計量, 熱量表裝在管道井內(nèi)。干、立管采用碳素鋼管, 戶內(nèi)采用S4級PE -RT 管, 承壓0. 8M P a , 壽命50年。4 4 水源水系統(tǒng)(1 水源水量:經(jīng)過計算, 冬季系統(tǒng)滿負荷運行時需要水源水量508t /h。(2 水源水井數(shù)量:水源系統(tǒng)的水源井總數(shù)暫設計為15口井(即6供9回 。(3 水源井

10、結(jié)構(gòu):所有15口井的井身結(jié)構(gòu)設計相同, 建議參數(shù)為井深100m, 井徑600-800mm, 管徑327-426mm 。濾水定。井內(nèi)環(huán)形空間用磨圓鍍好并與含水層巖性粒徑匹配的卵石充填。(4 井位:根據(jù)場地條件和水文地質(zhì)條件, 井間距35-60m, 井位距建筑物距離大于8m 。(5 抽水與回灌試驗:為使水源系統(tǒng)方案科學合理, 在水源井施工階段, 應在頭兩口井中作抽水和回灌試驗, 確定單井出水量、回灌量、靜水位和動水位等參數(shù), 依其修改完善水源系統(tǒng)的設計方案。(6 井室和井泵:每口井的井口處修建一個地下井室, 井室的地面可種植草坪進行環(huán)境綠化。每口井中安置潛水泵(井泵型號見設備表, 泵體置于動水位之

11、下2-3m, 井口應密封。供水井和回灌井可冬夏季切換利用, 各井可以相互備用。(7 水源水室外管網(wǎng):每口井與室外的供水管、回水管網(wǎng)并聯(lián)。通過閥門切換與供回水管網(wǎng)連通或斷開。管網(wǎng)的管徑與流量和井至機房距離有關(guān)。結(jié)合當?shù)赝临|(zhì)情況, 室外管網(wǎng)采用不通行地溝方式敷設, 超過30m 的主、支管路應設波紋補償器。水源供回水管和用于洗井用的回揚管, 共用同一管溝, 回揚管就近接入附近雨水井。供回水管敷設在不通行地溝中, 其中供水管用聚胺脂發(fā)泡保溫。4 5 系統(tǒng)控制措施(1 主機與采暖水循環(huán)泵一一對應設置, 主機控制模塊根據(jù)采暖回水溫度控制機組壓縮機的啟停; 熱泵機組相互之間通過信息反饋形成聯(lián)動一體化, 隨室

12、內(nèi)負荷變化自動逐級逐臺啟動或逐級逐臺卸載, 節(jié)省運行費用。(2 水源水潛水泵采用變頻泵。水源水泵與主機聯(lián)動, 節(jié)約運行費用。結(jié)合實際情況, 使整個系統(tǒng)變得更加合理。4 6 運行費用分析(1 用電負荷:設備名稱設備數(shù)量(臺 設備功率(KW 用電負荷(KW 水源熱泵機組63502100深井泵625150循環(huán)水泵537148(四用一備 補水泵25. 55 5(一用一備其它1010安裝容量2456最大運行容量2413. 5(2 采暖期設備運行直接費用分析:設備名稱設備數(shù)量設備功率運行時間小時/天采暖天數(shù)采暖系數(shù)電價電費(元 水源熱泵6350241010. 740. 5188344. 80井泵62524

13、1010. 740. 5134532. 00(下轉(zhuǎn)第20頁18陜西建筑 2009年12月總第174期很大變化。在審查施工圖說明中已有設計單位按新深度規(guī)定(要求來做了, 但也有延續(xù)老設計說明的設計。新的深度規(guī)定(中突出了施工說明, 也是對設計紙上談兵的內(nèi)容得到了更好地實施的一個緊密結(jié)合的要求。另外, 增加了對計算、平面、系統(tǒng)圖更為細化的要求。并對4. 8熱能動力中也增加了一些與節(jié)能、環(huán)保相關(guān)的重要內(nèi)容。4 暖通專業(yè)修改條文要點從修改條文對照來看, 修改條文使原條文更加完善和全面, 如2. 2. 7條要求暖通專業(yè)也要對工程概況做以介紹, 過去設計中是建筑專業(yè)做介紹即可。還有對采暖、空調(diào)、通風、防排

14、煙、熱能動力等方面做出了許多條文修改, 增添了一些新的設計內(nèi)容, 充實了原條文不完善的地方, 使條文內(nèi)容更加充實和完善。并將國家大政方針的要求和規(guī)范的不同要求, 融匯到變化了的條文中。使其從設計計算、圖紙表示、設備表、說明等條文中均能反應節(jié)能減排、環(huán)境保護的內(nèi)容。這方面, 應值得我們設計人員花些時間去理解和執(zhí)行新的深度規(guī)定(。5 深度規(guī)定(的實施深度規(guī)定(實施8個月了, 許多設計院進行了針對性的技術(shù)調(diào)整, 除了組織培訓、學習, 讓技術(shù)專家講解增加及修改的要點外, 還專門組織人員, 按新的深度規(guī)定(要求, 重新編制了通用設計施工總說明, 按要求逐條進行編寫, 使新出的施工設計圖紙給人以耳目一新之

15、感。當然, 也有些設計院對深度規(guī)定(重視不夠, 新、老版本比較感到變化不大, 不能認真學習, 遇到施工圖審查提出諸條意見來, 這才回頭看規(guī)定要求。誠然, 讓人們脫離固有的一種習慣是需要花些氣力的, 任何新東西的完善也需要一個過程, 愿在今后時間的推移中, 筆者和同行們一起, 完善深度規(guī)定(的實施。依據(jù)標準及參考文獻:1原建筑工程設計文件編制深度規(guī)定(, 1992. 2新建筑工程設計文件編制深度規(guī)定(, 2009.(上接第18頁設備名稱設備數(shù)量設備功率運行時間小時/天采暖天數(shù)采暖系數(shù)電價電費(元 循環(huán)水泵437241010. 740. 5132738. 24補水泵15. 5210110. 555

16、5. 50人工費5人+1000元/月+4個月20000. 00合計2171273. 74建筑面積210000. 00每平米, 每年暖季運行費用10. 34綜上分析, 若要達到統(tǒng)一設計標準要求, 該住宅小區(qū)水源熱泵集中地板輻射采暖系統(tǒng)冬季101天采暖運行費用為10. 34元/m 2, 是城市集中供熱收取的供熱費(按照20元/y 考慮 的50%, 考慮維護、管理、折舊等費用費用約為14元/m2, 年可節(jié)約或獲得運行收入100多萬元。水源熱泵供熱系統(tǒng)不僅投資省、運行費用低, 而且可實現(xiàn)環(huán)保零排放, 無任何污染, 沒有傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)所必需的燃料消耗(煤、粉、灰和煙氣 帶來的污染, 對美化建筑周邊環(huán)境大有益處。4 7 總結(jié)從以上分析研究, 采用水源熱泵系統(tǒng)為用戶提供熱源, 節(jié)能效果十分明顯, 經(jīng)濟效益、社會效益顯著。但在