某住宅小区水源热泵采暖工程设计浅析

1、某住宅小区水源热泵采暖工程设计浅析张亚娟1祝宝江2(1. 西安思维建筑设计有限责任公司 710032 西安;2. 西北机器厂 721000 宝鸡摘 要:以某住宅小区水源热泵采暖系统设计为研究对象, 分别对采用水源热泵系统的可行性、优化设计、以及与常规采暖系统能耗比较等方面进行分析, 探讨了有条件采用水源热泵系统地区作为热源的系统节能性。关键词:水源热泵; 采暖; 节能; 能耗1 工程简介该小区位于咸阳市, 总建筑面积21万m 2, 均为节能性住宅。建设单位拟采用地下水源热泵技术对住宅区内所有建筑进行冬季供暖。2 应用水源热泵采暖的可行性分析2 1 应用水源热泵的技术条件水源热泵技术可利用浅层地

2、热能资源进行供热, 具有良好的节能与环境效益。自1932年第一台水源热泵在瑞士应用以来, 水源热泵技术在西方发达国家应用已有70年历史。近年来, 随着我国经济的发展和人们节能环保观念的增强, 水源热泵技术受到人们的普遍关注, 在国内具备条件的地方得到了日益广泛的应用。应用地下水源热泵技术进行冬季供暖的前提是项目的工程场地具备必要的资源和场地条件, 即水源条件和场地条件。水源作为热泵机组从中获取热量进行冬季供暖的热源。2 2 本项目应用水源热泵技术的水源分析水源热泵机组对水源条件的要求是:水温适度、水质适宜、水量充足、供水稳定。本项目的水源条件是否可行, 可以从水温、水质、水量和供水稳定可靠性等

3、四个因素进行分析。(1 水温条件:热泵机组在制热工况下, 一般要求水源水温为1222 。本地区地下水水温常年为15 左右, 符合水源热泵机组需要。(2 水质条件:热泵机组对水源水质的要求是, 水中的物理成分和化学成分不能对机组造成损害。低温水源参数是水源热泵机组运行的第一保障, 适用水源热泵的地下水源水质要求条件如下: 地下水温! 7 ; 含砂量#20万分之一; 浑浊度#25mg /L;%F e2+#1mg /m3; &总矿化度#350mg /L。当水源水质中的氯离子含量小于250mg /L时, 不会对机组产生任何腐蚀损害, 可允许水源水直接进入机组进行换热。本地区地下水水质良好, 符

4、合生活饮用水标准, 完全符合水源热泵机组对水质的要求, 可以为水源热泵机组所利用。(:, 地的水源水量能否满足热泵机组制热供暖时进行热交换所需水量, 是该项工程能否成功的重要因素。本项目位于渭河冲积平原, 第四系沉积物较厚。地下水属于第四系松散沉积物中的孔隙水, 有多个含水层组。200m 以内为潜水含水层, 由中砂、粗砂和砂卵石层组成, 富水性和渗透性较好。当成井质量较好时, 单井涌水量可达80100t/h。本项目需要水源水量506t/h 。在工程场区内钻6眼供水井完全能够满足本项目水源热泵机组用水量要求。(4 供水可靠性:本项目场地临近渭河, 河流对工程场区地下水有补给关系, 供水条件稳定可

5、靠。(5 结论综上所述, 本项目具有优越的资源条件和场地条件, 可以满足冬季供暖需要。因此本项目应用水源热泵进行供暖是完全可行的。3 设计思路3 1 主机选用水源热泵机组。该系统最大的优点是节能及环保, 它的能效比(产生的冷量/消耗的电能 达到5以上, 而锅炉能效小于1; 电是清洁能源, 水也是可再生资源, 因此水源热泵技术是目前国家大力推广应用的节能环保技术。3 2 地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计。必须采取可靠回灌措施, 确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层, 并不得对地下水资源造成浪费及污染。系统投入运行后, 应对抽水量、回灌量及其水质进行定期监测。3 3 地下水

6、的持续出水量应满足水源热泵系统最大吸热量的要求。3 4 地下水供水管、回灌管不得与市政管道连接。3 5 地下水换热系统设计。(1 热源井的设计单位应具有水文地质勘察资质。(2 热源井设计应符合现行国家标准供水管井技术规范(GB50296的相关规定。(3 热源井设计时应采取减少空气侵人的措施。(, 172009年12月总第174期 陕西建筑抽水管和回灌管上均应设置水样采集口及监测口。(5 热源井数目应满足持续出水量和完全回灌的需求。(6 热源井位的设置应避开有污染的地面或地层。热源井井口应严格封闭, 井内装置应使用对地下水无污染的材料。(7 热源井井口处应设检查井。井口之上若有构筑物, 应留有检

7、修用的足够高度或在构筑物上留有检修口。(8 地下水换热系统应根据水源水质条件采用直接或间接系统; 水系统宜采用变流量设计; 地下水供水管道宜保温。3 6 地下水换热系统施工(1 热源井的施工队伍应具有相应的施工资质。(2 地下水换热系统施工前应具备热源井及其周围区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸, 并完成施工组织设计。(3 热源井施工过程中应同时绘制地层钻孔柱状剖面图。(4 热源井施工应符合现行国家标准供水管井技术规范(GB 50296的规定。(5 热源井在成井后应及时洗并。洗井结束后应进行抽水试验和回灌试验。抽水试验应稳定延续12h , 出水量不应小于设计出水量, 降深不应大于5m; 回

8、灌试验应稳定延续36h 以上, 回灌量应大于设计回灌量。3 7 系统优化设计思路(1 增大水源水利用温差, 减少水源水用量, 降低打井数量, 减少初投资。(2 对水源井潜水泵进行变频控制, 实行末端负荷变化与主机和潜水泵联动, 一体化自动调节, 节约用水量和耗电量, 降低运行费用。4 系统设计4 1 负荷计算系统总热负荷5905k w 。4 2 机房主机设备选型及其运行工况选择单台产热量为1334KW 的 SRK LP1. 5MW -2. 5型大连奥德大功率水源热泵机组6台; 机组在运行期间可以根据室外气温变化和系统的供回水温度做相应的能量调节。选用:200/320-37/4(Z 型循环泵5台

9、, Q =245T /h、N =37k w 、H =32m, 运行4台, 备用1台。根据建筑总平面图及建筑布置形式, 确定选用50/200-5. 5/2补水泵2台, N =5. 5kw 、H =50m, Q =12. 5T /h, 1用1备。4 3 采暖系统末端采用低温热水地板辐射采暖, 分户热计量, 热量表装在管道井内。干、立管采用碳素钢管, 户内采用S4级PE -RT 管, 承压0. 8M P a , 寿命50年。4 4 水源水系统(1 水源水量:经过计算, 冬季系统满负荷运行时需要水源水量508t /h。(2 水源水井数量:水源系统的水源井总数暂设计为15口井(即6供9回 。(3 水源井

10、结构:所有15口井的井身结构设计相同, 建议参数为井深100m, 井径600-800mm, 管径327-426mm 。滤水定。井内环形空间用磨圆镀好并与含水层岩性粒径匹配的卵石充填。(4 井位:根据场地条件和水文地质条件, 井间距35-60m, 井位距建筑物距离大于8m 。(5 抽水与回灌试验:为使水源系统方案科学合理, 在水源井施工阶段, 应在头两口井中作抽水和回灌试验, 确定单井出水量、回灌量、静水位和动水位等参数, 依其修改完善水源系统的设计方案。(6 井室和井泵:每口井的井口处修建一个地下井室, 井室的地面可种植草坪进行环境绿化。每口井中安置潜水泵(井泵型号见设备表, 泵体置于动水位之

11、下2-3m, 井口应密封。供水井和回灌井可冬夏季切换利用, 各井可以相互备用。(7 水源水室外管网:每口井与室外的供水管、回水管网并联。通过阀门切换与供回水管网连通或断开。管网的管径与流量和井至机房距离有关。结合当地土质情况, 室外管网采用不通行地沟方式敷设, 超过30m 的主、支管路应设波纹补偿器。水源供回水管和用于洗井用的回扬管, 共用同一管沟, 回扬管就近接入附近雨水井。供回水管敷设在不通行地沟中, 其中供水管用聚胺脂发泡保温。4 5 系统控制措施(1 主机与采暖水循环泵一一对应设置, 主机控制模块根据采暖回水温度控制机组压缩机的启停; 热泵机组相互之间通过信息反馈形成联动一体化, 随室

12、内负荷变化自动逐级逐台启动或逐级逐台卸载, 节省运行费用。(2 水源水潜水泵采用变频泵。水源水泵与主机联动, 节约运行费用。结合实际情况, 使整个系统变得更加合理。4 6 运行费用分析(1 用电负荷:设备名称设备数量(台 设备功率(KW 用电负荷(KW 水源热泵机组63502100深井泵625150循环水泵537148(四用一备 补水泵25. 55 5(一用一备其它1010安装容量2456最大运行容量2413. 5(2 采暖期设备运行直接费用分析:设备名称设备数量设备功率运行时间小时/天采暖天数采暖系数电价电费(元 水源热泵6350241010. 740. 5188344. 80井泵62524

13、1010. 740. 5134532. 00(下转第20页18陕西建筑 2009年12月总第174期很大变化。在审查施工图说明中已有设计单位按新深度规定(要求来做了, 但也有延续老设计说明的设计。新的深度规定(中突出了施工说明, 也是对设计纸上谈兵的内容得到了更好地实施的一个紧密结合的要求。另外, 增加了对计算、平面、系统图更为细化的要求。并对4. 8热能动力中也增加了一些与节能、环保相关的重要内容。4 暖通专业修改条文要点从修改条文对照来看, 修改条文使原条文更加完善和全面, 如2. 2. 7条要求暖通专业也要对工程概况做以介绍, 过去设计中是建筑专业做介绍即可。还有对采暖、空调、通风、防排

14、烟、热能动力等方面做出了许多条文修改, 增添了一些新的设计内容, 充实了原条文不完善的地方, 使条文内容更加充实和完善。并将国家大政方针的要求和规范的不同要求, 融汇到变化了的条文中。使其从设计计算、图纸表示、设备表、说明等条文中均能反应节能减排、环境保护的内容。这方面, 应值得我们设计人员花些时间去理解和执行新的深度规定(。5 深度规定(的实施深度规定(实施8个月了, 许多设计院进行了针对性的技术调整, 除了组织培训、学习, 让技术专家讲解增加及修改的要点外, 还专门组织人员, 按新的深度规定(要求, 重新编制了通用设计施工总说明, 按要求逐条进行编写, 使新出的施工设计图纸给人以耳目一新之

15、感。当然, 也有些设计院对深度规定(重视不够, 新、老版本比较感到变化不大, 不能认真学习, 遇到施工图审查提出诸条意见来, 这才回头看规定要求。诚然, 让人们脱离固有的一种习惯是需要花些气力的, 任何新东西的完善也需要一个过程, 愿在今后时间的推移中, 笔者和同行们一起, 完善深度规定(的实施。依据标准及参考文献:1原建筑工程设计文件编制深度规定(, 1992. 2新建筑工程设计文件编制深度规定(, 2009.(上接第18页设备名称设备数量设备功率运行时间小时/天采暖天数采暖系数电价电费(元 循环水泵437241010. 740. 5132738. 24补水泵15. 5210110. 555

16、5. 50人工费5人+1000元/月+4个月20000. 00合计2171273. 74建筑面积210000. 00每平米, 每年暖季运行费用10. 34综上分析, 若要达到统一设计标准要求, 该住宅小区水源热泵集中地板辐射采暖系统冬季101天采暖运行费用为10. 34元/m 2, 是城市集中供热收取的供热费(按照20元/y 考虑 的50%, 考虑维护、管理、折旧等费用费用约为14元/m2, 年可节约或获得运行收入100多万元。水源热泵供热系统不仅投资省、运行费用低, 而且可实现环保零排放, 无任何污染, 没有传统采暖系统所必需的燃料消耗(煤、粉、灰和烟气 带来的污染, 对美化建筑周边环境大有益处。4 7 总结从以上分析研究, 采用水源热泵系统为用户提供热源, 节能效果十分明显, 经济效益、社会效益显著。但在