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【暖通課堂】水源熱泵—開式地表水源熱泵系統介紹及取水量計算

作者: 心日源王工 編輯: 江蘇心日源 來源: 原創 發布日期: 2020.03.31 點贊:1
信息摘要:
地表水源熱泵系統是指一種利用淺層地表水資源(海洋、河流、湖泊等),既可供暖又可制冷的高效節能熱泵系統。地表水源分別在冬季作為熱泵供暖的熱源,…

水源熱泵是一種以水為熱源進行制冷/制熱循環的一種熱泵型整體式水空氣空調裝置。

地表水源熱泵系統是指一種利用淺層地表水資源(海洋、河流、湖泊等),既可供暖又可制冷的高效節能熱泵系統。地表水源分別在冬季作為熱泵供暖的熱源,在夏季作為制冷的冷源。根據熱泵機組與地表水連接方式的不同,可將地表水源熱泵分為兩類:即開式地表水源熱泵系統和閉式地表水源熱泵系統。



當建筑物的周圍有大量的地表水域可以利用時(如河流、湖泊),可通過水泵和輸配管路將水體的熱量傳遞給熱泵機組或將熱泵機組的熱量釋放到地表蓄水體中,完成熱泵機組制冷或制熱的熱交換,同時實現熱泵機組在地表水源工況下高效穩定運行。






閉式地表水源熱泵系統:通過放置在湖中或河流中的換熱器與熱泵機組連接,熱泵系統通過放置于地表水中換熱器內的循環介質進行冷熱交換。地表水源不直接進入熱泵機組換熱器。
開式地表水源熱泵系統:直接從地表水源抽取水源,通過初濾塵沙、集水過濾后,輸送到熱泵機組換熱器中,進行熱量交換后,再通過排水管道又將其輸送回湖水表面,地表水源直接進入熱泵機組換熱器。






開式地表水源熱泵系統如下圖所示:


相較閉式系統,開式地表水源熱泵系統的優缺點:



水源熱泵—開式地表水源熱泵系統介紹及取水量計算


優點: 由于減少了中置換熱器,增加了地表水與制冷劑之間的傳熱溫差,因此比閉式地表水源熱泵機組的換熱量增大,即在相同條件下,增加了機組的制冷量或制熱量。如果地表水源較深時,地表水源底部的溫度比較低,夏季可以利用地表水源底部的低溫水來預冷新風或空調房間的回風,充分節約能量。而來自熱泵機組的溫水排放到地表水源上部溫度較高的區域,這樣保證地表水源溫度分布不發生改變,對地表水源溫度影響小。
缺點:開式系統存在的最大缺點是熱泵機組的結垢和清沙成本。由于開式地表水源熱泵系統直接接觸地表水源進行換熱,即便對地表水源進行沉沙過濾處理,但機組換熱器積垢較閉式系統要嚴重一些,同時塵沙池需要在一定時間周期內進行清沙處理。


開式地表水源熱泵系統中,由于沒有地表水源換熱器,其系統設計相對簡單,最關鍵的是選取合適的水流量。在夏季制冷時,由于地表水的溫度總是低于空氣溫度,機組運行效率比較高。冷卻水側流量應根據放熱負荷的大小。在冬季制熱時,必須保證機組換熱器出口水溫在4℃以上(防止結冰),因此水側進出口溫差一般保持在3℃以內, 每千瓦熱負荷的最佳流量為0.2m3/h。在氣候寒冷地區,若冬季地表水溫度在7℃以下時,則不適宜用開式熱泵系統。


開式地表水源熱泵系統的取水量計算:


夏季:
夏季機組的排熱量(制冷量+輸入功率)都排入水源中
Q排熱量= Q制冷量 ×[(COP制冷+1)/ COP制冷]                         Kw
L1=0.2387×Q排熱量/ΔT取水排水溫差   L/s
=0.8593×Q/ΔT    m3/h
將Q總制冷=aKw、COP制冷取6、溫差取5℃代入上兩公式
L1=0.8593×(a×(6+1)/ 6)/5=XXm3/h


上述式中a為熱泵系統主機的最大制冷輸入量,L1為瞬時可能最大取水值,并不經常發生,當地表水源溫度較低時,溫差還可以加大,水量還可減少。


冬季:
冬季機組的吸熱量(制熱量-輸入功率)除機組輸入電功率外都從水源中吸收
熱泵系統的取水泵和夏季是同一組,但取熱量小于夏季排熱量,故實際溫差小于夏季。下公式中取溫差為4度
Q吸熱量= Q制熱量 ×[(COP制熱-1)/ COP制熱]       Kw
L2=0.2387×Q吸熱量/ΔT取水排水溫差        L/s
=0.8593×Q/ΔT        m3/h
將Q制熱=bKw、COP制熱取4、溫差取4℃代入上兩式
L2=0.8593×(b×(4-1)/4)/4=XXm3/h


上述式中b為熱泵系統主機最大制冷輸出量,L2為瞬時可能最大取水值,并不常常發生,當地表水源溫度較高時,溫差還可以加大,水量還可減少。

聲明:文章部分內容參考《水源熱泵系統設計》。

編輯:心日源王工。


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