闭式地表水地源热泵技术

空调末端水系统
空调水系统采用一次泵系统，末端空调器为变水量温度控制方 式，水源热泵机组与一次泵通过群控根据负荷变化实行台数调 节。 空气处理机组风机采用变频控制器实行季节性分阶段调节设定 风量，结合变水量温控系统，实现最大限度节能。 风机盘管采用电动二通阀和三档风速结合的控制方式。实现最 大限度节能。 通过设置在冷冻机房内的集分水器将水系统分为4个独立的系 统，冷媒水立管垂直异程，各层冷冻水管水平异程。于集水器 汇合的各路。回水管均设平衡调节阀，备系统平衡初调节和各 管路流量测量用。
闭式地表水地源热泵系统
开式地表水地源热泵系统
闭式地表水地源系统特点
优点： （1）在热泵机组换热器内的循环介质为干净的水或防冻液，机 组换热器不受地表水水质影响。对水质要求低。 （2）换热器环路水泵的耗电量比开式系统低。 （3）对水体环境影响较小，有利于水体环境保护。 （4）运行维护管理简单。 缺点： （1）放置于敞开水域，有可能遭到人为破坏 （2）当水体较浅时，水温受大气影响明显 （3）换热效率较开式系统低 （4）施工难度大，有泄漏可能
技术经济分析
工程项目投资概算 图书信息中心项目总投资约14000万元，其中潜水盘 管式浅层地表水源热泵供热技术系统部分约1600万元。 示范增量成本概算 计算基准：地源热泵空调系统同常规冷水机组+燃气锅 炉系统。 采用潜水盘管式浅层地表水源热泵供热系统总投资将比 常规冷水机组+锅炉系统增加 300 万元。
全年累计空调能耗 141.49 全年累计采暖能耗 59.54 全年累计采暖耗电量 全年累计空调耗电量 19.85 35.37
全年累计照明能耗
52.04
建筑物总耗电量
107.26
节能率
65.03%
节能减排效益
运行费用：节约42万元/年 7左右年收回静态投资； 节能率：40％左右，节省能耗合标煤300吨/年； 减少co2排放：500吨/年； 节约冷却塔耗水： 20000吨/年。
围护结构节能措施
倒置式屋面保温，K=0.58 W/(㎡.K) 外墙：干挂玻化砖+xps+页岩模数砖， K=0.68 W/(㎡.K) 内墙200mm ALC 板 外窗 LowE中空，Se=0.32 K=2.1 W /(㎡.K) 外遮阳玻璃幕墙：采用挡板 地面 K=0.76 W /(㎡.K)
为200m直径为 32mm的PE管排成 水平的U型管。 根据试验数据， U型管换热器每米换 热量达77W/m 。
换热器试验
二、盘管：用一根长为 200m直径为32mm的 PE管盘成四个有16圈 的盘管。 根据试验数据， 盘 管换热器每米换热量达 54.4 W/m 。
换热器试验
三、螺旋管：用一根长 为200m直径为32mm的 PE管绕成N圈的螺旋管。 根据试验数据， 螺旋 管换热器每米换热量达 59 W/m。
2006年12月
开始湖水换热性能测试。
地表水换热器的实验研究报告
试验部分部分温度、循环水流量、压力曲线图
环境影响分析
经计算论证，地表水换热器取热和释热 量对湖水影响很小，周累计温升（降）均小 于0.2℃,明显低于国家相关标准。
施工现场照片
施工现场照片
施工现场照片
施工现场照片
施工现场照片
闭式地表水换热器系统
换热器单元结合湖床条件采用多种形式，以Ｕ形展开式 为主,每20个单元为一组,系统由四个独立地表水换热器 回路组成,其中两个回路分别有7个换热器单元组, 另外 两个回路分别有8个换热器单元组,连接换热器单元组的 集管采用同程方式连接。每个换热器单元夏季设计工况 设计接近温度为5℃,换热量为9.6kW(2.73RT),管内流 速为0.86m/s,阻力为80kPa.最远换热器单元距离机房 约800米,系统设流量为330m3/h,扬程为35mH2O的 变频水泵三台。经校核计算,该闭式地表水换热系统冬 季设计工况的最大取热量为3840kW,满足工程设计要 求。
运行费用比较
闭式地表水地源热泵空调系统比“燃气锅炉 采暖+冷水机组制冷”系统每年可节省直接运 行费用为32万元； 考虑人员、维修等费用，实际每年可可节省 运行费用为42万。考虑整个系统运行管理和 维护成本，增加投资额的回收期约为7年；
建筑能耗性能化设计
建筑能耗性能化设计—DeST模拟分析结果：综合节能率 ≥65%
闭式地表水换热器布置平面图
闭式地表水地源热泵系统性能指标
工程空调系统采用高效、节能、环保的闭式 地表水地源热泵空调系统 螺杆式水源热泵机组3台，制冷设计工况能 效比为5，制热设计工况能效比为4.0，运行 稳定性保证率：100％ 空调水温差6℃，水泵Er值0.019(小于 0.0241)
水文勘察 （2006年7月）
开始湖水温度监测，长达一年测试，取得大量一手数据。
30 20 10 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
月份 温度℃ 9.9 11.2 13.5 18.6 21.3 24.5 26.4 26.8 25.7 18 15.5 12.1 月份 温度℃
换热器试验
一、抛管：用一根长
表2 U型De32管散取实验值、计算值、模拟值的对比
进水温度℃ 实验值 计算值 模拟值 4.0 35.05 35.05 回水温度℃ 7.79 29.41 湖水温度℃ 10.5 22.7 22.7 流速m/s 0.82 0.822 0.822 单位管长换热量W/m 34.40 51.41 71.02 相对误差
Q = ρVCP Δt T
4、冬季可靠性评估
换热器的设计
常用的材料: 高密度聚乙烯塑料管（HDPE管），DN25,DN32 距离水面距离: 不小于3m。 工作压力: 应大于换热盘管的承压； 水力平衡： 每个环路集管内的换热环路数量应尽可能相同,以保 证各环路的水力平衡； 流速： 紊流流动，即Re≥3000； 集管布置： 与水体、湖床形状相适应，供、回水管应分开布置。 间5米左右小于2m。 固定： 地表水换热盘管应牢固安装在水体底部（一般离底部 300mm），有固定措施,克服浮力,避免飘移； 强度： 在布置换热器时,对于5米左右深的水体，换热器排 热强度不应大于12.3W/ m2; 对于10米深度以上的分层 明显的水体，换热器排热强度不应大于65W/ m2
地表水地源热泵机房原理图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
空调末端风系统
入口门厅、过厅、阅览室及书库等大空间采用 低速风道送风空调方式，新风及回风混合后经 末端空调器处理送至室内，气流组织采用上送 上回方式。 办公室、会议室、研究室及教室等房间采用风 机盘管加新风系统，新风经各层新风机处理后 送至室内。 需24小时空调的区域另增加独立的多联机系统。
闭式地表水源热泵空调系统设计
张建忠
2012年8月合肥
地源热泵分类
地源热泵系统 1、 地埋管地源热泵系统 2、 地下水地源热泵系统 3、 地表水地源热泵系统 按源性质分 湖（河）水源热泵系统 海水源热泵系统 污水源热泵系统 按换热形式分 开式地表水地源热泵系统 闭式地表水地源热泵系统
地表水源热泵系统
总平面布局与示范建筑效果图
设计思路与基本方案
有利的环境基础条件：离图书信息中心约 200米处，为已被列入湖鸟生态自然保护区 的天印湖。天印湖主湖区湖面面积约300 亩，湖水最深处为10至12米，夏季平均蓄 水深度约4米，冬季平均蓄水深度约3米，蓄 水量约5万立方米。得天独厚的可再生能源 资源。 采用地表水地源热泵空调系统
换热器的设计
换热器形式
(a）U型管换热器
（b）盘管换热器
（c）螺旋管换热器
换热器的设计
表1 U型De32管散热实验值、计算值、模拟值的对比
回水温度℃ 27.55 29.41 22.7 湖水温度℃ 22.7 22.7 流速m/s 0.822 0.822 0.822 单位管长换热量W/m 67.94 51.41 71.02 相对误差 -24.3% 4.5% 进水温度℃ 实验值 计算值 模拟值 35.05 35.05 35.05
水体条件评估
1、地表水勘察： 地表水水源性质、用途、大小、深度、与建筑物的距离； 冬夏两季不同深度的地表水水温、水位动态变化； 地表水体水流速和流量动态变化；地表水水质及其动态变化； 地表水利用现状与规划，特别是上游热利用现状、规划与影 响；航运情况、附近取排水构筑物情况； 2、水体热环境保护： 周平均最大温升≤1℃；周平均最大温降≤2℃。 3、资源量评估：
空调负荷冷热源
空调冷热负荷计算 采用动态负荷计算理论得出夏季空调设计计算冷负荷为 6120kW，冬季空调设计计算热负荷为3860kW，考虑不同功 能部分应用时间的不同与使用率，取负荷系数为0.8,则建筑夏季 实际空调计算冷负荷为4896kW，冬季实际空调计算热负荷为 3088kW。 空调系统选用3台相同规格的水源热泵机组，每台机组设计工况制 冷量为1658kW，输入功率238kW，设计工况制热量1600kW， 输入功率420kW。 设计工况为, 夏季:空调供回水温度分别为6℃/12℃，冷凝器进出 水温度分别为30℃/35℃; 冬季:空调供回水温度分别为 45℃/39℃，蒸发器进出水温度分别为5℃/2℃。
施工现场照片
THE END
谢 谢 大 家 ！
-24.3% 4.5%
建筑概况
建筑功能：图书馆和计算中心 工程总用地面积：56000 ㎡ 建筑基底面积： 10158㎡ 总建筑面积： 38370㎡ 建筑密度： 18.1% 容积率： 0.68 绿地率： 31％ 层数： 5层 建筑高度： 23.45米 藏书量： 150万册 阅读座位： 3662位 夏季空调设计计算冷负荷6120kW 冬季空调设计计算热负荷3860kW 图书信息中心项目获得邵逸夫基金500万港币资助