解決住宅供熱空調(diào)需求的水源熱泵系統(tǒng)|資料
一．背景
目前隨著我國(guó)住宅市場(chǎng)化改革，新建商品住宅小區(qū)飛速發(fā)展，近三年每年住宅竣工面積近五億平方米。隨著城市環(huán)境問(wèn)題的日益重視和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，北方地區(qū)新建小區(qū)一般就不再運(yùn)行采用燃煤鍋爐房供熱，何種方式可以經(jīng)濟(jì)、清潔地解決這些新建小區(qū)的供熱問(wèn)題成為目前住宅建設(shè)中的大問(wèn)題。另一方面，近年來(lái)我國(guó)住宅空調(diào)安裝率迅速增長(zhǎng)。上海居民住宅空調(diào)擁有率已超過(guò)60％，北京也達(dá)到34％。據(jù)報(bào)道中國(guó)城鎮(zhèn)居民住宅平均擁有率已達(dá)20％，并且目前家用空調(diào)擁有率仍在飛速增長(zhǎng)，很可能成為冰箱、彩電后迅速普及的又一種家電。這樣，對(duì)于黃河和長(zhǎng)江中下游地區(qū)的城市，住宅環(huán)境就不再僅僅是采暖問(wèn)題，而是要統(tǒng)一考慮采暖和空調(diào)的需求。為此，采用深井回灌的水源熱泵方式可能成為滿(mǎn)足這種需求的住宅供熱空調(diào)方式。本文介紹此種方式的基本原理，深井、水系統(tǒng)和末端的解決方案，以及投資與運(yùn)行費(fèi)用分析與比較。
二．基本原理
這種方式在冬季是間接地利用地下水作為媒介，取地下深層砂、石的熱量作為各戶(hù)熱泵的熱源向戶(hù)內(nèi)供熱，同時(shí)將建筑物中取得的冷量排入地下。而在夏季則通過(guò)地下水作為媒介，以它作為各戶(hù)熱泵的冷卻水，同時(shí)將建筑物產(chǎn)生的熱量排入地下。這樣冬季從地下取熱存冷，夏季取冷存熱，若建筑物冬季供熱量與夏季供冷量差不多，則一年內(nèi)地下基本熱平衡，未取出或存入熱量，不會(huì)造成地下的熱污染。同時(shí)，由于冬季地下水溫度遠(yuǎn)比室外空氣溫度高，因此冬季熱泵效.率比空氣水熱泵高，并且不存在結(jié)露等問(wèn)題。夏季則以16～26℃為制冷機(jī)的冷卻水，可以得到很高的COP，甚至在某些情況下可直接用此水作為冷源進(jìn)行空調(diào)，而不用開(kāi)啟水源熱泵。由于地下水通過(guò)換熱器3換熱后排回地下，僅僅利用了地下水的冷量（熱量），而不消耗一滴水資源，地下水的整個(gè)流程都不與空氣接觸，因此也不會(huì)造成地下水資源的污染。
因此，深井回灌水源熱泵方式是節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約用水，同時(shí)滿(mǎn)足冬季供熱與夏季空調(diào)要求的方式。
三．各部分技術(shù)方案
1. 對(duì)深井的要求
由于向地下回灌比取水要困難，因此，可行的方案為打三口井，一口取水，兩口回灌。同時(shí)，定期交換，使每口井都輪流工作于取水和回灌兩種狀態(tài)。這樣相當(dāng)于定?quot;洗井"，可以使深井長(zhǎng)期高效、可靠地工作。
為保證抽取出的水溫長(zhǎng)期溫度穩(wěn)定，三口井間要保證足夠距離。若三口井布置為如圖2所示邊長(zhǎng)為100m的等邊三角形，每個(gè)井取/灌水對(duì)應(yīng)的地下含水層高度為20m，則可認(rèn)為地下100×100×20m3砂石層為蓄熱體，當(dāng)溫度變化4℃時(shí)可蓄存熱量為：
Q=4℃×100×100×20×(r×Cp×0.7+r水×Cp水×0.3)
取r＝2500kg/m3，Cp=0.2大卡/℃·kg，則Q=520百萬(wàn)大卡。若冬季采暖3000小時(shí)，平均采暖負(fù)荷25大卡/m2·hr，則冬季需要供熱量為7.5萬(wàn)大卡/m2，當(dāng)熱泵的COP=3，則需要從地下取出的熱量為5.7萬(wàn)大卡/m2，520百萬(wàn)大卡可滿(mǎn)足9000m2建筑面積供熱要求。夏季空調(diào)2000小時(shí)，平均負(fù)荷25大卡/m2·hr，因冷卻水溫低，取COP=4.5，則需向地下排熱6萬(wàn)大卡/m2，520百萬(wàn)大卡可滿(mǎn)足約8500m2建筑面積空調(diào)，與可滿(mǎn)足的供熱面積大致相同。一萬(wàn)平米地面積服務(wù)于約9000 m2建筑，容積率為0.9，除高密度住宅區(qū)外，一般城鎮(zhèn)的多層住宅區(qū)基本上可滿(mǎn)足這一要求。目前的深井和泵房建設(shè)投資約1000元/m井深，三口井井深為100～200m時(shí)，投資為30～60萬(wàn)，相當(dāng)于50～100元/m2建筑，基本接近目前各地區(qū)集中供熱接入時(shí)的集資配套費(fèi)。因此，只要建筑容積率小于0.9，地下水位不超過(guò)150m，這一方式在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的。
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