沈阳某酒店水源热泵机房设计

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　　 摘要本文从水源热泵机组选型、井水外网设计、水源热泵系统自动控制等方面介绍了某酒店水源热泵机房的设计，总结了水源热泵系统应用的特点。结合设计、运行中出现的问题，提出建议。
　　 关键词水源热泵井管自控
　　Design of Water Source Heat Pump Room
　　for a Hotel in Shenyang
　　
　　Pang Dan☆
　　 1China Northeast Architectural Design & Research Institute Ltd
　　
　　AbstractThe design of water source heat pump room such as the choice of the water source heat pump, the design of well water network and the automatic control of the water source heat pump, is introduced in this paper. The character of the application of water source heat pump system is summarized in this paper and several advices are also put forward according to the problem existed in the process of design and service.KeywordsWater source heat pump,Well pipe,Automatic control
　　
　　1工程概况
　　 沈阳某酒店位于沈阳市和平区，建筑面积4.6万m2，建筑总高度98m，主要功能餐饮娱乐、客房，采用水源热泵系统，夏季供冷、冬季供暖，同时提供卫生热水。
　　
　　2设计参数
　　 夏季室外计算干球温度31.4℃,湿球温度25.3℃；冬季室外计算干球温度-22℃，最冷月平均相对湿度64%。
　　 室内设计参数（见表1）
　　
　　3空调冷热负荷、卫生热水热负荷
　　 空调冷负荷3310Kw、空调热负荷3680Kw、卫生热水热负荷1500Kw。
　　
　　4水源热泵机房
　　4.1水源热泵机组
　　本工程空调系统螺杆式水源热泵机组：单台产冷量1682Kw，单台产热量1847Kw，制冷用电量274Kw，制热用电量352KW，冷媒7-12℃、热媒45-40℃，采用R22制冷剂，共设置2台；卫生热水系统螺杆式水源热泵机组：单台产热量1550KW，制热用电量480KW，热媒60-50℃，采用R134a制冷剂，共设置1台。
　　井水外网设计
　　4.2.1抽水量回灌量
　　根据水文地质勘察报告，本工程所在地抽水井井水温度为12℃（冬夏季基本恒定），水源热泵机组冬季制热工况拟定井水回灌温度为4℃。
　　
　　 冬季空调系统水源热泵机组需用抽水量（回灌量）计算如下：
　　 G1 = (Qr1-Nr1)X2台X0.86/(Tg-Th1)
　　 其中
　　 G1――冬季空调系统抽水量（回灌量）m3/h
　　 Qr1 ――空调系统水源热泵机组制热量 Kw
　　 Nr1 ――空调系统水源热泵机组制热工况机组功率 Kw
　　 0.86 ――Kw转换成Kcal/h的换算系数
　　 Tg――抽水井井水温度 ℃
　　 Th1 ――回灌井井水温度 ℃
　　 则
　　 G1 =(1847-352)X2台X0.86/(12-4)
　　 = 321 m3/h
　　
　　 夏季空调系统水源热泵机组需用抽水量（回灌量）计算如下：
　　 考虑北方地区空调系统冷热负荷的特点及冬季井水回灌温度的限制，保证冬季水源热泵机组正常运行，同时为最大限度降低抽水井、回灌井数量，假定夏季空调系统水源热泵机组需用抽水量（回灌量）与冬季相同，核算夏季井水回灌温度。
　　
　　 夏季空调系统水源热泵机组需用抽水量（回灌量）计算如下：
　　 G2 = (QL+NL)X2台X0.86/( Th2- Tg)
　　 其中
　　 G2――夏季空调系统抽水量（回灌量）m3/h
　　 QL――空调系统水源热泵机组制冷量 Kw
　　 NL――空调系统水源热泵机组制冷工况机组功率 Kw
　　 0.86 ――Kw转换成Kcal/h的换算系数
　　 Tg――抽水井井水温度 ℃
　　 Th2 ――回灌井井水温度 ℃
　　
　　 现假定 G2=G1
　　 G2 =(1682+274)X2台X0.86/( Th2-12) = 321 m3/h
　　 则Th2=22.5℃
　　 此井水回灌温度符合沈阳设计惯例（井水回灌温度≤25℃）。
　　
　　 冬季（夏季）卫生热水系统水源热泵机组需用抽水量（回灌量）计算如下：
　　 G3 = (Qr2-Nr2)X1台X0.86/(Tg-Th1)
　　 其中
　　 G3――卫生热水系统抽水量（回灌量）m3/h
　　 Qr2 ――卫生热水系统水源热泵机组制热量 Kw
　　 Nr2 ――卫生热水系统水源热泵机组制热工况机组功率 Kw
　　 0.86 ――Kw转换成Kcal/h的换算系数
　　 Tg――抽水井井水温度 ℃
　　 Th1 ――回灌井井水温度 ℃
　　 则
　　 G3 =(1550-480)X1台X0.86/(12-4)
　　 = 115 m3/h
　　 冬季最大抽水量（回灌量）为 G1+ G3=321+115=436 m3/h
　　 夏季最大抽水量（回灌量）为 G2+ G3=321+115=436 m3/h
　　
　　4.2.2抽水井回灌井
　　根据水文地质勘察报告，本地区单井干扰取水量约为120 m3/h，单井干扰回水量为50 m3/h，本工程最大抽水量（回灌量）为436 m3/h，理论设置4口抽水井、9口回灌井，即可满足设计需求，同时根据沈阳多年运行情况（抽水井好于回灌井）及地方规定（抽水井与回灌井之比≥1：2.5），本工程实际设置4口抽水井、10口回灌井。每口抽水井设置1台潜水泵，水泵流量G=132m3/h，水泵扬程H=45m，电量N=22Kw；抽水井井间距均不小于40米，回灌井井间距均不小于30米，取水区、回灌区距离大于40米。井水管道采用PE100系列管道直埋敷设，抽水井管采用聚氨酯发泡保温，回灌井管不保温，为保证回灌井回灌效果，回灌井管插入井水静水位下15米。抽水井及回灌井井室内均设置自动远传水表，井水参数（水温、水量、水压等）自动即时传回楼宇自控系统电脑主机显示器。
　　同时为更好保证井水回灌，本工程将2口抽水井设计为抽水、回灌两用井，实际运行中可根据抽水、回灌情况，将一口或2口抽水井通过阀门开关，转换为回灌井使用，更好地保证系统运行安全可靠。
　　
　　4.3过渡季空调系统冷源设计
　　在每年过渡季（5、6月份及9、10月份等）可采用板式换热器直接从井水换冷供空调系统使用，二次侧水温可高于一次侧井水温度1-1.5℃，不需要开启水源热泵机组，可大大降低电量消耗，节约系统运行成本。具体方案详图。
　　

　　4.4客房卫生热水供应
　　 客房卫生热水采用闭式供水方式，可在机房内设置1个或多个立式储热水罐，并联连接，罐外保温，储热水罐总容积建议不小于15m³，客房卫生热水用水源热泵机组与储热水罐直接连接，循环加热，卫生热水通过自来水压力直接供给客房使用，不需要增加供水泵及高位水箱等。客房卫生热水用水源热泵机组建议在电网低谷电价（一般为晚上11：00至第二天凌晨5：00）运行，加热储热水罐内水温至60℃，在其他时段，机组尽量减少运行时间，运行成本大大降低。
　　 水源热泵系统自动控制
　　 4.5.13台水源热泵机组并联运行，每台机组均设置2个开关型电动蝶阀，与机组连锁，保证机组与循环水泵及潜水泵的最优化匹配，延长机组与水泵的使用寿命。
　　 4.5.2抽水井及回灌井井室内均设置自动远传水表，井水参数（水温、水量、水压等）自动即时传回楼宇自控系统电脑主机显示器，可监控抽水井潜水泵的运行情况，监视回灌井井水回灌情况，可以做到回灌井溢水报警等。
　　 4.5.3本工程共设置4口抽水井，每口抽水井设置1台潜水泵。在水源热泵机房回灌井水总管上设置温度探头，即时测定回灌井水温度，通过电脑计算实际水温与预先设定水温偏差值，如果此偏差值超过设定偏差值，则输出电信号自动运行1台潜水泵，如经过一段时间运行，测定偏差值又超过设定偏差值，则输出电信号自动运行下1台潜水泵，一直到4台潜水泵满负荷运行状态；反之亦然。
　　
　　结束语
　　本工程自2004年开始设计，04年冬季空调系统、卫生热水系统使用，经4个年度运行使用，完全达到使用要求，同时得到一些体会，归纳如下：
　　
　　 5.1水源热泵机组建议采用满液式机组，冬季井水回灌温度可达到4℃或更低，干式机组回灌温度一般不能低于6℃，因热回收机组夏季提供热水温度不大于55℃，同时系统管理较复杂，建议卫生热水机组不选用热回收型。
　　 5.2系统冬夏季切换阀门采用对夹式单向蝶阀（国家现行仅有单向阀标准），采用高位膨胀水箱补水定压，发现水箱不断补水，经查发现井水管路与空调水管路切换阀门安装方向有误，空调水管路（高压侧）向井水管路（低压侧）漏水，调换阀门安装方向，使阀门密封侧朝向高压侧（空调水管路），系统运行正常。
　　 5.3过渡季空调系统采用板式换热器直接井水换冷方式，二次侧水温高于一次侧井水温度1-1.5℃，建议采用国外品牌或国外技术换热器厂家，加强板片清洗。
　　 5.4井水采用四级过滤：抽水井井网过滤、机房内除污器过滤、旋流除砂器过滤、射频水处理器过滤。05年冬季机组供暖运行，发现机组出力不足，经查证实机组制冷剂泄露，进一步检查发现，机组冷凝器数根铜管存在漏点，冷凝器壳体下部堆积一些细沙，最终验证为含细沙井水高速冲刷冷凝器铜管所致。采用更换高效旋流除砂器、增加射频水处理器过滤网目数至40目、加强过滤网清洗等措施，系统运行至今未发生问题。
　　 5.5井管外线如采用钢管，建议采用厚壁钢管，增加使用年限；如采用PE管道，建议采用PE100系列管道，增加抗压强度。
　　 5.6回灌井室内回灌弯管上部应设排气弯管，建议采用管径DN≥25。运行发现回灌井水含气较多，严重影响回灌井管回灌量，增设排气管后，回灌量明显增加。
　　 5.7如回灌井内回灌井管管口高于井水水面，回灌井水射流射入井内，会造成很大水花、气泡，将空气带入静水中，严重影响回灌井向周围渗水量，建议回灌井内的回灌井管建议插入井水静水位下15米。
　　 5.7回灌井管如埋设深度在冻层以下，无需保温。
　　参考文献
　　6.1陆耀庆．实用供热空调设计手册．北京：中国建筑工业出版社，2008年
　　6.2《供水管井技术规范》（GB50296）.
　　6.3《供水水文地质钻探与凿井操作规程》（GJJ13）.
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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