千岛湖库区地表水地源热泵系统的应用简介

佟娜娜,何良军,王启善,朱正勇,陆长华,徐红军

(浙江省工程物探勘察院,杭州 310005)

0 引言

20世纪30年代,地表水地源热泵系统问世,是地源热泵中最早使用的热泵系统形式之一,也是最为简单、可靠、初投资成本最低的系统.该系统利用江水、河水、湖水、海水、工业废水及城市污水作为冷热源,为建筑提供热量或冷量[6].地表水地源热泵空调系统也是可再生能源的一种利用方式.

1 千岛湖库区水文、水质特征

千岛湖风景区以碧湖千岛为特色,是以会展休闲、观光旅游、水上运动为主要功能的国际湖泊型风景区.其库区同时还非常适合建设地表水地源热泵系统.

(1)千岛湖库区水文特征

千岛湖水质达到国家I 类地面水标准,正常高水位108m,库容178.4 亿m3,平均深度34m,最深处100m.

图1 千岛湖水水温随深度变化曲线

千岛湖水水温实测试结果见图1.在夏季,5～10m浅表水层的温度与室外气温密切相关,水深10m以下水温急剧下降,水深27m时,水温降为11.8℃.在冬季,水深0～10m水层温度受到室外气温的影响,10m以下,水温基本稳定在9℃左右,27m水深时,水温为9.1℃.水温随深度变化还与季节有关,当水深达到20m时,水温基本稳定,因此取水样点设在水面下20m为宜.

(2)千岛湖库区水质优良

根据对千岛湖12个国控、省控监测断面,18个监测点,27个理化项目的水质监测结果,按2000 年1月 1日起实施的《国家地表水环境质量标准》进行了水质评价.千岛湖地表水完全符合地表水一类标准,水质状况良好.

2 千岛湖库区应用水源热泵系统可行性分析

地表水地源热泵系统水量充足、水温适度、水质良好、供水稳定满足地表水地源热泵系统要求.

通过水温测试,千岛湖的水温完全适合水源热泵系统要求,水质稳定,达到国家I 类地表水标准,只需进行简单过滤处理即可达到饮用水标准.在换热过程中,水体对管道的腐蚀、结垢影响很小,可大大延长管道和换热系统的使用寿命;不需要增加板换,降低了投资.

我国目前地表水源热泵系统取水方案呈现多样化模式:武当山丹江口水库水源热泵工程使用浮船取水方式[8];湘潭市中心水源热泵工程使用人工湖湘江引水方式[9];千岛湖库区选用两种取水方案:在湖中作浮箱式取水泵站,吸水管伸至水下滞温层;或在湖边设置岸边式取水泵站,在稳定的边坡上开挖吸水井.

浮箱式取水泵站优点是吸水管头部随着水位涨落而升降,保证取水的温度恒定.但其管道连接部位极易破损,维修频繁,同时浮箱难以固定,对水体有一定的污染,影响景观效果.岸边取水泵站容易维护.但其取水温度波动较大,枯水年份水位降低大,其初期投资较高.

3 杭州普天碧水华庭别墅地源热泵工程简介

(1)地表水地源热泵工程概况

杭州普天碧水华庭别墅位于千岛湖大桥之北约3km,共26套别墅和1套会所.工程总用地面积为44020m2,建筑面积为24560 m2.工程采用地表水地源热泵中央空调系统,部分别墅空调已调试完成,效果良好,业主很满意.

1#(F户型),17#(C1户型)和会所的空调包括风机盘管水系统、新风系统、地板辐射采暖系统以及生活热水系统.

(2)取水系统设计概述

系统直接从水库取水,引水端位置设计在游艇码头,取水深度为黄海高程80m,取水量为30m3/h.取水由潜水泵经旋流除砂器直接引水至各幢别墅的机房,经机组换热后由雨水管道排出.

别墅群采用岸边取水泵站集中引水方式,直接从千岛湖引水.引水端位置设计在距游艇码头200m,黄海高程80m处,经旋流除砂器过滤除砂后,由清水离心水泵送至山顶水塔,水量为250m3/h.水从水塔自重流入室外管网,分户进空调机房,与水源热泵机组换热后直接排入雨水井.

(3)运行效果分析

地表水源热泵系统于2010年4月开机试运行,7月正式调试运行.调试运行数据见图2、图3所示.

图2 7月18日空调系统运行数据(夏季)

图3 4月2日空调系统运行数据(冬季)

依据美国制冷学会ARI320 标准,开式系统水源热泵水温要求是5～38℃,在水温10～22℃之间运行时能效比较高.而由图2、3可见,湖水工况较为理想, 7月18日湖水进出水温度为13/18℃,而室内温度可保持在21℃,空调效果非常好.经过计算,机组在该工况下能效比标准工况高,热泵机组的能效比达到了4.9,与传统的空调系统相比,节能明显.4月2日湖水进出水温度为11/7℃.

(4)运行费用分析分析

表1对地表水地源热泵系统和VRV空调+电热水器系统的运行费用,进行了分析比较.

计算均依据:(1)夏季运行时间120d,每日10h; (2)冬季运行时间90d,每日10h;(3)电费为0.60元/kWh;(4)空调使用季节系数NPLV为0.51[10].

两套系统费用情况列入表1.

表1 两套系统运行费用比较表

采用地表水地源热泵中央空调系统全年运行费用35.3万元;VRV空调+电热水器系统全年运行费用87.5万元;地表水地源热泵系统比VRV空调+电热水器系统全年运行节约费用52.2万元,节能效果明显.

4 结语

千岛湖水资源丰富,工程采用的地表水地源热泵空调系统不会造成污染.

千岛湖深水温度稳定,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是很好的热泵冷、热源.水源热泵比传统空调系统运行效率要高,全年可节省50%以上运行费用,适宜推广.

[1] Watanabe Choyu.Super heat pump system using river water as a heat source[C]//ASME/JSME Thermal Engineering Joint conference Proceeding,1995.

[2] Energy Information Administration.Internationalenergy outlook 1999[EB/OL].DOE/EIA-0484(99).http://www.eiadoe.gov.

[3] 章 欣,刘 宣,周昭茂.地下水源热泵技术应用及发展[J].电力需求侧管理,2008,10(4):37～41.

[4] 龚伟申,王琴明.地源热泵的特点及发展前景[J].电力需求侧管理,2009,11(1):41～43.

[5] 胡江溢,贾俊国,林弘宇.地下水源热泵应用调研与分析[J].电力需求侧管理,2007,9(3): 38～40,43.

[6] 马凯文.风冷热泵与水源热泵制冷供暖方案比较[EB/OL].(2008-01-17)[2009-05-13].http://www.zhileng.com/jszt/syrb/syrb009.htm.

[7]陈广朋.浅议地表水水源热泵系统在千岛湖景区的运用.民营科技,2008,12,26～28.

[8]张银安,李 斌.开式地表水地源热泵系统的应用分析.暖通空调,2007 ,37 (9):992104.

[9]刘婷婷,彭建国,张国强等.地表水源热泵在湖南地区的应用分析.暖通空调,2004 ,22 (5) :14216.

[10]蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组工业用.GB/ T18430.1-2001,北京:中国建筑工业出版社.