解決住宅供熱空調(diào)需求的水源熱泵系統(tǒng)|資料

一．背景
　　目前隨著我國住宅市場(chǎng)化改革，新建商品住宅小區(qū)飛速發(fā)展，近三年每年住宅竣工面積近五億平方米。隨著城市環(huán)境問題的日益重視和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，北方地區(qū)新建小區(qū)一般就不再運(yùn)行采用燃煤鍋爐房供熱，何種方式可以經(jīng)濟(jì)、清潔地解決這些新建小區(qū)的供熱問題成為目前住宅建設(shè)中的大問題。另一方面，近年來我國住宅空調(diào)安裝率迅速增長。上海居民住宅空調(diào)擁有率已超過60％，北京也達(dá)到34％。據(jù)報(bào)道中國城鎮(zhèn)居民住宅平均擁有率已達(dá)20％，并且目前家用空調(diào)擁有率仍在飛速增長，很可能成為冰箱、彩電后迅速普及的又一種家電。這樣，對(duì)于黃河和長江中下游地區(qū)的城市，住宅環(huán)境就不再僅僅是采暖問題，而是要統(tǒng)一考慮采暖和空調(diào)的需求。為此，采用深井回灌的水源熱泵方式可能成為滿足這種需求的住宅供熱空調(diào)方式。本文介紹此種方式的基本原理，深井、水系統(tǒng)和末端的解決方案，以及投資與運(yùn)行費(fèi)用分析與比較。

二．基本原理
　　這種方式在冬季是間接地利用地下水作為媒介，取地下深層砂、石的熱量作為各戶熱泵的熱源向戶內(nèi)供熱，同時(shí)將建筑物中取得的冷量排入地下。而在夏季則通過地下水作為媒介，以它作為各戶熱泵的冷卻水，同時(shí)將建筑物產(chǎn)生的熱量排入地下。這樣冬季從地下取熱存冷，夏季取冷存熱，若建筑物冬季供熱量與夏季供冷量差不多，則一年內(nèi)地下基本熱平衡，未取出或存入熱量，不會(huì)造成地下的熱污染。同時(shí)，由于冬季地下水溫度遠(yuǎn)比室外空氣溫度高，因此冬季熱泵效.率比空氣水熱泵高，并且不存在結(jié)露等問題。夏季則以16～26℃為制冷機(jī)的冷卻水，可以得到很高的COP，甚至在某些情況下可直接用此水作為冷源進(jìn)行空調(diào)，而不用開啟水源熱泵。由于地下水通過換熱器3換熱后排回地下，僅僅利用了地下水的冷量（熱量），而不消耗一滴水資源，地下水的整個(gè)流程都不與空氣接觸，因此也不會(huì)造成地下水資源的污染。
　　因此，深井回灌水源熱泵方式是節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約用水，同時(shí)滿足冬季供熱與夏季空調(diào)要求的方式。

三．各部分技術(shù)方案
1. 對(duì)深井的要求
　　由于向地下回灌比取水要困難，因此，可行的方案為打三口井，一口取水，兩口回灌。同時(shí)，定期交換，使每口井都輪流工作于取水和回灌兩種狀態(tài)。這樣相當(dāng)于定?quot;洗井"，可以使深井長期高效、可靠地工作。
　　為保證抽取出的水溫長期溫度穩(wěn)定，三口井間要保證足夠距離。若三口井布置為如圖2所示邊長為100m的等邊三角形，每個(gè)井取/灌水對(duì)應(yīng)的地下含水層高度為20m，則可認(rèn)為地下100×100×20m3砂石層為蓄熱體，當(dāng)溫度變化4℃時(shí)可蓄存熱量為：
　　Q=4℃×100×100×20×(r×Cp×0.7+r水×Cp水×0.3)
取r＝2500kg/m3，Cp=0.2大卡/℃·kg，則Q=520百萬大卡。若冬季采暖3000小時(shí)，平均采暖負(fù)荷25大卡/m2·hr，則冬季需要供熱量為7.5萬大卡/m2，當(dāng)熱泵的COP=3，則需要從地下取出的熱量為5.7萬大卡/m2，520百萬大卡可滿足9000m2建筑面積供熱要求。夏季空調(diào)2000小時(shí)，平均負(fù)荷25大卡/m2·hr，因冷卻水溫低，取COP=4.5，則需向地下排熱6萬大卡/m2，520百萬大卡可滿足約8500m2建筑面積空調(diào)，與可滿足的供熱面積大致相同。一萬平米地面積服務(wù)于約9000 m2建筑，容積率為0.9，除高密度住宅區(qū)外，一般城鎮(zhèn)的多層住宅區(qū)基本上可滿足這一要求。目前的深井和泵房建設(shè)投資約1000元/m井深，三口井井深為100～200m時(shí)，投資為30～60萬，相當(dāng)于50～100元/m2建筑，基本接近目前各地區(qū)集中供熱接入時(shí)的集資配套費(fèi)。因此，只要建筑容積率小于0.9，地下水位不超過150m，這一方式在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的。