江水源热泵系统设计论文

某住宅小区江水源热泵系统设计

摘要：水源热泵技术是利用地球表面浅层水源形成的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位热能的输入，把不能直接利用的低温低位热能转化为可以利用的高位能，从而达到节约部分高位能的目的。本文介绍了住宅工程中江水源热泵系统的整体设计思路、设计过程和经济性分析。

关键词：户式江水源热泵；温度；水-水板式热交换器；负荷

前言

江水源热泵系统由三部分组成：江水源水系统；江水源热泵主机系统；末端系统。三个系统通过水作媒介进行热量的交换，其动力是热泵主机（电力驱动），夏季水源热泵将用户室内的余热通过水源热泵主机转移到江水中，为用户制冷；冬季水源热泵经四通阀的切换，从江水中提取底品位的热能，为用户供热。本文将江水侧水称为一次侧水，将水-水板式热换热器与户式水源热泵之间的水称为二次侧水。

1工程概况

本工程地处浙江省建德市洋安区，地上住宅建筑面积约7万m2，共7幢高层住宅楼，地上层数为18～25层不等，建筑总高度为78.55m。地下一层，平时为汽车库和设备用房。本工程水源热泵系统水源来自新安江，新安江常年水量充沛，夏季江水温度一般在14℃～17℃之间，冬季江水温度一般在10℃～14℃，仅一月中、下旬约20天的天气以阴雨天为主，水温较低，低于10℃，但由于水温较低天数很少，所以新安江是本工程水源热泵系统的理想冷热源。

2水源热泵系统方案设计

2.1本工程所处地，市政府为了鼓励低碳、节能的空调方式，布置了江水市政管网，而且市政江水已经过旋流除砂器处理，因此本工程江水水源由市政江水供水系统直接提供，从市管网引1跟DN350，流量为750m3/h的水管到小区地下室热交换机房。

2.2本工程采用在江水与户式水源热泵机组之间设置板式换热器的间接连接方式，避免了江水对水源热泵机组的腐蚀。

2.3本工程采用户式水源热泵系统，要求建筑在每户预留一设备平台。对于住宅区来讲，避免了采用集中江水源热泵机组计费不准确，收费较困难的缺点。本工程户式水源热泵机组的选型如表一：表一户式水源热泵参数

户型制冷量KW 输入功率KW 制热量KW 输入功率KW 用户侧水流量m3/h 水源侧水流量m3/h

大户型 20.4 4.3 24.4 6.5 3.4 4.3

中户型 15.6 3.2 17.5 4.7 2.6 3.3

小户型 10.4 2.2 10.9 3.0 1.7 2.3

注：（1）空调冷冻水供回水温度7/12℃；空调热水供回水温度45/40℃；

（2）水源侧夏季供回水温度30/35℃；水源侧冬季供回水温度20/15℃；

（3）水源热泵机组自带水力模块。

3热交换机房设备夏季和冬季相关设计参数选取

3.1本工程设计冷负荷为7500KW，热负荷为4800KW。本设计取整个住宅区内户内空调同时使用系数为75%，以某厂家户式水源热泵机组为例，夏季平均cop为

4.6，冬季平均cop为3.6，由此可得出夏季水源侧需要带走的空调系统额定散热量Q1=75000.75（1+1/4.6）=6847KW，冬季水源侧需要带走的空调系统额定散冷量Q2=48000.75（1-1/3.6）=2600KW。由于水源热泵机组的冷却水量是一个定值，不能随户内负荷变化而变化，因此整个小区水源热泵系统二次侧循环水量应以小区户式水源热泵同时开启率计算，本设计取小区户式水源热泵同时开启率为85%。

3.2夏季参数选取

夏季水源进水温度取17℃，出水温度取25℃，即温差8℃，则水源侧（市政管网）供水量

水源热泵机组进出水温差额定工况下为5℃，则水源热泵系统二次侧循环设计水水量

按本工程的设计思路，由于夏季水源侧需要带走的整个小区空调系统的额定散热量为6847KW，由此可得出水源热泵二次侧循环水的实际温差为4.4℃。本设计取当地夏季二次侧水初始温度26℃，因此夏季水源热泵系统二次侧供回水温度分别是26℃，30.4℃。因此夏季板式换热器的参数：换热量2400w（共选3台），一次侧水进出水温度均为17℃，25℃，二次侧水进出水温度为均26℃，30.4℃。

3.3冬季参数选取

本设计冬季与夏季使用同一套江水侧和水源热泵二次侧水系统，

因此冬季江水源侧水量为736m3/h，冬季水源热泵系统二次侧循环水量为1334m3/h 。冬季水源侧需要带走的空调系统的额定散冷量2600KW，则冬季江水侧温差为3℃，水源热泵二次侧水温差为1.7℃。由于水源热泵机组冬季二次侧最低出水温度要求为6℃，由此可确定冬季水源热泵系统二次侧供回水温度分别为7.3℃，6℃。本设计为了尽可能利用江水能源，采取冬季江水出温度为7℃，进水温度为10℃。由上可知：（1）冬季板式换热器的参数：换热量2600KW，冬季与夏季共用3台水-水板式热换热器，每台换热量1000KW，一次侧水进出水温度均为10℃，7℃，二次侧水进出水温度均为7.3℃，6℃。（2）冬季当江水温度低于10℃时，便不能满足水源热泵的最低出水温度6℃的要求，会出现低温停机保护。因此本工程设计了一套冬季辅助热源-锅炉系统，冬季当江水温度低于10℃时，启动锅炉系统，以满足短期内整个小区的冬季供暖。以上夏季和冬季进出水温度同时参考了厂家户式水源热泵机组的冷热量修正系数，均能满足要求，如表二：表二水源侧进水温度—冷热量修正系数表

制冷工况制热工况

进水温度℃ 制冷量KW 制冷功率KW 进水温度℃ 制热量 KW 制热功率KW

18 1.12 0.79 8 0.82 0.88

20 1.10 0.86 10 0.85 0.90

25 1.05 0.93 15 0.92 0.95

30 1.00 1.00 20 1.00 1.00

35 0.95 1.07 25 1.18 1.05

40 0.90 1.14 30 1.28 1.11

4热交换站和锅炉房水系统

地下室的热交换站内设4台水-水板式热交换器，4台二次侧循环水泵，2台热水泵（一用一备），锅炉房设置2台制热量为1400KW的常压热水锅炉。其中3台水-水板式热交换器的一次侧水由市政接入管供给，且一次侧水管路阀门及换热器阻力均由市政管网资用压头克服，一次水经水-水板式热交换器交换后，排入市政排水管网。水-水板式热交换器的二次侧水，由3台大流量循环水泵分配给各住宅户内的水源热泵机组。第4台水-水板式热交换器为锅炉侧单独设置的一套板换系统，当锅炉开启时使用，平时为关闭状态。第4台小流量水泵为考虑到当小区刚完工，入住率较低时运行。冬季当江水温度低于10℃时，市政水源供水管网进水管上的阀门关闭，启动热水锅炉和其中1台热水循环泵，锅炉侧80℃水经过第4台水-水板式热交换器把热量传给一部分二次侧水，其它二次侧水以旁通原理经过其它3台水-水板式热交换器，与经过第4台板换置换出的14℃的热水自动混合后成8℃，再通过水泵供给各栋住宅楼。第4台板换的参数为：换热量：2600W，一次侧进出水温度80℃，60℃，二次侧进出水温度为6℃，14℃。本工程4台板换的流量是通过对定货的要求使得4台板换的压降均相同，即经过4台板换的流量相同，从而保证了通过第4台板换的流量和交换热量。具体详锅炉房、热交换机房水系统图。

本工程为住宅小区，水源热泵开启台数变化率较大，因此二次侧