水源热泵系统设计.ppt

水源热泵系统设计水源热泵系统设计v 水源热泵空调系统的特点和分类水源热泵空调系统的特点和分类v5.2 水源热泵空调系统的运行性能水源热泵空调系统的运行性能v5.3 热源热源(热汇热汇)水的处理方法与措施水的处理方法与措施v5.4 水源热泵空调系统设计要点水源热泵空调系统设计要点v5.5 地下水源热泵系统设计地下水源热泵系统设计v5.6 地表水源热泵系统设计地表水源热泵系统设计5.1 水源热泵空调系统的特点和分类水源热泵空调系统的特点和分类v5.1.1 水源热泵系统的特点水源热泵系统的特点v5.1.2 水源热泵机组的种类水源热泵机组的种类v5.1.3 水源热泵系统的分类水源热泵系统的分类返回首页返回首页5.1.1 水源热泵系统的特点水源热泵系统的特点u 利用可再生能源，环保效益显著利用可再生能源，环保效益显著u 高效节能，运行费用低高效节能，运行费用低 u 运行安全稳定运行安全稳定，可靠性高，可靠性高 u 一机多用，分户计量一机多用，分户计量 5.1.2 水源热泵机组的种类水源热泵机组的种类水源热泵机组是指以水为热源水源热泵机组是指以水为热源(汇汇)的可进行制冷的可进行制冷/制热的一种整体式热泵机组，通常是水制热的一种整体式热泵机组，通常是水/空气或水空气或水/水两种水源热泵机组。水两种水源热泵机组。目前常用的有两类：一是小型的水目前常用的有两类：一是小型的水/空气热泵机组空气热泵机组和水和水/水热泵机组水热泵机组 (四通换向阀功能转换四通换向阀功能转换)；二是可用于集中供热、供冷的水二是可用于集中供热、供冷的水/水热泵机组，它水热泵机组，它以地下水、地表水、城市污水为热源以地下水、地表水、城市污水为热源(阀门转换阀门转换)。水源热泵机组根据用途的不同，在水源热泵机组根据用途的不同，在ISO13256-1ISO13256-1标标准中被分为三种：准中被分为三种：（1 1）水源热泵水源热泵(Water-Source Heat Pump)(Water-Source Heat Pump)此种热泵是采用循环流动的水作为热源热汇，而此种热泵是采用循环流动的水作为热源热汇，而低品位热能主要取自建筑自身的余热，不足者由低品位热能主要取自建筑自身的余热，不足者由外部热源补充。外部热源补充。（2 2）地层水源热泵地层水源热泵(Ground Water-Source Heal(Ground Water-Source Heal Pump)Pump)此种水源热泵机组采用水井、湖泊、河流作为热此种水源热泵机组采用水井、湖泊、河流作为热源热汇，此时，低品位热能取自天然水体。源热汇，此时，低品位热能取自天然水体。（3 3）地源闭式环路热泵）地源闭式环路热泵(Ground-Source Closed-(Ground-Source Closed-Loop Heal Pump)Loop Heal Pump)此种热泵采用闭式循环流体作为热源与热汇，低此种热泵采用闭式循环流体作为热源与热汇，低品位热能取自土壤或地面水。品位热能取自土壤或地面水。5.1.3 水源热泵系统的分类水源热泵系统的分类1.1.地下水源热泵系统地下水源热泵系统分散分散开式开式环路环路地下地下水源水源热泵热泵系统系统 分散分散闭式闭式环路环路地下地下水源水源热泵热泵系统系统2.2.地表水源热泵系统地表水源热泵系统返回本节返回本节3.3.海水源热泵系统海水源热泵系统4.4.污水源热泵系统污水源热泵系统5.2 水源热泵空调系统的运行性能水源热泵空调系统的运行性能v5.2.1 水源热泵机组的变工况性能水源热泵机组的变工况性能v5.2.2 影响水源热泵系统运行性能的因素影响水源热泵系统运行性能的因素返回首页返回首页5.2.1 水源热泵机组的变工况性能水源热泵机组的变工况性能5.2.2 影响水源热泵系统运行性能的因素影响水源热泵系统运行性能的因素水源的水量、水温、水质和供水稳定性是影响水水源的水量、水温、水质和供水稳定性是影响水源热泵系统运行效果的重要因素。源热泵系统运行效果的重要因素。5.3 热源热源(热汇热汇)水的处理方法与措施水的处理方法与措施v5.3.1 热源热源(热汇热汇)循环水系统的水处理方法循环水系统的水处理方法v5.3.2 热源热源(热汇热汇)循环水系统的水处理措施循环水系统的水处理措施5.3.1 热源热源(热汇热汇)循环水系统的水处理方法循环水系统的水处理方法水源热泵机组的水源可使用程度总体上用两大指水源热泵机组的水源可使用程度总体上用两大指标来衡量，即标来衡量，即水质指标水质指标和和水温指标水温指标。水质指标水质指标指的是水的浊度、硬度以及藻类和微生指的是水的浊度、硬度以及藻类和微生物。物。水温指标水温指标指的是水源在冬、夏季的温度状况。指的是水源在冬、夏季的温度状况。地表及浅层的水源一般都是生水。它们需经过水地表及浅层的水源一般都是生水。它们需经过水处理后方可送入机组使用。水处理方法主要有：处理后方可送入机组使用。水处理方法主要有：u除砂除砂u除铁除铁u化学方法化学方法(俗称加药俗称加药)u静电处理静电处理u磁化处理磁化处理u离子交换离子交换u高频电子高频电子5.3.2 热源热源(热汇热汇)循环水系统的水处理措施循环水系统的水处理措施u防垢防垢u防腐防腐u防生物粘泥防生物粘泥u防止海水腐蚀和防治海生生物防止海水腐蚀和防治海生生物u污水的防堵塞与防腐蚀污水的防堵塞与防腐蚀5.4 水源热泵空调系统设计要点水源热泵空调系统设计要点v5.4.1 水文地质工程勘察水文地质工程勘察v5.4.2 地下水回灌设计地下水回灌设计v5.4.3 地表水取水设计地表水取水设计v5.4.4 与热源与热源(热汇热汇)交换的热量计算交换的热量计算v5.4.5 水源热泵机组的选择水源热泵机组的选择v5.4.6 海水源热泵系统的特殊问题海水源热泵系统的特殊问题v5.4.7 污水源热泵系统的特殊问题污水源热泵系统的特殊问题返回首页返回首页5.4.1 水文地质工程勘察水文地质工程勘察u工程场地状况调查的主要内容工程场地状况调查的主要内容u场地规划面积、形状及坡度场地规划面积、形状及坡度u场地内已有建筑物和规划建筑物的占地面积场地内已有建筑物和规划建筑物的占地面积及其分布及其分布u场地内树木植被、池塘、排水沟及架空输电场地内树木植被、池塘、排水沟及架空输电线、电信电缆的分布线、电信电缆的分布u场地内己有的、计划修建的地下管线和地下场地内己有的、计划修建的地下管线和地下构筑物的分布及其埋深构筑物的分布及其埋深u场地内已有水井位置等场地内已有水井位置等u地下水水文地质勘察地下水水文地质勘察勘察内容有：地下水类型；含水层岩性、分布、勘察内容有：地下水类型；含水层岩性、分布、埋深及厚度；含水层的富水性和渗透性；地下水埋深及厚度；含水层的富水性和渗透性；地下水径流方向、速度和水力坡度；地下水水温及其分径流方向、速度和水力坡度；地下水水温及其分布。布。水文地质试验内容有：抽水试验；回灌试验；抽水文地质试验内容有：抽水试验；回灌试验；抽水和回灌试验时，测定静水位和动水位；测量井水和回灌试验时，测定静水位和动水位；测量井水水温；取水样并化验分析水质；水流方向试验；水水温；取水样并化验分析水质；水流方向试验；渗透率、流速试验。渗透率、流速试验。u地表水水文勘察地表水水文勘察勘察内容有：地表水源性质、水面用途、深度、勘察内容有：地表水源性质、水面用途、深度、面积及其分布；地表水水温、水位动态变化；地面积及其分布；地表水水温、水位动态变化；地表水流速和流量动态变化；地表水水质及其动态表水流速和流量动态变化；地表水水质及其动态变化，引起腐蚀与结垢的主要化学成分；地表水变化，引起腐蚀与结垢的主要化学成分；地表水利用现状；地表水取水和回水的适宜地点及路线。利用现状；地表水取水和回水的适宜地点及路线。5.4.2 地下水回灌设计地下水回灌设计对于开采的地下水应要求回灌，即将抽出的地下对于开采的地下水应要求回灌，即将抽出的地下水，经地下水水源热泵机组换热后再注入到地下，水，经地下水水源热泵机组换热后再注入到地下，且必须是且必须是等量回灌等量回灌，即抽出的水量应与回灌的水，即抽出的水量应与回灌的水量相等。同时回灌还可以储能，达到冬季回灌蓄量相等。同时回灌还可以储能，达到冬季回灌蓄冷为夏季空调用，夏季回灌热为冬季供暖所用。冷为夏季空调用，夏季回灌热为冬季供暖所用。5.4.2 地下水回灌设计地下水回灌设计为防止地下水资源受到污染，要严格控制人工为防止地下水资源受到污染，要严格控制人工回回灌水质灌水质。回灌水水质要坚守一个准则：回灌水水质要坚守一个准则：回灌水的水质条件回灌水的水质条件要等于甚至高于原地下水水质条件要等于甚至高于原地下水水质条件。另外，要求另外，要求同层回灌同层回灌，回灌井处的地质结构要有，回灌井处的地质结构要有良好的覆盖层和止水层，防止回灌后各个含水层良好的覆盖层和止水层，防止回灌后各个含水层相互贯通，引起水质污染。相互贯通，引起水质污染。5.4.3 地表水取水设计地表水取水设计地表水取水设计应考虑环境保护问题，冷热交替地表水取水设计应考虑环境保护问题，冷热交替问题，冷热平衡问题。问题，冷热平衡问题。u取水温差过大会破坏生态环境取水温差过大会破坏生态环境u取水、排水口位置不当机组运行效率会降低取水、排水口位置不当机组运行效率会降低u取水区域不当会损坏换热盘管取水区域不当会损坏换热盘管5.4.4 与热源（热汇）交换的热量计算与热源（热汇）交换的热量计算5.4.5 水源热泵机组的选择水源热泵机组的选择水源热泵机组的选择应注意以下几个问题水源热泵机组的选择应注意以下几个问题:u根据不同的水源选择不同的水源热泵机组根据不同的水源选择不同的水源热泵机组 可选择的有地表水源型、地下水源型和地耦可选择的有地表水源型、地下水源型和地耦管水源型。要考虑机组的工作温度是否与水源的管水源型。要考虑机组的工作温度是否与水源的温度相适应。在设计中一定要注意选用能效比高、温度相适应。在设计中一定要注意选用能效比高、部分负荷性能良好的水源热泵机组。部分负荷性能良好的水源热泵机组。5.4.5 水源热泵机组的选择水源热泵机组的选择u根据对水源是直接利用还是间接利用，选择配根据对水源是直接利用还是间接利用，选择配有合适的制冷剂有合适的制冷剂/水换热器的机组。水换热器的机组。板式换热器换热效率高，但它对水质的要求板式换热器换热效率高，但它对水质的要求也很高。对水源水间接利用的系统中可选择用板也很高。对水源水间接利用的系统中可选择用板式制冷剂式制冷剂/水换热器的机型。水换热器的机型。壳管式换热器的防堵能力较强。对水源水直壳管式换热器的防堵能力较强。对水源水直接利用的系统，可选择用壳管式制冷剂接利用的系统，可选择用壳管式制冷剂/水换热器水换热器的机型。的机型。对于含盐浓度高，有腐蚀性物质的水源，选对于含盐浓度高，有腐蚀性物质的水源，选择机组时，其换热器一定要耐腐蚀。择机组时，其换热器一定要耐腐蚀。5.4.5 水源热泵机组的选择水源热泵机组的选择u进水温度取决于所选择的系统类型进水温度取决于所选择的系统类型 例如，当采用例如，当采用地下水地下水时其额定制冷工况的进时其额定制冷工况的进水温度为水温度为1818，额定制热工况的进水温度为，额定制热工况的进水温度为1515；当采用；当采用地表水地表水时其额定制冷工况的进水温度为时其额定制冷工况的进水温度为2525，额定制热工况的进水温度为，额定制热工况的进水温度为00。5.4.5 水源热泵机组的选择水源热泵机组的选择u根据水源热泵机组的实际运行工况和其特性曲根据水源热泵机组的实际运行工况和其特性曲线线(或性能表或性能表)，选用水源热泵机组，选用水源热泵机组 根据设计负荷选择热泵机组，机组的制冷量根据设计负荷选择热泵机组，机组的制冷量不应小于峰值冷负荷的不应小于峰值冷负荷的95%95%，也不应超过峰值冷负，也不应超过峰值冷负荷的荷的125%125%。机组制热量一般应比设计热负荷大一。机组制热量一般应比设计热负荷大一些。些。5.4.6 海水源热泵系统的特殊问题海水源热泵系统的特殊问题u海水温度差异较大海水温度差异较大u海水含盐高海水含盐高u海洋生物海洋生物u潮汐和波浪潮汐和波浪u泥砂淤积泥砂淤积5.4.7 污水源热泵系统的特殊问题污水源热泵系统的特殊问题u污水流经管道和设备污水流经管道和设备(换热设备、水泵等换热设备、水泵等)时，时，在换热表面上易发生积垢、微生物贴附生长形在换热表面上易发生积垢、微生物贴附生长形成生物膜、污水中油贴附在换热面上形成油膜，成生物膜、污水中油贴附在换热面上形成油膜，漂浮物和悬浮固形物等堵塞管道和设备的入口。漂浮物和悬浮固形物等堵塞管道和设备的入口。其最终的结果是出现污水的流动阻塞和由于热其最终的结果是出现污水的流动阻塞和由于热阻的增加而恶化传热过程。由于设备结垢导致阻的增加而恶化传热过程。由于设备结垢导致机组耗功增加。所以，在设计中一定要机组耗功增加。所以，在设计中一定要选择能选择能效比高的机组效比高的机组。5.4.7 污水源热泵系统的特殊问题污水源热泵系统的特殊问题u由于污水流动阻塞使换热设备流动阻力不断由于污水流动阻塞使换热设备流动阻力不断增大，引起污水量的不断减少，同时传热热阻增大，引起污水量的不断减少，同时传热热阻的不断增大，又引起传热系数的不断减小，其的不断增大，又引起传热系数的不断减小，其供热量随运行时间的延长而衰减。供热量随运行时间的延长而衰减。污水源热泵机组的运行稳定性比其它水源热泵污水源热泵机组的运行稳定性比其它水源热泵差。在系统设计中应差。在系统设计中应考虑稳定性环节考虑稳定性环节。5.4.7 污水源热泵系统的特殊问题污水源热泵系统的特殊问题u由于污水的流动阻塞使污水源热泵的运行管由于污水的流动阻塞使污水源热泵的运行管理和维修工作量大，应该预留一定的维护空间。理和维修工作量大，应该预留一定的维护空间。例如，为了改善污水源热泵运行特性，换热面例如，为了改善污水源热泵运行特性，换热面需要每日需要每日3 36 6 次水力冲洗，污水流动过程中，次水力冲洗，污水流动过程中，流量呈周期性变化，周期为一个月，周期末对流量呈周期性变化，周期为一个月，周期末对污水换热器进行高压反冲洗。污水换热器进行高压反冲洗。5.5 地下水源热泵系统设计地下水源热泵系统设计v5.5.1 开式环路地下水系统设计开式环路地下水系统设计v5.5.2 闭式环路地下水系统设计闭式环路地下水系统设计v5.5.3 热源井的结构与设计要点热源井的结构与设计要点返回首页返回首页5.5.1 开式环路地下水系统设计开式环路地下水系统设计5.5.1 开式环路地下水系统设计开式环路地下水系统设计开式环路地下水源热泵系统的设计步骤开式环路地下水源热泵系统的设计步骤:u完成试验井完成试验井u确定所需的地下水总水量确定所需的地下水总水量u供水井和回灌井设计供水井和回灌井设计u确定水井群与热泵机组的连接方式确定水井群与热泵机组的连接方式u计算每组供水管和回水盘管的水流量，选择管材计算每组供水管和回水盘管的水流量，选择管材u确定潜水泵至膨胀罐的管道尺寸确定潜水泵至膨胀罐的管道尺寸u确定隔膜式膨胀罐出口侧各管段尺寸确定隔膜式膨胀罐出口侧各管段尺寸5.5.1 开式环路地下水系统设计开式环路地下水系统设计u确定总管尺寸确定总管尺寸(即供水管的起始端、排水管的末即供水管的起始端、排水管的末端端)，根据管路总流量确定总管管径，根据管路总流量确定总管管径u确定回水立管管径确定回水立管管径u选择需要的管件选择需要的管件u计算开式系统并联管路的压力损失计算开式系统并联管路的压力损失u计算隔膜式膨胀罐出口侧压头计算隔膜式膨胀罐出口侧压头u选择膨胀罐选择膨胀罐u确定潜水泵与膨胀罐间管道尺寸确定潜水泵与膨胀罐间管道尺寸u选择潜水泵型号选择潜水泵型号u确定管道保温层的厚度确定管道保温层的厚度