双水源热泵系统方案设计的应用

双水源热泵系统方案设计的应用

摘要：通过双水源热泵技术，将不能直接利用的低温热能变为有用的高温热能，从而回收电厂冷却水、矿井排水中的热能，以满足建筑采暖、设备防冻及职工浴室洗澡热水的需求，是一种节能、环保技术。

关键词：双水源热泵系统；电厂冷却水；矿井排水；节能

中图分类号：th3文献标识码：a文章编号：

引言：

煤矿工业广场地面建筑（办公楼、生产系统、职工宿舍、食堂等）的供暖、井筒防冻及职工浴室洗澡热水需要消耗大量的热能，传统做法是通过燃煤锅炉提供热源以满足上述要求。这样，不仅消耗大量煤炭，而且煤炭燃烧时排放大量污染物造成环境污染。

矿井排水和坑口电厂冷却水，其水量大，蕴含热量大，以前这部分热能没有被利用。热泵是一种以消耗少量电能为代价，能将大量不能直接利用的低温热能变为有用的高温热能的装置。通过一种新型的热泵技术完全可以回收这部分“废热”，从而满足工业广场地面建筑采暖、井筒防冻及加热职工浴室洗澡热水的需求，实现煤矿不燃煤，取消燃煤锅炉，减少大气污染。

通常情况下，热泵机组的cop值制热工况时可达1:4.4，整个系统（包括辅助设备等）的cop值制热工况时接近1:4，热泵系统的效率高、运行费低，设备投资回收期短；同时，热泵系统无任何污

染物排放，符合环保要求。

1. 双水源热泵系统方案设计

本系统以电厂冷却水和矿井排水双水源为热泵系统取热源，热源温度范围可以在7～50℃之间变化，系统中采用高温热泵机组和低温热泵机组优化匹配，系统可以同时输出70～80℃高温热水、40～55℃中温热水和7～12℃空调冷水。

1.1冬季运行方案

冬季，该系统用于提供散热器采暖、中央空调采暖、井筒防冻、供洗浴热水。

⑴冬季常规运行流程

电厂正常发电时，电厂冷却水为首选热源，高温热泵机组和低温热泵机组两级提取电厂冷却水热能。

水源侧：

从电厂冷凝器出来的20～40℃左右电厂冷却水首先进入高温机组，被高温热泵机组提取热量后变成15～30℃左右的热水，再进入低温热泵机组，被提取热量后电厂冷却水回到电厂冷却塔水池。

用户侧：

①高温热泵机组输出60～80℃高温热水，高温热水分两个系统，一个系统和原散热器采暖系统连接供冬季采暖，一个系统和生活热水箱连接，加热生活热水。

和原散热器采暖系统连接的高温热水系统采用串联方式进入两

台热泵机组，系统供回水温差设计10℃与原采暖系统匹配。

和洗浴热水水箱联接的高温热水系统也采用高温热泵机组供水串联的方式，这样循环水泵流量可以减小一半，相应水泵电机功率减小一半，节能。

②普通低温热泵机组输出40～55℃低温热水，低温热水进入风机盘管末端中央空调系统与井筒防冻末端系统，由于水源温度高，热泵机组效率可以达到5.0以上。

⑵冬季非常规运行流程

当电厂发电较小、室外温度很低时，电厂冷却水温度降低到20度左右，可采用备用方案运行, 此时为电厂冷却水和矿井排水双水源运行。

水源侧：电厂冷却水、矿井水双水源运行。

高温热泵机组使用电厂冷却水为热源，电厂冷却水进入高温热泵机组换热后，水温降低低于矿井水，直接回到电厂冷却塔水池；普通低温热泵机组使用矿井排水为热源，矿井排水直接进入低温热泵机组换热。

用户侧：高温热泵机组输出60～80℃高温热水，高温热水分两个系统，一个系统和原散热器采暖系统连接供冬季采暖，一个系统和生活热水箱连接，加热生活热水。

1.2夏季运行方案

该系统提供中央空调冷源和生活热水热源。

⑴夏季常规运行流程

矿井排水为首选热源，此时为矿井排水单水源运行流程，基于水

环热泵原理，利用矿井排水蓄水池为载体，夏季将空调冷凝热回收用于生活热水加热。

水源侧：从矿井排出20℃左右矿井水首先进入制冷工况的普通低温热泵机组冷凝器，吸收冷凝热后变成30℃左右的低温热水，低温热水进入高温热泵机组，被高温热泵机组回收低温热泵机组放出的冷凝热后水温降低，回到水池。

用户侧：①普通地位温热泵向矿井水放热，输出7～12℃空调冷冻水，空调冷冻水进入风机盘管末端中央空调系统，由于冷凝温度为20℃左右的低温矿井水，热泵机组效率很高，可以达到5.0以上。

②高温热泵提取已经吸收了空调冷凝热的矿井水，输出70～80℃高温热水加热生活热水。

⑵夏季非常规运行流程

此时为电厂冷却水和矿井排水双水源运行流程。

由于夏季电厂冷却水水温更高，可以达到45℃左右，如果直接提取电厂冷却水加热生活热水，则更加节能，为此系统设计了双水源运行工况。

水源侧：①从电厂冷凝器出来的45℃左右电厂冷却水进入高温机组，被高温热泵机组提取热量后回到电厂冷却塔水池。

②从矿井中出来的20℃左右矿井排水，直接进入普通热泵机组，吸收普通热泵机组冷凝热后回到矿井水池。

用户侧：

①高温热泵提取电厂冷却水废热，输出70～80℃高温热水加热生

活热水。

②普通地位温热泵向矿井水放热，输出7～12℃空调冷冻水，空调冷冻水进入风机盘管末端中央空调系统，由于冷凝温度为20℃左右的低温矿井水，热泵机组效率很高，可以达到5.0以上。

1.3春秋季

过渡季节，电厂冷却水水温较高，一般40℃左右，系统只用于加热生活热水，运行方式简单，所以只考虑电厂水单水源运行。

水源侧：从电厂冷凝器出来的40℃左右电厂冷却水进入高温机组，被高温热泵机组提取热量后回到电厂冷却塔水池。

用户侧：高温热泵提取电厂冷却水废热，输出70～80℃高温热水加热生活热水。

1.4总体方案系统切换

整体方案原理如图1.1，整个系统要实现以上功能，必须设计运行转换阀门，运行切换方式如下：

冬季：①运行方式一：阀1、4、9、11开，阀2、3、5、6、7、

8、9、10关，用电厂水

②运行方式二：阀1、3、4、7、8开，阀2、5、6、9、11关

低温机组水池水，高温机组用电厂水。

夏季：①运行方式一：阀2、5、6、8开，阀1、3、4、7、9、10、11关

用水池水（运行方式一）

②运行方式二：阀2、3、4、8、10开，阀1、5、6、7、9、11