关于地下水地源热泵系统的研究与分析

虽然成井要求含砂量小于1／200000，且一般取水管七都设有旋流除砂器，但实际工程运行中，因成井工艺不到位(特别是含有淤泥或粉细砂的地质构造层)，而使蒸发器、冷凝器阻塞的不在少数，轻则影响制冷、供热能力，重则造成压缩机烧毁。地下水水质也是影响水源热泵机组长期稳定运行的重要因素，重碳酸钙型地下水，Cl-，Fe2一含量高的地下水，都会对水源热泵机组造成一定的腐蚀和影响。为保证水源热泵机组能够长期稳定运行，原则上应采用地下水通过板式换热器与热泵机组间接换热的间接式系统，采用便于清洗、更换的板式换热器确实是十分必要的。板式换热器设计和选型时，一定要尽量选择较小的换热温差，以免因温差加大而降低水源热泵机组的能源利用效率。


地下水地源热泵空调系统水环路的设计与常规冷水机组水系统的设计略有差异，必须根据各生产厂家热泵机组的技术要求考虑。用户侧及地下水侧空调循环水泵与水源热泵机组均采用先并后串的方式，循环水泵既可与水源热泵机组实现一对一供水，又可互相调节、互为备用。对于水源热泵机组来说，其实现夏、冬季节制冷、供暖的转换，是通过水路系统阀门的转换进行的，夏季用户侧通过蒸发器回路供应空调冷水，冬季用户侧则通过冷凝器回路供应供暖热水。因此夏、冬季节水环路转换阀最好采用调节灵活、性能可靠的电动阀，采用普通蝶阀时也一定要采用关断灵活、密闭性好的阀门，水源热泵机组接管原理图见图1。

地下水井抽水泵可采用深井潜水泵，潜水泵下放深度应在动水位之下5 m处，安装要平稳，泵体要居中。一般依据井管内径、流量和扬程要求，根据生产厂家提供的样本选配合适的水泵，再根据所需电功率选择电动机及配套电缆。潜水泵的扬程应能克服井内动水位至机房地面高度、管道及板式换热器阻力、水泵阻力及回灌余压。地下水回灌管道设计应根据各同灌井的距离进行阻力平衡计算，以保证各回灌井流量的均衡。

空调室外水环路和室内系统的设计与常规空调水系统没有区别，但应该注意空调冷热负荷的动态调节及系统的水力平衡，以使整个地下水地源热泵系统既达到舒适的空调效果，又充分提高系统的运行效率。地下水地源热泵系统负荷侧应设计为一次泵变流量系统，通过水泵的变频调节来适应空调末端负荷的动态变化，充分降低水输送系统的能耗。

4水源热泵机组技术特点

目前的水源热泵机组均按水路系统转换进行设计，而全国地域跨度大、气候条件相差较大，水源热泵机组的运行工况也相差甚大，因此水源热泵机组蒸发器和冷凝器的设计应有更大的工况变化范围。为适应某些工程地下水大温差的使用要求，蒸发器和冷凝器换热回路也应能有所适应和调整。

一般来说，开机后o．5 h，因室内温度较高，冷凝温度会相应较高，此时冷凝压力应有较宽泛的设计范围，否则会引起机组的保护停机。水源热泵机组运行工况的差异，既会影响机组的制冷、供热量，又会影响机组的实际功耗，若机组设计时对这些运行工况的差异考虑不充分，轻则会导致机组在各种工况变动下能效比的下降，重则呵能会经常导致机组的故障停机甚至烧毁压缩机。鉴于水源热泵机组在实际运行时工况变化幅度较大，建议各生产厂家在机组出厂时应进行全性能、全工况测试，最好提供各工况下机组性能参数选择软件，设计人员在设计时可有针对性地复核各种运行工况参数并确保机组电力配线和安全保护的可靠性。

为充分利用地下水的温度特性，建议开发生产适应地下水水质特点的水源热泵机组，在保证机组使用性能和寿命的前提下，让地下水直接进入机组，以减少采用板式换热器间接系统的温差和能量损失，提高地源热泵系统的能源利用效率。在有蓄冷蓄热分时电价的地区，还可以充分发挥水源热泵机组既能供冷又能供热的技术特性，利用消防水池或蓄热水池进行水蓄冷蓄热，既能减小水源热泵机组的装机容量，又能利用峰谷电价差降低空调系统的运行费用，有利于电网的稳定和削峰填谷。利用地源热泵系统蓄热，其能源利用效率要远远高于电锅炉蓄热系统，且更符合国家能源利用政策。

在建筑物有生活热水供应需要时，可充分发挥地源热泵系统既供冷又供热的技术特性，在夏季空调季节利用水源热泵机组供冷的同时供应生活热水，既提高了地源热泵系统综合运行效率，又降低了排至地下的地下水的温度。根据工程特点及实际的生活热水需求，也可选用部分热回收或全部热回收的水源热泵机组，既满足工程的实际需要，又能够提高地源热泵系统的运行效率。如图2所示，当同时使用空调冷水和生活用热水时，V3，V4，V7，V8阀关闭，V1，V2，V5，V6阀开启，机组同时提供生活用热水(65℃)和空调用冷水(7℃)。根据其他需要可开启机组和相应的阀门，提供冷水或热水。

使用R22工质的水源热泵机组，冬季供热时出水温度一般能接近50℃，这在空间高度不大的办公、住宅等建筑中使用是能够满足室内供热温度要求的，但在高大空间的会议、博览、体育、车站、机场建筑中使用，就很难达到供热舒适性要求。此时，就应该选择采用R134a或R407C工质的中高温型水源热泵机组，机组供热时的出水温度可达到60℃或更高。但随着机组出水温度的升高，机组的冷凝压力会相应升高，机组的能效比会大幅下降，因此应因工程而异，选择合适的机组出水温度，不应盲目地将机组出水温度提得太高。

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