大连某养殖厂海水养殖热泵应用方案

大连某养殖厂海水养殖热泵应用方案大连某养殖厂海水养殖热泵应用方案第一节工程概况一、建筑概况本项目位于大连，本项目有24个260立方的养殖水池，每天需要10%左右换水量，需用水源热泵机组将养殖用水由14度加热到22度，养殖厂房面积为12000平方米，厂房不安装采暖设施，需通过池水散热达到维持厂房温度的效果。第二节方案设计依据1.《公共建筑节能设计标准》GB50189-20052.《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-20033.《水源热泵系统工程技术规范》GB50366-20054.《城镇直埋供热管道工程技术规程》GB50366-20055.《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101-20046《供水水文地质勘察规范》GB50027-20018.甲方提供的设计要求9大连地区的水文地质资料10大连地区类似工程的数据报告11配套设备厂家的样本说明第三节低品位热源概况(即水源概况)大连地区主要有黄海流域和渤海流域两大水系。注入黄海的较大河流有碧流河、英那河、庄河、赞子河、大沙河、登沙河、清水河、马栏河等；注入渤海的主要河流有复州河、李官村河、三十里堡河等。其中，最大的河流为碧流河，是市区跨流域引水的水源河流。另外，还有200多条小河。大连地区淡水资源总量为每年37.86亿立方米，其中地表水资源34.2为亿立方米、地下水资源为8.84亿立方米，两者重复水资源量5.8亿立方米。根据经验钻井深度200米，水量100吨，水温14度。第四节工程设计原则工程方案中应明确的设计原则如下：1、充分利用大连地区地下水丰富，水温较高的特点，做到热能综合利用，达到最佳经济运行状态。2、设计要求：将养殖用水10%约624m3/h由14度加热到22度,要求泳池是24小时恒温.水加热设计水温为28℃3、系统的热源设备按大连鸿源harmony大功率水源热泵机组设计选用。4、供热冷系统热力站规划：依据用户提供的功能要求，需要制备养殖用热水。并根据节省投资、节省运行费用的原则，采用一个机房配置。本工程设计方案遵循技术先进、投资省、效率高、经济实用、节省能源，无污染，运行管理简便的原则。第五节工程设计及施工范围1、工程设计范围：水源热泵机房设备、工艺管道及电气控制设计，室外管线系统等设计。2、工程施工范围：水源热泵机房设备、工艺管道安装、机房内电气控制安装及室外管线安装。工程方案第一节：空调系统计算参数及参考资料1）空调室外计算设计参数季节室外计算干球温度（℃）室外计算湿球温度（℃）室外计算相对湿度（%）室外风速（m/s）大气压力（hpa）夏季28.425.0--4.3994.70冬季-14--585.81013.802）空调室内计算设计参数空气相对湿度为58%；当地大气压设计按定值B=1020.4mm.Hg;池水温度在22℃。第二节：热负荷计算：1、补充水加热所需要的热量计算将养殖用水10%约624m3/h由14度加热到22度分为16小时加热QS1=362KW/h2、水表面散热计算：水池表面蒸发表面损失的热量：QZ=axrxA(Pb-Pq)(0.0174Vf+0.0229)(760/B)Qz池水表面积蒸发损失的热量，kj/ha热量换算系数a=4.1868r与池水温相等的饱和蒸汽的蒸发气化潜热（1kcal/kg）1kcal/kg=4.1868kj/kg查表的数据Pb池水水温相等的饱和空气的水蒸气分压，mm.HgPq环境空气的水蒸气分压力,mm.HgVf水池水面的风速，m/s一般室内水池在Vf=0.2-0.5m/sA池水的表面面积，m2B当地的大气压力由参数表可查数据为r=581.9x4.19kj/kg,Pb=26.7mm.hg,Pq=15.1mm.hg,Vf=0.5m/s即Qz=1190KW/h3、水池的水面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量，应按游泳池水表面蒸发损失热量的20%计算.QS池壁=1190KW/h×0.2=238KW/hQS2总=1190+238=1428KW/h4、克服厂房外围散热负荷计算：通过理论计算及结合当地气候条件确定克服外围结构热损失平均热指标为20W/㎡，QS2热负荷为：20W/㎡×12000㎡=240KW5、总热负荷为:QS=QS1+QS2+QS31428KW/h+240KW+362KW/h=2030KW第三节、热泵机组选择以最大满足需求的负荷来选择机组数量及型号，根据2030KW的负荷，选择2台SSDR-960HP型热泵机组加热鱼池，同时考虑运行安全性，加设一台SSDR-960HP型热泵机组作为备用机。在冬季地下水温14度时，提取6度温差，其制热量为2032KW。第四节地下水应用的方案设计一、工程所在地的水文地质情况本工程所在地含水层较浅，通常在200米左右，含水量在100吨/小时左右，水温为14度左右二、大连鸿源企业关于水源井的成井建议1、成井工艺建议，（具体按照国家验收标准）1.1、井孔孔径大于600MM，配合使用双滤网过滤器使过水断面增大，利于增加井的采灌量。因为滤网内的滤料相对稳定，不因采灌的双向水流冲击作用改变原有的排列顺序，故而能保证管井长期的采灌运行。1.2、双层滤网内的预填2-3MM砾料和管外间隙充填的2-5MM砾料形成梯极砾料反滤层，不仅可以阻挡采水和回扬时细颗粒进入井内，而且保证了百分之二十五的孔隙率。1.3、填砾高度高于滤水管20-30米，可以防止因长期抽灌亏砂，粘土下滑阻塞含水层。1.4、洗井采用正压活塞洗井和负压的复合式洗井方法，洗井较为彻底，达到了清除泥皮，水清砂净，增加单位出水量与回水量的效果。1.5、在提水设备上自上而下安装水位测管，可以在运行中随时进行水位观察，掌握井的运行状况。2、因为本串联取热与真空回灌技术（本项目中因地下水温较高，非常适宜采用串联取热技术，反以本方案设计采用了串联取热技术）串联取热与真空回灌是我公司独有的两项技术，串联取热可以减少地下水用量，从而减少初投资与运行费用，真空回灌可以保证在回灌井最少的前提下实现百分之百回灌。2.1、串联取热对于地下水温较高的地区（十五度以上），通常机组一次提取只能提取五度温差，余下十度的水如果直接回罐地下，会造成资源浪费。我公司在2001年安装本溪三江花园时试验了串联取热技术，并取得了良好效果。至今，我公司已有上百万平米的水源热泵空调建筑应用上了串联取热技术，为客户减少了大量钻井投资，也节省了大量的运行费用。我公司于2000年申请了水源热泵串联低温取热技术的专利。串联取热的基本描述为：地下水进入一号热泵机组提取五度温差，再进入二号机组提取五度温差，然后回灌到地下，具休流程如下：地下水提取→一号热泵机组→二号热泵机组→地下水回灌（15℃）（提取5℃）（提取5℃）（5℃）2.2、真空回灌真空回灌是指在泵管内形成—0.1Mpa压力的条件下，由泵管将回灌水灌入井下含水层的一种方法，其工艺流程如下：需要着重指出：在真空回灌过程中，最忌讳空气进入井内。但是，绝对密封是难以达到的，回灌时或多或少会有点漏气。应该用真空表测定管道内真空度大小。一般认为：真空度为-0.06—0.07Mpa时，密封效果好；当真空度小于-0.05Mpa时，密封程度差，应立即维修。当回扬后停泵、关控制阀门，则真空表显示负压，如小于-0.06Mpa这时并不能认为密封效果已经很好，需在8小时后基本保持不变或未下降至0.05Mpa以下，才可以进行真空回灌。除上述外，真空回灌还应注意以下事项：1)、必须定期回扬，回扬时间根据回灌井畅通情况而定，一般一天回扬一次，每次20-40分钟，至水清砂净。2)、回灌井初期使用时回灌量应由小到大逐渐增加，以免因反向水流作用过大，冲击过滤层造成通水不畅。3)、注意停灌期的保养管理工作，至少每15天回扬一次，以保证水流畅通，防止井内水变质和滤网被堵。4)、灌采互用井应每年洗井一次，以防止滤水层累计淤塞，影响井的使用寿命。三、地下水回路运行中易出现的问题及预防措施水源热泵技术的成败关健在于地下水的回灌技术。回灌问题解决了，其他的只是普通意义上的供暖制冷问题，通过处理都可以解决。现将我公司多年来关于回回灌问题的研究与经验，予以介绍：1、回灌阻塞问题。回灌井堵塞和溢出是大多数地下水源热泵都会出现的问题。回灌经验表明，真空回灌时对于第四纪松散沉积层来说，颗粒细的含水层单位回灌量一般为单位开采量的1/3～1/2，而颗粒粗的含水层则约为1/2～2/3。回灌井堵塞的原因和处理措施大致可以归纳为下列情况。①悬浮物堵塞。注入水中的悬浮物含量过高会堵塞多孔介质的孔隙，从而使井的回灌能力不断减小直到无法回灌，这是回灌井堵塞中常见的情况。因此，通过预处理控制回灌井中悬浮物的含量是防止回灌井堵塞的首要因素。在回灌灰岩含水层的情况下，控制悬浮物在30mg/L以内是一项普遍认可的标准。②微生物的生长。注入水中或当地的微生物可能在适宜的条件下在回灌井周围迅速繁殖形成生物膜，堵塞介质孔隙，降低含水层的导水能力。防止生物膜的形成只要是通过去除水中的有机质或者进行预消毒杀死微生物的手段来实现。在多数用氮消毒的情况下，典型的残存氮值是1～5mg/L。③化学沉淀。当注入水与含水层介质或地下水不相容时，可能引起某些化学反应，不仅可能因形成的化学沉淀堵塞水的通过，甚至可能因新生成的化学物质而影响水质。有些碳酸盐地区通过加酸来改变水的pH值以防止化学沉淀的生成。④气泡阻塞。回灌入井时，在一定的流动情况下，水中可能夹带大量气泡，同时水中的溶解性气体可能因温度、压力的变化而释放出来。此外，也可能因生化反应而生成气体物质，最典型的如反硝化反应会生成氮气和氮氧化物。气泡的生成在潜水含水层中并不成为问题，因为气泡可自行溢出；但在承压含水层中，除防止注入水夹带气泡之外，对其他原因产生的气体应进行特殊处理。⑤黏性颗粒膨胀和扩散。这是报道最多的因化学反应产生的堵塞，所以单独列为一种。具体原因是水中的离子和含水层中黏土颗粒上的阳离子发生交换，这种交换会导致黏性颗粒的膨胀和扩散。这种原因引起的堵塞可以通过注入CaCl2等来解决。⑥含水层细颗粒重组。当回灌井井兼作抽水井时，反复的抽、回灌可能引起存在于井壁周围的细颗粒介质的重组，这种堵塞一旦形成，很难处理。所以在次种情况下，回灌井用于抽水井的频率不易太高。2、腐蚀与水质问题。腐蚀和生锈是早期地下水源热泵遇到的普遍性问题之一。地下水的水质是引起腐蚀的根本因素。因此，国内外学者对地下水的水质问题进行分析，对地下水水质的基本要求是：澄清、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或生物、不结垢等。地下水对水源热泵机组的有害成分有：铁、锰、钙、镁、二氧化碳、溶解氧、氮离子、酸碱度等。①腐蚀性。溶解氧对金属的腐蚀性随金属而异。对于钢铁，溶解氧含量大则腐蚀速率增加；铜在淡水中的腐蚀速率较低，但当水中氧和二氧化碳含量高时，铜的腐蚀速率增加。水中游离二氧化碳的变化主要影响碳酸盐结垢。但在缺氧的条件下，游离的二氧化碳会引起铜和钢的腐蚀。氮离子会加剧系统管道的局部腐蚀。②结垢。水中以正盐和碱式盐形成存在的钙、镁等离子易在换热面上析出沉积，形成水垢，严重影响换热效果，即影响地下水源热泵机组的效率。地下水中的Fe2+以胶体形式存在，Fe2+易在换热面上凝聚沉积，促使碳酸钙析出结晶，加剧水垢形成，而且Fe2+遇到氧气发生氧化反应生成Fe3+，在碱性条件下转化为呈絮状物的氢氧化铁沉积而阻塞管道，影响机组的正常运行。③混浊度与含砂量。地下水的混浊度高会在系统中形成沉积而阻塞管道，影响正常运行。地下水的含砂量高会对机组、管道和阀门造成磨损，加快钢材等的腐蚀速度，严重影响机组使用寿命；而且混浊度和含砂量高还会造成地下水回灌时含水层的阻塞，影响地下水的回灌。适合于地下水源热泵的地下水质大致上为：含沙量应小于2×10-5，浊度应小于20mg/L。Ca2+、Mg2+总矿度应小于200mg/L。如果系统中采用板式换热器，水源中固体颗粒的粒径应小于0.5mm。根据地下水的水质不同，可以采用相应的防腐措施。3、可采用的解决办法①除砂。地下水要经过水过滤器和除砂设备后再进入机组，目前多采用旋流除砂器，也可采用预沉淀池。前者初投资较高，后者较低，但采用开式水箱氧气容易进入，加速设备的腐蚀。②除铁。我国地下水的含铁量一般都超过允许值，因此在使用前要进行除铁。除铁的方法一直是供水工程的研究课题之一。曾采用曝气氧化法，但效果不够理想。现多使用除铁设备进行除铁，尽管初投资和管理费用增加，但效果很好。③软化。目前供暖空调行业多采用软化设备除去地下水中的钙、镁离子并将水软化以达到用水标准。④防气泡。回灌井管置于水位以下，这样可以最大限度减速水气泡产生，从而减轻了气泡阻塞问题。⑤运行管理。运行管理是任何一项HVAC系统的重要组成部分，对于地下水源热泵这种非普通的设计而言更是关键因素。要使运行管理人员不仅知道怎样操作，更要使这些人员知道为什么这样操作，只有这样才能做到安全经济运行。在运行管理中应注意下述几个问题。2定期采用回扬清洗的方法来预防和处理管井堵塞问题，回扬次数和回扬时间视含水层的透水性大小而定，在回扬中要抽取水样进行水质检验。2合理利用水资源，长期开发必须严格按照国家颁布的有关法规执行以确保水源不被污染，不对地质环境造成灾害。2随着使用时间的推移，抽水井和回灌井的能力都会下降，甚至其能力不能再满足热泵运行的需要。这一过程可以用井的老化这一概念加以概括，为了防止水井快速老化，应定期洗井和加强技术管理。2搞好水源监测工作，严格遵守控制水源水质的标准。四、所需地下水用量计算冬季地下水用量计算：采暖时系统按供回水温度40/30℃计算，地下水供回水温度14/8℃时，在最大供暖负荷时所需地下水流量为（2030-452）×0.86G＝------------------×1.05=226T／小时(14℃-8℃)×12、根据夏季计算数据确定钻井方案以2口（出水量125T14℃／H）200米深水井作为提水井，回水井按附近工程回水经验设计为4口。第三节系统侧循环水量计算系统侧水流量计算采暖时系统侧按供回水温度40/30℃计算，在最大供暖负荷时所需系统水流量为2030KW×0.86G=------------------×1.05=175T/H40℃-30℃第四节各种水泵选型：1、系统侧供暖供回水温度为40/30℃，需用循环水量175T/H；Q=173T/H，H=24M，N=18.5KW，设计两台，一用一备。2、地下水供回水温度为14/8℃，需用地下水量226T/H；。Q=125T/H，H=58M，N=30KW。3、供暖及制冷系统侧变频补水定压装置：Q=3.7T/H，H=28M，N=1.1KW。4、在热泵机组与分别与24个水池之间各加一个4m2的板式换热器。第五节热泵机房内部技术方案1.水系统管道公称大于DN25mm的管路用焊接或法兰连接；小于等于DN25mm的管路采用螺纹连接。2.设备（如地源热泵机组、水泵等）、附件（阀门、金属软管接头等）的连方式根据产品要求来确定。3.系统安装完毕冲洗后应按要求进行试压，地源热泵机房空调水系统工作压力为1.0MPa；室外地埋管侧水系统工作压力为0.3MPa。试压时室内外管线应断开。4.防腐:明装的管道及支架涂刷一道防锈漆，两道银粉。保温管道刷两道防锈漆。5.保温:机房内管道保温材料采用橡塑保温采用32mm厚难燃型发泡橡塑管壳（氧指数不小于32）,保温系数应优于0.03375+0.0001375tm[W/(m2.k)]。6.管路上必须配置必要的支、吊、托架，具体形式由安装单位根据现场实际形式选定，做法参见国标95R