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1、冬 宇 辉(清华大学建筑设计研究院 ,北京 100084)摘要 介绍了深井水源系统在北京嘉和公寓中的应用 ,深井 水 源 系 统 是 地 源 式 水 源 热 泵 中 央 空调 系统的关键 ,而深井水源的管路 系 统 又 是 系 统 的 核 心 ,管 路 系 统 设 计 是 否 合 理 直 接 影 响 整 个 系 统 运行 ,重点介绍深井水的抽取 、 回灌和系统控制的设计 。关键词 地源式水源热泵 深井水源系统 管路设计 系统控制 住宅1 工程概况北 京嘉和公寓又名中国食品发酵工业研究 所 科 研 楼及专家住宅 ,是一座高档住宅式公寓 ,建筑 面 积87 949 m2 ,建筑高度 98 m 。
2、地上 最 高 32 层 ,地 下 3层 。 建筑包括地下车库 、 设备用房 、 地上一层会 所 及3 座塔式公寓 (见图 1) 。源 ,对 水 质 无 污 染 ,对 环 境 空 气 质 量 无 影 响 ,环 保 效益 好 。 本工程于 1998 年 开 始 设 计 ,2000 年 底 竣 工 。 该项目将地源式水源热泵中央空调系统应用于 住 宅 式 公寓 ,为中美 政 府 地 热 泵 技 术 合 作 项 目 北 方 地 区示范工程 。3 深井水源系统设计地 下水源系 统 的 设 计 ,是 根 据 暖 通 专 业 提 出 的 用水要求 ,结合打井队现场打井得出的数据 ,参 考 建 筑 物周围的地
3、 形 地 况 和 建 筑 结 构 本 身 的 状 况 ,设 计 的一套比较完善的地下水源系统 (见图 2) 。闭 环热泵机组循环水进出口温差为 4 6 ,深 井水温差一般为 10 14 。 深 井 水 与 闭 式 水 环 路 系统用板式换热器隔开 ,形成一次水和二次 水 系 统 。 一 次水系统流程 : 深 井 调 节 水 池 一 次 水 循 环 泵 板式换热器 回灌贮水池 (或回灌 ) 。 设计主要考虑并要解决的有以下问题 。311 深井数量和布置本 工程 总 需 水 量 为 400 m3 / h 。 由 于 总 图 的 原 因 ,只能安排 4 口 井 ,每 口 井 井 距 120 m 。
4、根 据 抽 水图 1 建 筑 平 面2 设计背景目 前 ,利用绿 色 可 再 生 能 源 是 世 界 各 国 都 在 努 力研究和发展的 方 向 ,地 热 的 利 用 也 比 以 往 任 何 时 候 都得到重视 ,取 回 灌 地 下 深 井 水 作 为 水 源 热 泵 中 央 空调系 统 的 冷 热 源 , 充 分 利 用 地 热 潜 能 , 节 约 水展了设计人员的 眼 界 和 思 路 ,其 节 能 的 突 出 特 点 具有一定的社会推广价值 。计 划 出 版 社 , 20033 蒋能 照 . 空 调 用 热 泵 技 术 及 应 用 . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 19974
5、 Develop ment of CO2 heat p ump water heater fo r residential use . TheJ apan Societ y of Mechanical Engineers , 1996参考文献A 通讯处 :210096 南京市四牌楼 2 号电话 : (025) 837931742408E2mail : sdss2626 seu. edu. cn1 中华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 . 建 筑 给 水 排 水 设 计 规 范 ( GB50015 -2003) . 北 京 : 中 国 计 划 出 版 社 , 20032 建 设 部 工 程
6、质 量 安 全 监 督 与 行 业 发 展 司 , 中 国 建 筑 标 准 设 计 研水池容积为 500 m3 ,相当于 1125 h 的深井水量 。深井水有 1/ 10 000 的含砂 量 ,调 节 水 池 可 以 起 到 部分沉砂 的 作 用 。 但 它 并 不 是 真 正 的 沉 砂 池 ,经 计 算要达到理 想 的 除 砂 效 果 必 须 加 设 斜 隔 板 ,但 在 地 下除砂也 存 在 一 定 困 难 。 经 研 究 ,决 定 不 加 设 斜 隔板 ,因此该调节水池只能少量沉砂 ,故设计仍 考 虑 了回灌井回扬的运行措施 。部 分负荷时 ,一 次 水 循 环 泵 变 频 运 行 。
7、 为 了 充 分利用深井水的冷量 ,当夏季一次水温升不大 时 ,一 次 水回调节 水 池 循 环 使 用 。 池 水 温 度 逐 渐 升 高 ,达 到 一定温度 后 再 回 灌 。 本 工 程 在 外 部 负 荷 不 大 时 , 一天内深井水的取水量和回灌量 仅 相 当 于 1 h 的 设计流量 ,这对于维护深井的使用寿命大为有益 ,更 有 利于延长取水井和回灌井的使用寿命 。314 一次水循环水泵 本 工程一次 水 循 环 泵 采 用 变频 技 术 ,由 板 式 换热 器的进出 口 温 差 ,控 制 一 次 水 循 环 泵 的 频 率 。 这样 在整个夏季 ( 或 冬 季 ) 的 运 行 中
8、 ,只 有 极 短 时 间 达 到设计流量 ,大部分时间小于设计流量 ,有利于 充 分 利用地下水能量 ,节约运 行 能 耗 。 一 次 泵 3 台 ( 2 用1 备 ) 流量 200 m3 / h ,扬程 32 m 。315 板式换热器由于有板 式 换 热 器 , 在 冬 季 使 二 次 水 温 度比一 次 水 温 度 又 有 所 降 低 ,例 如 一 次 水温度为 16 8 , 二 次 水 温 度 仅 为 127 。 北京的地下水 一 般 为 14 , 二 次 水 温 度将 更 低 。 为 防 止 二 次 水 温 度 过 低 , 在一 次水侧 加 一 个 辅 助 热 源 ,在 室 外 最
9、低 温 度时可作为地下热源的补充 以 保 证 系 统 的 可靠运行 。本工程利用生活热水锅 炉 的 备 用 锅 炉 作为辅助热源 ,在实际运行 中 发 挥 了 作 用 。该工程原设计 为 4 口 深 井 ,2 抽 2 灌 ,2000 年 冬季施工时 只 完 成 了 2 口 井 ,1 抽 1 灌 , 只为设 计 量 的 50 % 。 启 用 辅 助 热 源 保 证 了 冬季施 工 所 需 要 的 室 内 温 度 ,从 而 保 证 了工期 。316 深井回灌和深井回扬位为 24 m 。312 如何延长深井的使用寿命 深 井是地下 水 的 来源 ,设 计 中 必 须 考 虑 如 何 延长 深井的使用
10、寿命 。 设计中采用 4 口井在场地 4 角 布置 ,根据需要可以 1 或 2 口 井 抽 水 ,而 另 外 1 或 2 口 井回灌 。 在深井中设置了液位传感器以监测 深 井 的 使用情况 ,根据监测数据来决定哪口井抽水 ,哪 口井 回灌水 。 这种使用和保养相结合的方法可以 延 长 深井的使用寿命 。313 调节水池在 此系统中 ,深 井 泵 担 负 水 量 的 提 升 。 根 据 提 升 几何高差和深井到调节水池的管道阻力选择 深 井泵 的扬程 ,一般 深 井 水 的 动 水 位 在 地 下 30 40 m , 因此深井泵扬程 大 约 在 40 50 m 左 右 。 为 了 配 合 二
11、次水的变 化 ,深 井 泵 要 设 为 变 频 水 泵 。 一 次 水 循 环 泵根据泵房内管道阻力损失和板式换热器的 阻 力 损失以及室外回 灌 管 道 损 失 之 和 确 定 水 泵 扬 程 ,一般 在 20 m 以内 。 如果不设调节水池 ,一般变频器的 投 资约为 3 000 4 000 元 / k W ,深 井 泵 的 数 量 一 般 比 一次循环 泵 数 量 多 ,投 资 会 增 大 。 而 设 置 了 调 节 水池 ,一方面可以根据深井情况灵活抽水调节 ,深井图 2 地 下 水 源 系 统74 给水排水工 回灌法 , 用 一 次 水 循 环 泵 或 回 灌 泵 的 压 力 回 灌
12、 。设计中采用把井 管 也 密 封 起 来 ,使 水 不 能 从 井 口 溢 出 ,并增加回灌水的水头压力 ,以与静水位之间 产 生 的 较大 水 头 差 进 行 回 灌 。 根 据 调 研 和 有 关 资 料 获 悉 ,提升的深 井 水 含 有 1/ 10 000 的 细 砂 , 时 间 一 长 就会将回灌井壁 的 网 眼 堵 塞 ,使 回 灌 量 下 降 直 至 报 废 。 解决的 方 法 是 在 取 水 井 和 回 灌 井 都 安 装 深 井泵 ,取水井和回灌 井 轮 换 运 行 ,且 回 灌 井 要 定 期 “回 扬 ”。 所谓 “回扬 ”是 将 由 回 灌 井 中 提 升 上 来 的
13、 含 有 细 砂的水排掉 。 “回扬 ”的目的是使回灌井的网 眼 不 致堵塞 ,一般运行 15 d 左右回扬 10 20 min 。 回 灌 时设置装置避免 水 中 气 体 堵 塞 深 井 ,抽 水 前 的 回 扬可保证抽水水质 。 本 工程在系统设计上考虑了取水井与回灌 井 交替使用及 “回扬 ”的设备 、 阀门设置和控制 。 曾 有人担心 “回扬 ”水排入下水道是对水资 源 的浪费 。 诚然 “回扬 ”要 损 失 一 些 水 ,但 与 冷 却 塔 的 蒸发 、 飞水和排污水量相比要少得多 。 嘉和 公 寓 工 程 一 次 水 温 升 10 , 水 量 为 400m3 / h ,二次水温升
14、5 ,水量为 800 m3 / h ,按半个 月 回扬一次 ,一次 20 min 计 ,则回扬废弃水量为 400 20/ 60 = 134 ( m3 ) 。冷 却塔的蒸发 、 飞 水 和 排 污 损 失 按 115 %计 算 ,每天运行 10 h ,损 失 的 总 水 量 为 800 01015 10 比冷却塔要节水 90 %以上 。317 回灌贮水池本 工程设计 了 回 灌 调 节 贮 水 池 ,用 于 回 灌 困 难 时 贮水 。 回 灌 调 节 贮 水 池 容 积 370 m3 。 回 灌 试 验 在 井 口 压 力 为 0 时 回 灌 量 为 200 m3 / h , 压 力 增 大
15、时 ,回灌量还可增加 。 设计工况下为 2 抽 2 灌 ,但 由 于气象条件和入 住 率 等 原 因 ,设 计 工 况 出 现 的 几 率很 小 ,满负荷 全 流 量 回 灌 的 几 率 就 很 小 。 利 用 地 下 结 构空间设置回灌贮水池 ,调节回灌水量 ,根据 深 井 的 实际情况 ,分配回灌流量 。 并在回灌困难时 蓄 水 , 避免在回灌时溢水浪费水源 。318 地下水源系统的控制深 井 、 管道 、 调 节 池 、 贮 水 池 、 阀 门 、 水 泵 和 各 种 水温 、 压差 、 液位传感器的组合是这套系统最复 杂 的 部 分 ,它是系 统 能 否 正 常 运 转 的 关 键 。
16、 把 控 制 条 件 和 要求提给专 业 的 自 动 控 制 公 司 ,最 后 采 用 自 动 跟 踪管理系统 ,使用 U PCM 通用可编 程 控 制 器 自 动 化控制 、 运转和监测 。4 结论本工程自 2000 年冬到 2003 年夏共运转了 6 个 季节 ,运转情况得到甲方和美国新能源部的好评 。A 电话 : (010) 62792056E2mail : do ngyuhui188 so hu. co m收稿日期 :200422216( m3 ) 。15 = 1 80075给水排水file:/D|/ 新建 Microsoft Word 文档 .txtdf机及ov及 ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:/D|/ 新建 Microsoft Word 文档.txt20
