产业示范园地表水源热泵空调方案

产业示范园地表水源热泵空调方案

张忠杰1罗向红2

1.身份证号码：43060219811012XXXX2.山东富尔达空调设备有限公司

摘要：广东英德某产业示范园建筑面积约10.7万平方米，拟利用示范园内的人工湖和人工河道作为地表水源，采用水源热泵机组进行供冷和供暖，并提供生活热水。

关键词：地表水；水源热泵；

水源热泵是从地表水、地下水中提取浅层地热能对建筑物供暖或者将建筑物中的热能释放到这些介质中，夏季水源热泵空调系统将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量。冬季水源热泵空调系统从水源中提取能量，根据热泵原理，通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。

1.工程概况

某产业示范园位于广东省英德市，项目包括ABC（工业用地）、DE（商业用地）五个地块，其中人工湖在E地块，约35000㎡，人工河道绕E地块中的山体一周。本方案的中央空调范围为A地块的综合楼、C地块的体育中心、E地块的国际酒店，使用中央空调的总建筑面积为107099m2，拟用人工湖和河道作为地表水源，通过水源热泵机组进行供冷和供暖，并为所有地块提供生活热水。

2.方案设计

2.1水源热泵系统

根据实际情况，本方案采取集中的大型水-水水源热泵机组+风机盘管的形式，整个工程只设一个水源热泵机房，机组产出的冷热水通过一次泵输送到各单体建筑，在各建筑单体内再设立分集水器和二次水泵，通过二次水泵输送到楼内各空调区域，通过风机盘管和空气处理机组将冷热水中的能量输送到各房间。其工作原理图如下：

2.2地表水条件

本项目采用示范园内人工湖和人工河道的湖水作水源热泵机组的冷热水源，制冷时为冷却水，制热时为热源水，技术参数如下：

英德市属南亚热带，夏季最长，春、秋、冬季较短。春夏雨水资源丰富，平均年降水量在1631.4毫米～2149.3毫米，年平均降水日（日降水量≥0.1毫米日数）为160～173天。

示范园规划的人工水域面积约65000m³（人工湖水域35000㎡、人工旅游河道5公里、宽6米，约30000㎡，两者连通），平均水深在3-5m，即湖水总容量在195000m³-325000m³。人工湖的湖水主要靠降雨、水库排水，考虑在夏季极端天气下，为防止湖水蒸发对水源热泵系统的影响，须考虑除降雨之外的补水方式。经估算，在夏季极端天气，湖水最高日蒸发量为1700m³，故考虑打6口深水井，水井出水量在35m³/h，确保在长时间未下雨的情况下及时向人工湖补水。

根据相关资料和以往工程经验：清远市地表水（水面4米以下）夏季温度在22-28℃，冬季温度在7-20℃左右，水源热泵机组在制冷工况下湖水的进出水温度为25/30℃，制热工况地表水的进出水温度为15/10℃（极限7/3℃），水温能满足水源热泵机组正常运行。

2.3供冷、供暖负荷估算及湖体散热估算

2.3.1空调冷热负荷估算

2.3.2生活热水负荷计算

水源热泵机组每天为园区提供生活热水500m³，夏季在电价低谷时段，机组采用全热回收技术制取45℃的热水储存供全天使用。非制冷期间，单台机组在电价低谷时段专门制取55℃热水并储存。

在A地块机房内设500m³的保温水箱，各用水区域按需求设一个小热水箱，并为其配置空气能热水机组进行保温。冬季热水每天加热8个小时，热水量为500&pide;8=62.5m³/h。热水为55℃，自来水为15℃，故生活热水设计负荷为：62.5×（55-15）×1.163=2907KW。

2.3.3游泳池恒温负荷计算

2.3.5湖水热容量和冷容量核算

（1）按工程经验数据，若要夏季机组不影响湖水的温度，其放热对湖水的温升应控制在2℃以内；若要冬季机组不影响湖水的温度，其吸热对湖水的温降应控制在1℃以内。

（2）根据文献【3】和相关工程经验，在人工湖内设喷泉增加水体散热速度。

（3）英德夏季雨天较多，且周末只有国际酒店、体育中心运营，制冷负荷将减少20%，有利于水体散热。

（4）为保证国际酒店空调系统正常运行，增设一组冷却塔满足一台离心机使用，当湖水管路检修时，或夏季湖水温度超温时，切换到冷却塔工作。

2.4地表水取水系统

本方案将在人工湖边建沉淀过滤池，湖水通过滤水管和池壁的渗透层进入过滤池，通过深水泵送入水源热泵机房，经机组换热后排放到人工湖中。

经估算，本工程最大用水量在3000m³/h左右，过滤池的外形尺寸为：长×宽×高：26×24×5m，采用钢筋混凝土结构。池壁用宾格网石块堆砌而成，池外围用鹅卵石回填，池底并排安装16根DN500的滤水管，其位置比湖底高0.5m，其长度大于20米，滤水面积不小于30%，外包80目的过滤网。

地下湖水泵房设置在过滤池的旁边，水泵进水口低于湖水平面以下3m左右，深水泵与水源热泵机组一一对应，联锁控制。湖水处理方式为旋流除沙器+全自动清洗过滤器+电子水处理器的三级处理。

湖水经过机组换热后通过管道送到湖中，为减少回灌水对取水温度的影响，取水点和回灌点须确保在200米以上。

2.5水源热泵机组及配套设施

本工程采用地表水型水源热泵机组，结构为满液式蒸发器，湖水经处理后进机组换热，无需增加板换，换热效率高，运行费用较低。

根据设计负荷，夏季高峰负荷由水源热泵机组供冷，满足最大制冷量10464KW，本方案采用2台单机制冷量为3900KW的离心式水源热泵主机和3台制冷量为2200KW的低温高寒高温螺杆式水源热泵主机（机组带全热回收，其中1台螺杆机备用）。为提高机组的制热效率，冬季气温较低时采用大流量小温差技术，湖水的进出水温差设为4℃。

3.室内末端系统

A地块的综合楼、C地块的体育中心和E地块的国际酒店室内末端采用风机盘管加新风系统；D地块的度假、拓展和精品公寓，E地块渔船、水景酒店采用冷暖分体机。

4.结论

结合英德气候和项目实际情况，示范园采用地表水源热泵空调方案，抽取人工湖和人工河道的湖水给热泵机组使用，为园区制冷、采暖和制取生活热水。该方案避免了供暖系统的重复投资，节省了锅炉房及附属设施的投资、维护，在系统投入后做好湖水过滤和除氧防腐工作，机组即可稳定运行，实现经济、高效、节能、环保的目的。

本方案可按地块功能和建设进度统筹规划，分步实施，合理利用资金。示范园一期先建工厂、综合楼，二期建酒店公寓，三期建体育中心。因此，按本空调方案设计，前期先建人工湖及沉淀池、地下取水泵房、地下机房（综合楼负一层），先安装部分机组设备满足一期建筑群使用，后期随着人工河道和后续建筑物的施工再增加水源热泵机组等设备。

参考文献：

【1】刘婷婷彭建国张国强陈晓湖水水源热泵空调系统在湖南省的应用实例分析建筑热能通风空调2004年12月第23卷第6期文章编号1003-0344（2004）06-040-540-44

【2】何涛地表水水源热泵系统应用实例分析《全国暖通空调制冷2004年学术年会资料摘要集（2）》2004年

【3】於仲义地表水地源热泵用景观水体散热特性研究暖通空调ＨＶ＆ＡＣ２０１２年第４２卷第６期119-122