江水水源热泵空调系统设计及应用的几个关键问题
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作者: 李铭铭 于同山
摘 要：水源热泵技术是一种可再生能源利用技术，具有高效节能、经济环保、一机多用、运行灵活、维护方便等特点。本文以柳州市刘三姐文化娱乐中心工程（又名“双渔汇”）江水（柳江）水源热泵空调系统工程为例，介绍了江水水源热泵空调系统的设计及在实际工程中应用江水源热泵空调技术应该注意的几个关键问题。
关键词：水源热泵；柳江；空调设计；关键问题
0 引言
水源热泵空调系统，是一种以水体（如地下水、地表水、再生水）为低位热源，利用水源热泵机组为空调系统制备与提供冷/热水，再通过空调末端设备实现房间空气调节的系统形式。
1 工程实例
1.1 工程概况
柳州市刘三姐文化娱乐中心工程位于广西壮族自治区柳州市沿江路（柳江江畔），是柳州文化建设十大工程，工程紧邻柳江以两条立势跃起的巨型鲤鱼为外观造型，是柳州的城市标志性建筑物，该工程空调系统采用的是江水源热泵中央空调系统。
工程主体为钢筋混凝土框架结构，建筑外挂玻璃幕墙，占地1.6万平方米，总建筑面积4万平方米，共有两栋楼，分别为1#楼及2#楼：1#楼建筑层数为地上3层，地下2层，建筑高度31.900米， 2#楼建筑层数为地上5层，地下2层，建筑高度为26.600米。
1.2 气象与水文地质条件
柳州市地处广西中北部，属中亚热带季风气候，夏半年盛行偏南风，高温、高湿、多雨，冬半年盛行偏北风，干燥、少雨。夏长冬短、雨热同季，光、温、水气候资源丰富，但地区差异较大，北部各县具有较明显的山地气候特征。柳州气候温和，年平均气温20.5℃。一年中气温以7～8月最高，平均气温在29℃左右，极端最高气温39℃；1～2月气温最低，平均气温在10℃左右，但也曾出现过低于零度的极端最低气温。
柳江是珠江水系西江左岸重要支流。上游在贵州省境称都柳江，至广西三江侗族自治县拉堡称融江，过柳城后始称柳江。柳江属雨源型河流，水量丰富，年均径流深876毫米。4～8月为汛期，占全年径流总量的80%，柳州站最大流量2.59万立方米/秒，最小枯水流量85立方米/秒，洪枯流量最大变幅达281倍。但年际变化小，径流变差系数仅0.20。泥沙含量低，仅0.11千克/立方米，为中国少沙河流之一。
2 空调系统设计
2.1 设计计算参数
2.1.1 夏季室外计算参数
空调干球温度：33.9°C 空调湿球温度： 27°C
空调日平均温度：30.5°C 通风干球温度： 32.0°C
最热月月平均相对湿度：70% 大气压力： 986.1hPa
2.1.2 夏季室内空调设计参数
夏季室内空调设计参数
房间名称 温度（℃） 相对湿度（%） 新风量（m?/h.p）
客房 26 ≤60 30
商场、影剧院 26 ≤60 20
办公室 26 ≤60 30
2.2 江水水源热泵空调系统设计
江水水源热泵中央空调系统由水源取水处理系统、水源热泵主机系统、末端空调系统三部分组成。
2.2.1 水源取水系统
水源取水方式是否合理是保证江水源热泵空调工程是否能够安全平稳运行的关键要素之一。
根据本工程实际现场考察知，本建筑建在柳江江畔离柳江仅100米左右，有得天独厚的水资源可以利用，经当地水文站提供的水文资料知柳江水量充足，泥沙含量低仅0.11千克/立方米，水质基本保证三类以上完全满足水源热泵系统对江水水量水质的使用要求。因此本工程采用江水源热泵空调系统（开式系统），水源水取自离建筑约100米的柳江，采用在岸边建筑固定式取水泵房，江水首先经过滤水管初过滤后渗入江水提升水池，江水在水池内沉淀稳流后再由安装在泵房内的5台潜水泵将柳江水通过PE管道泵送给热泵机组进行换热。每台热泵机组对应一台潜水泵（一台备用），热泵机组与潜水泵联动控制，根据建筑实际使用负荷的大小灵活调整热泵机组与潜水泵的开启台数以便降低能耗，从而实现了利用柳江水的低位热能资源进行供热与空调。
2.2.2 水源热泵主机系统
主机选用大连奥德江水水源热泵机组，自带PLC智能控制系统，机组冷凝器均采用耐磨耐腐蚀的镍白铜材质换热器。系统共选配四台江水水源热泵机组，其中一台带全热回收制备生活热水的功能，夏季制冷的同时可以免费制备生活热水，冬季则独立制备生活热水；另外三台无热回收功能，夏季供冷，补充热回收机组冷量不足，冬季供暖。
江水源热泵空调系统工艺原理图
2.2.3 末端空调系统
客房、办公室均采用风机盘管+新风机组系统。风机盘管暗装在吊顶内，气流组织为客房：侧送上回；办公室：上送上回。另设新风处理机组，室外新风经过滤、盘管降温除湿、风机加压后直接送入室内；商场、影剧院等大空间房间采用吊顶风柜+全热交换新风机组系统。吊顶风柜暗装在吊顶内，气流组织为上送上回。另设全热交换式新风处理机组，室外新风经过滤、与室内排风换热、风机加压后直接送入室内。
3 应用江水水源热泵技术的几个关键问题
如前文所述江水源热泵中央空调系统是由水源取水处理系统、水源热泵主机系统、末端空调系统三部分组成，就机组和末端设备而言，基本是成熟的技术，在国外和国内的应用已得到证明。系统能否正常高效的运行关键在取水及水质处理上，不同地理气候条件、不同水源的水质情况各不相同，针对如何处理江水的砂石，采用什么样的取水及水质处理技术能既科学合理，又经济高效，是保证推广应用江水水源热泵技术的关键问题。针对于上述问题我们简述在本工程中的具体做法。
3.1 柳江水汛期含沙量大的处理措施
根据当地水文站提供的水质报告可知，柳江水每年的6-8份为汛期，其他月份水质较好。其他月份的浑浊度均低于10度，满足水源热泵机组对浑浊度的要求（水源热泵机组对浑浊度的要求为小于20度即可），汛期时的水质比较差，浑浊度可达201度，所以，在汛期时，需要采取特殊措施。 本工程一是在岸边建筑固定式取水泵房江水首先经过滤水管初过滤后渗入江水提升水池，江水在水池内沉淀稳流后再由提升泵输送给热泵机组；二是在江水进入冷凝器之前，采用高效自动反冲洗过滤器，而不是普通的Y型水过滤器，因为Y型水过滤器采用滤网，容易堵塞，需要经常拆卸清洗，而自动反冲洗过滤器则可以自动进行清洗或者手动排污，这是应对汛期的第一道措施；三是每台热泵机组的冷凝器均采用耐磨耐腐蚀换热器。这样通过从源头上减少砂石的进入在过程中处理流入的少量砂石最后再使用耐磨耐腐蚀换热器成功解决了柳江水汛期含砂量大的问题。
3.2 水质硬度及藻类生物处理
根据当地水文站提供的水质报告可见，柳江水质的硬度在许可直接进机组的范围内，不需要加装软水装置，只需要加装电子除垢仪器即可满足水处理的需要；江水的藻类生物生长属于允许范围，不用对江水进行特殊灭藻处理，对于水质不能满足热泵运行要求的江水可以可以加装德国进口的“梅鲁斯环”针对水中的物质发出能够改变其物理特征的振波，以水来作传输和储存这种作用振波的介质，使管网中每个角落的水都能载上振波能量。环形的梅鲁斯处理器发出的振波穿过管壁进入水中，以远远高于水流本身的速度扩散到下游十公里之外，使振波在整个管网系统中发挥阻蚀、除垢、杀菌、灭藻等作用。
3.3 江水温度过低处理方式
为保证机组在柳州的各种低温天气条件下还能正常工作，不至于影响到娱乐中心的正常运营，本系统所用的热泵机组是专门为此项目量身设计定做的水源热泵机组，加大机组蒸发器换热面积，并且改变换热器的流道设计提高水的流速，根据夏天和冬天的负荷差，结合机组制热工况下的合理能量级，让低温江水直接进机组，使蒸发器的出口温度维持在3℃，蒸发温度维持在2℃，制热量为额定工况下的90%，这样设计使机组运行更经济更节能同时能够较好的保证机组使用的安全性及使用效果。
4 结束语
柳州市刘三姐文化娱乐中心工程（又名“双渔汇”）江水（柳江）水源热泵中央空调系统，自2012年投入使用至今，系统运行平稳，节能效果显著，成功的实现了利用柳江水作为冷热源进行空调的目的，取代了传统的冷水机组+电锅炉空调方式，虽然在初投资上有所增加，但是极大的降低了项目的运行费用，减少了二氧化碳、二氧化硫、粉尘的排放污染。在国家节能减排政策的背景下，具有相当典型的借鉴意义。
参考文献：
[1]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[Z].GB 50736-2012.
[2]《地源热泵系统工程技术规范》[Z].GB 50366-2009.
[3]陆耀庆.《实用供热空调设计手册》[M].中国建筑工业出版社.
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