深井水源热泵+风机盘管供暖系统在西藏地区集中楼群的应用及实例分析

曹军

（山西建筑职业技术学院，山西 太原 030006）

深井水源热泵+风机盘管供暖系统在西藏地区集中楼群的应用及实例分析

曹军

（山西建筑职业技术学院，山西 太原 030006）

论文介绍了西藏地区深井水源热泵+风机盘管供暖系统的应用情况，通过实际工程叙述深井水源热泵系统+风机盘管供暖系统的工作原理、工艺流程及系统特点，指出应用该供暖系统应考虑的问题及需要掌握的关键技术，并结合实际运行进行经济分析，表明在西藏地区集中楼群供暖采用深井水源热泵+风机盘管相结合的系统具有很大的优势。

深井水源热泵；风机盘管；工作原理；经济分析；系统优势

西藏地区位于高原地带，地形复杂，受季风气候影响，夏季温暖，冬季寒冷而干燥，所以搞好供暖工作十分重要。由于西藏地区煤和石油及天然气缺乏，而地下水资源比较丰富，拉萨市地下水温常年在10-15℃之间，地下水位偏高。那么，供暖应充分利用地下水作为热源，尽量缓解常规能源短缺的压力，并且力求降低供暖成本及费用，这已经成为大家的共识。

近几年随着供暖技术的不断发展，水源热泵技术作为一种低耗能新型空调技术，被不断地应用到供暖系统中。而深井水源热泵供暖系统是利用地下水作为低位热源，通过电驱动制冷系统做逆制冷循环，吸收地下水的热量通过热媒经房间散热装置向房间供暖。我国深井水源热泵从1997年开始学习和引进欧洲产品，出现了大规模的深井水源热泵采暖工程项目。到1999年底，全国大约有100套深井水源热泵供热或制冷系统。与传统风冷式、水冷式和蒸发式制冷机组相比较，水源热泵具有较高的制冷效率且能实现制热功能，我国大的城市如北京、上海和广州等高密度民用住宅小区采用深井水源热泵系统，作为新型空调方式已成为当今空调发展的一种趋势。

一、深井水源热泵、风机盘管供暖系统在西藏地区集中供暖楼群的应用现状

由于西藏当地常规能源缺乏，若从其他能源产地调用煤、石油等则运输费用高，而且高原气候条件限制，燃烧效率偏低，则使得供暖成本及费用大大增加，况且冬季交通的不便利，无法保证常规能源的稳定供给，所以要利用西藏地下水及太阳能资源丰富的特点，采取更适合本地的供暖方式尤为迫切重要。随着水源热泵技术在我国的不断发展，深井水源热泵系统具有节约能源、运行安全、可靠的特点，并不断地被应用到各地采暖或空调工程项目中。

西藏地区于2001年首次将深井水源热泵机组、风机盘管系统用于拉萨市政府办公楼及附属楼群中，随后又在这几年当中，分别在西藏武警总队办公楼及家属区、西藏军区大院内部办公楼及营房、西藏武警总医院办公楼及住院部等多个工程中应用此系统。

由于水源热泵机组适用性与使用地区的地下水温、水质和室外气象资料有关，深井水源热泵机组工况参数的确定及性能的适用性直接关系到水源热泵系统的正常运行和能量消耗。

笔者参加了某驻藏部队营区供暖工程建设项目实施过程。以该工程为例，对深井水源热泵机组+风机盘管供热系统的工作原理、实际工程应用及技术经济性进行介绍。

二、深井水源热泵系统工作原理及工艺流程

（一）深井水源热泵系统组成

它由深井水源水系统、水源热泵机组和用户末端三部分组成。

水源热泵机组是一种高效、节能、环保的冷热源设备，其工作原理是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取能量，由热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。通常水源热泵消耗1Kw的能量，用户可以得到4Kw以上的热量或冷量。

（二）深井水源热泵系统分类

根据用户末端散热装置不同，可分为深井水源热泵机组+散热器系统、深井水源热泵机组+风机盘管系统、深井水源热泵机组+地板辐射供暖系统。

根据地下水源水系统的循环方式，又可以分为开式环路系统和闭式环路系统。

地下水开式环路系统是利用井水直接进入水源热泵机组进行换热，此时井水的水质要求较严格，需要加装过滤装置。而地下水闭式环路系统是指采用板式换热器把地下水和通过水源热泵机组的循环水分隔开，以防止地下水中的泥沙和腐蚀性杂质对热泵机组的影响。在地下水质较差的情况下应用该系统，由于地下水供回水温差小而使的系统需要的地下水供水量增大。

（三）地下水源热泵机组+风机盘管供暖系统

1.工作原理

深井水源热泵+风机盘管系统利用深井水作为热源，抽取地下的深井井水的水温相对恒定。

在开式系统中，深井水通过潜水泵提取经水源热泵机组蒸发器进行热量交换，热交换后的深井水回灌到地下，水源热泵机组对供暖循环水的回水进行再加热，通过循环水经室内风机盘管将热量传递到房间内。

在闭式系统中，深井水通过潜水泵提取经板式换热器进行热量交换后回灌到地下，这个过程称为一次水热交换。二次水通过板式热交换器和水源热泵机组蒸发器之间进行循环，将深井水热量转移到水源热泵机组中制冷剂，这个过程称为二次水热交换。最后通过水源热泵机组对供暖循环水回水进行再加热，经各个房间风机盘管将热量传递到供暖房间内。

2.工艺流程

（1）工程特点

以某驻藏部队营区供暖工程项目为例，该营区原来一直没有设置供暖系统，现增加采暖系统，它采用深井水源热泵+风机盘管系统形式。采暖建筑为31栋，其中办公楼有3栋，其余均为住宿楼，采暖面积共计11685m2，采暖管网最大距离为430m。每栋楼侧设阀门井一座以备检修，供暖采用机械循环方式，楼房内供热管道采用同程式系统，外网采用异程式系统，通过分支处平衡阀来调节供暖压力。除供暖外水源热泵机组还提供生活洗澡室的热水供应。经计算总热负荷为1153kW,在机房内设2台制热量为600kW的螺杆式水源热泵机组，在机房附近打两眼深井作为机组热源，分别为供水井和回水井，两井可进行互换，间距38m，两井井深为70米，采用深井潜水泵，井径750mm。供暖系统热水采用机械循环，供暖房间内设置明装立式风机盘管，机房内设3台管道循环泵，两用一备。补水系统采用隔膜式气压罐自动供水系统。地下水进水温度为11℃，温差5℃，系统工作压力为0.65MPa。供暖系统工况：供暖循环水回水温度55℃,供暖循环水供水温度60℃。供暖水系统由密闭式隔膜式气压罐及补水泵定压补水至集水器，后经电子水处理仪处理后进入循环水泵。

（2）深井水源热泵系统循环工艺流程

深井水循环过程：供水井→潜水泵→漩流式除砂器→水源热泵机组蒸发器→回水井1和回水井2；

供暖水循环过程：由供暖房间风机盘管→集水器热水循环泵→水源热泵机组冷凝器→分水器→建筑物内各个房间风机盘管→集水器；

补水系统：自来水管→软水器→软水箱→全自动补水机组→集水器；

生活热水系统：供暖水和蓄热水箱不断通过板式换热器换热，同时通过不断的补自来水保证蓄热水箱的水位。

3.系统特点

（1）可再生能源利用技术。它是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为热源，进行能量转换的供暖空调系统。

（2）高效节能。水源热泵机组可利用的水体温度冬季为11—22℃，水体温度比环境空气温度高，所以水源热泵机组循环的蒸发温度提高，能效比也提高，COP值达3.5以上。

（3）运行稳定可靠。水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源和空调冷源。水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性，不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

（4）环境效益显著。水源热泵是靠电能来做动能，电能是一种最清洁的能源，对环境污染极小。

（5）室内温度容易控制，满足不同人的需求，而且对暂无住人的房间较多时更使系统节能。

（6）自动运行。水源热泵机组由于工作稳定，系统部件较少，机组运行可靠，维护费用低，自动控制程度高，使用寿命可达15年以上。

三、应用该系统应考虑的问题及需要掌握的关键性的技术

（一）应考虑的问题

1.在设计之前应先钻井取样察看水温水质情况是否适合机组要求，根据水质情况，确定水处理方案。

2.建筑楼群的使用功能是否统一，了解供暖时间是否大致相同，考虑机组是群控还是分别控制。

3.考虑偏高的地下水位对外网埋地管道的保温影响，考虑好施工方案及造价等。

（二）需掌握的关键技术

1.首先是打井。地下水井的质量是首要问题，出水量的多少直接关系到整个水源热泵系统是否能产生出满足建筑物内空调系统正常使用的冷热负荷，而井的寿命也会影响到今后的使用，所以确定技术过硬、经验丰富的打井队伍非常重要。

2.其次是优选主机设备。水源热泵主机的质量也将影响到整个空调系统的使用，其中的关键在于压缩机，所以选择采用进口压缩机、水源热泵主机质量优良而且售后服务好的品牌很重要。

3.最后是要清楚水源热泵机组的COP值的影响因素，对设计及以后运行效率都很重要。

四、技术经济分析

该部队营区原有一个锅炉房内设1台1t的燃油热水锅炉，用于新建办公楼（3100m2）的供暖。新增机房内设置的水源热泵机组输入功率是158KW，输出功率为603KW。从运行情况看，运行参数稳定，换热能力和系统出力符合设计要求。深井水供水温为9-11℃，回水温为5-7℃。循环水供水温度为60℃，回水温为54-56℃,系统每天运行10h。实际耗电情况：2005年1月份最低温度零下16℃，每天耗电量在5500kW·h，平时每天耗电在4200-4800kW·h。若按西藏工业用电费为0.65元/kW·h，则在最冷时，每日“燃料”成本为3575元，平常为2730-3120元之间。由此可以推断出，水源热泵系统单位面积运行成本约为0.23-0.27元之间，而往年燃油锅炉每天的燃料成本在1120-1260元左右，单位面积运行成本约为0.36-0.41元之间。

常用的地下水源热泵系统有两种形式即地下水源热泵+风机盘管，地下水源热泵+地板辐射系统。由于此工程是在原有老建筑中新增供暖系统，地板辐射系统需要在室内地板敷设管道后在其上面浇混凝土垫层，所以需要居住人员搬出去后施工，施工给生活和工作造成一定的影响，鉴于营房的特殊情况不适合应用该系统，没有对其进行比较。以下笔者对地下水源热泵+风机盘管与燃油锅炉+散热器系统进行一些比较。

该项目经济对比表

从上表可知，深井水源热泵机组+风机盘管系统虽然初投资比另一个系统高出77万，增容费高出35万，但其每月运行费则低了3.7万元，一个供暖季可以节约18万元。从长期来看，该系统更加经济安全，而且水源热泵机组是根据负荷的变化进行分级变功率运行，实现自动节能控制，操作简单，大大节约人员成本。

五、结论

从工作原理即可得出，深井水源热泵供暖系统具有效率高、节能、环保的优点；同时，水源热泵供暖系统技术和产业化已经成熟，在我国西藏地下水资源丰富的地方应大力推广，并且结合太阳能的利用共同来解决西藏地区供暖难的问题。

通过对西藏的一个具体实际工程进行分析且与燃油锅炉供暖系统进行比较，表明水源热泵供暖系统运行费用大大低于燃油锅炉供暖系统的费用，因此从长期来看，地下水源热泵+风机盘管供暖系统经济效益更加明显。

深井水源热泵供暖系统的废水、废气、固体废弃物的排放均较少，是真正的节能环保型供暖方式。

就如何将该系统进行如何优化以达到最大化的节能，并且结合西藏的实际情况，实现最优供暖方式，笔者愿与大家致力于实现这个目标。

［1］徐伟，郎四维.地源热泵工程技术指南［M］.北京：中国建筑工业出版社，2001.

［2］江晴，李戬洪，梅建滨.温室空气——土壤换热系统的数值模拟［J］.太阳能学报，2002，（2）.

［3］旷玉辉，王如竹，于立强等.太阳能热泵供热系统的实验研究［J］.太阳能学报，2002，（4）.

［4］徐恒力等.水资源开发与保护［M］.北京：地质出版社，2002.

T

A

1673-0046（2010）12-0177-03