浅析水源热泵机组在实际工程中存在的问题

赵述欣　林瀚　史册

摘  要： 本文以实际工程出发，阐述了水源热泵机组在我集团公司运行中存在的一些问题，并提出了相应的改造方案。 关键词： 水源热泵;地下水含沙量;改造方案

1 水源热泵运行原理

地下水源热泵系统是利用水具有较大比热储能的特性，消耗少量高 品质能量（一般是电能），将水中蕴藏的低品位热能转换为高品位热能和冷 能的集能系统。由于土壤的隔热和蓄热作用，地下水温度随季节气温的变 化较小，特别是深井水的水温常年基本不变，是一种十分理想的热泵热 源”。同时地下水源热泵技术由于符合国家节能减排的发展战略，所以在 全国各地尤其是在北方寒冷、严寒气候区得到迅速推广。地下水源热泵机 组的基本组成有，压缩机、冷凝器、基发器、毛细管或腹胀阀、四通换向 阀等，地下水源神泵机组的工作原理为：制冷时，水源水进入机组冷凝 器，吸执干温后排出空调冷水进人机组蒸发器，敢热降温后供到空调末端 设备、制热时，水源水进，机组基发器放热隆温后排出，空调热水进，机 组冷能器，吸执开温后供到空调未端设备的。

2 水源热泵系统运行概况

我集团核泵公司办公楼空调面积约10000m2 ，采用水源热泵空调系统 进行夏季制冷工作。水源热泵技术是利用低品位的浅层地下水作为冷热源， 进行冬季采暖、夏季制冷的技术。地下水源热泵系统的低位热源是从水井 中抽取的地下水。热泵机组冬季从提水井提供的地下水中吸热，提高品位 后，对建筑物供暖，把低位热源中的热量转移到需要供热和加湿的地方，  取热后的地下水通过回灌井回到地下。夏季，则从提水井提供的地下水进 行降温，而将室内余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。我集 团核泵公司水源热泵机组空调系统主要由热泵机组、循环泵系统、地下水 供应系统三部分组成，在夏季制冷时利用地下水供应系统提供的低温地下 水（ 12℃）为空调系统提供冷却循环用水，但长时间运行下来产生一些问 题，已严重影响核泵公司夏季制冷工作。

3 运行中存在的问题

（ 1 ）核泵公司办公楼所处位置地下水水层含沙量过高。核泵公司水 源热泵机组空调系统在夏季制冷时，由于水层含沙量过高经常造成地下水 供应系统中提水井过滤网堵塞影响供水量致使机组水流量保护停机，更为 严重的是已连续两年因为含沙量过高出现地下水供应系统中提水井塌方现 象，地下水供应系统无法为空调系统提供冷却水造成空调系统无法正常运 行，严重影响夏季制冷工作。同时地下水供应系统在夏季运行时将水井周 围大量沙子抽走，在地下形成空洞并且水井所处位置距离核泵办公楼较近 存在严重的安全隐患。（ 2 ）地下水供应系统中水层存在大量沙子，经过 滤、除沙后仍有一定量沙子进入机组由此造成管道堵塞，能耗增加，主机 的正常运行受到影响，制冷效果降低，设备使用寿命缩短等。（ 3 ）每年 需要大量资金对地下水供应系统的2提水井、  4回水井共6 口井进行维护，  近2年由于出现提水井塌方还需花费大量资金重新打井造成资金、资源浪 费。（ 4） 2106年夏季制冷时，由于提水井塌方致使空调系统无法正常工 作长达半个月之久。针对上述原因，考虑到为了不影響夏季制冷工作，保 证空调系统正常稳定运行以及安全等因素决定对空调系统进行局部改造。   4 改造方案

核泵公司水源热泵机组原有空调系统由地下水供应系统提供冷却水循 环用水，地下水供应系统是水源热泵中央空调的关键部分之一，它是整个 系统的能量来源，是水源热泵系统的重中之重。空调系统从井水中提取的 能量（ Q =C. M.Δ t）与井水流量M和井水供回温差Δt的乘积成正比。  当空调系统设计值Q确定后，井水流量M变小，井水温差Δt就需加大;反 之，井水流量M变大，井水温差Δt减小。此次改造将地下水供应系统改为 冷却塔系统，要保证空调制冷量Q不变，  Q =C. M.Δ t其中C为常量影响 空调制冷量Q主要因素为水流量M和供回水温差Δt。此次改造将由地下水 供应系统中供回水温差Δt约为28℃-12℃=16℃左右变为冷却塔系统中供回 水温差Δt约为35℃-30℃=5℃左右，  供回水温差Δt减小，  为要保证空调制 冷量Q不变，水流量M势必增加。此次改造技术难点主要解决水流量M增 加的问题，为解决此问题在核泵顶楼增加1台冷却塔，冷却塔的选型是此次改造的重中之重。由于冷却塔种类繁多，不同冷却塔在中央空调工程中 的应用效果及影响各不相同，与此次改造相关的主要因素：

4.1  冷却塔容量选择

此次改造主要解决水流量的问题，所以冷却塔冷却水量一定满足系统 水流量的增加。同时要考虑冷却塔能耗的问题，冷却塔启动后，势必是增 加系统阻力，影响水泵的功耗。研究表明，当选用小容量的冷却塔时，运 行时间会增加，影响了机组的能耗。当选用大容量的冷却塔时，冷却塔的 运行时间可以缩短，但同时却增加了成本跟冷却塔能耗。

4.2  冷却塔形式（闭式、开式）的选择

闭式冷却塔是由外循环和内循环组成。无需填料，紫铜管表冷器是 其核心部位，设备与内循环对接，形成封闭的循环系统（介质为软水）。  为设备进行冷却，将设备中的热量带出到冷却机组。而外循环是在冷却塔 中，为塔本身进行降温。与内循环水相互不接触，经过冷却塔的紫铜管表 冷器完成散热、换热工作。根据进塔水温自动设置冷却塔工况。闭式冷却 塔被冷却介质由于不与空气接触，不会产生藻类或者盐类的结晶，且被冷 却介质在密闭管道中流动，介质一般都是软化水，不会影响被冷却设备的 工作效率。开式冷却塔是通过将循环水以喷雾方式，喷到PVC填料上，与 空气、水接触，进行换热，然后再由风机带动冷却塔内循环，把热气流带 出，从而达到冷却。被冷却介质在塔内不断的循环，当使用时间多长时，  其介质会蒸发、浓缩。因此开式冷却塔需要常年补水，并且介质在在与空 气长时间接触后，逐渐会被污染，产生藻类或者盐类等结晶，从而影响 其使用性能。如果使用开式冷却塔与地源热泵联合，由于污垢、结晶的 存在，很有可能造成冷却水系统的水管堵塞，从而引起事故。综合以上 两点因素和现场环境因素以及经济等因素，决定在核泵办公楼顶楼增加 LBCM—150型冷却塔1台，同时为满足冷却塔的正常运行增加KQL125/160- 22/2型冷却水循环泵2台

5 改造后效果

系统改造后经过今年一个夏季的检验达到了改造目的，今年夏季核泵 公司制冷情况与往年相比有了明显改善，核泵公司办公人员对今年夏季制 冷工作比较满意。新系统运行与原有系统相比：（ 1 ）新系统运行运行更 加稳定，机组不会出现因水量问题造成故障停机;（ 2 ）新系统运行效率 更高，操作人员节省了排沙所需的时间，沙子不会随水流进入机组影响机 组换热;（ 3 ）新系统制冷效果更好，空调系统末端风机盘管，不会因沙 子过多造成风机盘管水管路堵塞影响盘管制冷。

6 小结

通过参与此次改造对水源热泵系统有了更进一步的认识，水源热泵 系统具有一定优点的同时，也存在着十分明显的缺点。地下水源热泵系统 的优点，采用热泵的形式为建筑物供热可大大降低一次能源的消耗，提高 一次能源的利用率，因此地下水源热泵系统具有高效节能的优点。地下水 源热泵系统的缺点，这种系统需要有丰富和稳定的地下水资源作为先决条 件。由于打井的成本并不与取水量的大小成正比，因此较大系统的投资效 益比较高。地下水源热泵系统的经济性还与地下水层的深度有很大关系。 关于地下水源热泵的使用建议：   1 ）在决定采用地下水源热泵系统之前，  一定要做详细的水文地质调查，并先打勘测井，以获取地下温度、地下水 温度、水质和出水量等数据，合理地配置整个系统。  2 ）设计、施工和运 行等各个环节都要有谨慎小心的态度，确保系统不会因负荷不当、水泵功 耗过高、管理不善而降低了效率。

参考文献：

[1]水源热泵系统中的应用与对策，辽宁师专报，2009，11（2）：80-81.

[2]地源和地下水源热泵的研发现状及应用中的问题分析，能源工程，2003 （2）：10-14.

[3]浅析水源热泵对区域水文地质环境的影响， 山西建筑，2009，35（4）：213-214.