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【论坛】水源热泵对水源系统有哪些要求

水源中央空调热泵系统原理_水源中央空调热泵系统原理图_中央空调水源热泵系统

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水源系统的水量、水温、水质及供水稳定性是影响水源热泵系统运行效果的重要因素。使用水源热泵时,对水源系统的原则要求是:水量充足、水温适中、水质适宜、供水稳定。具体来说,水源的水量应足以满足用户供热负荷或制冷负荷的需要,水量不足,机组的供热、制冷能力就会相应下降,达不到用户的要求。水源的水温应适中,与机组的运行工况相适应。例如清华同方GHP水源中央空调系统在供热运行时,水源温度应为12-22℃;在制冷运行时,水源温度应为18-30℃。水源的水质应与系统机组、管道、阀门的材质相适应,以免造成严重的腐蚀损坏。 水源系统供水保证率应较高,供水功能应具有长期可靠性,能保证水源热泵中央空调系统长期稳定运行。

1.水源

原则上,凡是水量、水温能满足用户供热负荷或供冷负荷需要,且水质不对机组设备造成腐蚀或损坏的水源,均可作为水源热泵系统的水源,可以是再生水源,也可以是天然水源。

1. 再生水源

是指城市生活污水、工业废水、矿山废水、油田废水、火电厂冷却水等人工使用后排放但经过处理的水源。有条件的用户使用再生水源,可以变废为宝,减少初期投资,节约水资源。但对大多数用户来说,可以选择的水源还是自然界的水源。

2. 自然界中的水源

自然界中的水分布在大气圈、地球表面和地壳岩石中,分别称为大气水、地表水和地下水。陆地上的地表水和地下水均来源于大气降水。

地表水中海水约占自然界总水储量的96.5%。沿海城市具备利用海水的条件,国外也有利用海水作为热泵水源的实例。我国一些沿海城市多年来已将海水用作工业冷却水源。近年来,国内也有利用海水作为热泵水源的研究,但海水源热泵技术的实际应用还有很长的路要走。陆地上的地表水,即江河、湖泊、水库的水,矿化度比海水和地下水要低,但含有较多的泥沙、胶体悬浮物、藻类等有机物等固体颗粒,含沙量和浊度也较大,必须作为热泵水源处理。

地下水是指埋藏在地表以下含水层中输送的水,地下水分布广泛,水质优于地表水,且其温度随气候变化的变化比地表水要小,是水源中央空调的理想水源。

3.水量及水源选择

水量是影响水源热泵系统工作效果的关键因素。一个项目所需的水量是由该项目的负荷和机组的性能决定的,所选的水量应满足负荷的要求。如果其他条件都满足,但水量稍有不足,可以通过采取一定的辅助措施来解决缺口。如果水量缺口很大,不能满足负荷的要求,则应考虑其他方案。对于具体的项目,应根据实际情况确定是否有可用的水源。不同项目的场地环境和水文地质条件差别很大,可用的水源也不同,应因地制宜地选择合适的水源。当有不同的水源可供选择时,应通过技术经济分析进行比较并选定。

2. 水质

自然界中的水处于生生不息的循环之中,不断与大气、土壤、岩石等环境介质接触、相互作用,使其具有复杂的化学组成、化学性质和物理性质。使用水源热泵时,除考虑水源水量外,还应关注水温、化学组成、浊度、硬度、矿化度、腐蚀性等因素。但目前水源热泵所用水源的水质尚无相关规定,本文所提及的数据均参考冷却水水质标准及部分地下水补给水质的相关规定。

1.温度

地表水温度随季节、纬度、海拔高度而变化,在长江以北及高原地区,冬季地表水结冰,不能用于供暖;夏季水温一般在30℃以下,可用于制冷、空调。

地下水温度随自然地理环境、地质条件和循环深度不同而变化。近地表为变温带,变温带以下一定深度为恒温带,此带地下水温度不受太阳辐射影响。不同纬度恒温带深度不同,水温变化范围为10~22℃。恒温带以下,地下水温度随深度增加而升高,升高程度取决于不同地区、不同岩性的地热增温速率。地壳平均地热增温速率为2.5℃/100m,地热异常均大于此值。富含地下水的地热异常区可形成地热田。据1997年统计,全国已发现地热热点3200余处,已开发利用地热田130处,每年可开采地热水3.45亿m3。 目前很多地热用户排放的弃水温度较高(约40℃),应用水源热泵可以重新利用弃水中30℃的温差,大大提高地热能的利用率。

2.含砂量及浊度

有些水源含有泥沙、有机物、胶体悬浮物,使水质浑浊。水源含砂量高,会造成机组和管道阀门的磨损。用于地下水补给的含砂量高、浑浊度高的水,会造成含水层堵塞。水源热泵系统所用水源含砂量应为10000,浑浊度应为mg/L。如果水源热泵系统中安装有板式换热器,水源水中固体颗粒的粒径应为mm。

3.水的化学组成和化学性质

天然水中含有不同的离子、分子、化合物和气体,这些赋予水的pH值、硬度、矿化度和腐蚀性等化学性质,对装置的材质产生一定的影响。

水的pH值小于7时呈酸性,反之则呈碱性,水源热泵的pH值应为6.5-8.5。

硬度水中Ca2+和Mg2+的总量称为总硬度,硬度越高越容易结垢,水源热泵的源水中CaO含量应为。

矿化度:单位体积的水中含有的各种离子、分子、化合物的总量称为总矿化度。水源热泵系统所用的源水的矿化度应为。

腐蚀水中的Cl-和游离CO2均有腐蚀性,溶解氧的存在更加剧了对金属管道的腐蚀损害。在使用水源热泵系统时,对于腐蚀性强、硬度较高的水源,系统中应安装耐腐蚀的不锈钢换热器或钛板换热器。

3. 取水建筑物

为了从水源地向水源热泵机房供水,需要建设取水建筑物。根据水源不同,取水建筑物可分为地表水取水建筑物和地下水取水建筑物两大类。

1. 地表水取水建筑物

地表水取水建筑物按结构形式可分为移动式和固定式两种,移动式地表水取水建筑物有浮船式、移动缆车式等,较常用的是固定式地表水取水建筑物,其型式较多,但一般包括进水口、输水管(或水平集水管)和集水井等。地表水取水建筑物受水源流量、流量、水位影响较大,施工较为复杂,应根据具体情况选择施工方案。

2. 地下水开采建筑物

地下水开采建筑物类型有管井、大井、组合井、放射井、渗渠等,表1列出了地下水开采建筑物类型及适用范围[1]。实际工程中,应根据地下水埋深、含水层厚度、产水量、技术经济条件等选择不同的类型。

3. 管井

最常见的地下水提取构筑物类型是管井,一般由井筒、井壁管、滤水管、沉砂管组成。井筒用钻机钻成,井壁管安装在非含水层中,支撑井筒壁,防止坍塌。井管与孔口用黏土或水泥等不透水材料密封,防止地面污水渗入;滤水管安装在含水层中,除具有井壁管的作用外,其主要作用是滤水、挡砂;井管底部为沉砂管,用于沉积水中的泥沙,延长管井的使用寿命。

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