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2013/10/30
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  目前,人防工程通常采用的冷卻塔水源式热泵空调系统,是以冷卻塔的定量循环水为中间介质,与室外空气进行热交换,通过热泵技术,将室外空气中的低位能量转化为高位能量,用于人防工程的防潮除湿,实质上属于空气源热泵(系统,致命弱点是受气候条件制约,夏季制冷效率随室外大气温度的升高而降低,冬季由于室外大气温度过低而无法实现制热,整体效率较低。采用地下水源热泵)系统,取消冷卻塔,工程通过热泵直接与地下水换热,避免大气温度的影响,做到一机两用,稳定的效率节能,不仅可以满足夏季人防工程的除湿问题,而且还可以引入地面工程,解决地面工程冬夏两季的采暖和降温问题,具有良好的应用前景。


  技術論證
  冷卻塔水源式热泵空调系统,实质上属于空气源热泵空调系统。空气源热泵空调系统,低位能量来自于室外空气,在夏季制冷工况下,热泵需要用温度较低的空气介质冷却冷凝器,把热量传给室外空气,达到制冷的目的,满足降温。在冬季制热工况下,热泵需要温度较高的空气介质,带走蒸发器的冷量,达到制热的目的,满足采暖。然而,大气温度的季节变化自然规律恰恰与热泵的季节期望值相反,夏季室外温度高,不利于冷却冷凝器,制冷效率降低;冬季室外大气温度低,不利于带走蒸发器的冷量,制热效率降低,整体运行效率较低,这就是空气源热泵空调系统无法克服的技术障碍。人防工程是一个密闭的地下空间,热泵空调系统无法直接与室外空气换热,只有以定量循环水为介质,通过地面冷卻塔与室外空气换热,实现制冷,满足除湿。但由于夏季室外大气温度较高,冷卻塔定量循环水的温度也随之升高,导致热泵的制冷效率降低。到了冬季,即使选用水-水热泵机组,也无法实现制热,局限性很大,所以,冷卻塔水源式热泵系统仍然无法克服大气温度影响的技术障碍。


  地球是一个巨大的恒温体,地下水蕴藏着无穷无尽的能量。据测试,30米以下浅层地下水的温度常年稳定在18℃左右,远高于冬季室外大气温度,又远低于夏季室外大气温度,如果人防工程的热泵空调系统采用地下水作为低位能源,就可以克服空气源热泵的技术障碍,大大提高了系统的整体效率。此外,夏季,通过热泵技术把地下水的低位冷量转化为高位冷量,同时把人防工程的余热通过回灌技术传给地下水;冬季又通过热泵技术,把地下水的低位热量转化为高位热量,同时通过回灌技术把冷量传给地下水,这样,冷量冬存夏用,热量夏存冬用,地下水就起到蓄能器的作用,保证空调系统的常年使用。所以,地下水源热泵系统,低位能源取之于地下水,热泵直接与温度常年稳定的地下水换热,不受大气温度的影响,克服了空气源热泵系统的技术障碍,实现一机两用,节约投资,综合运行费用低,适用于地下水资源丰富地区的人防工程空调系统。循环水系统选用两台扬程为50米的立式循环泵,用一备一,冷水闭路循环流量77t/h,热水闭路循环流量84t/h;地下水系统设给水井一眼,井深84米,井径0.3m,回水井两眼,井深76m,井径0.3m,井距20m,封井和埋管深度为1 m,潜水泵扬程50m,流量46t/h。地下水温17.5℃。 经测试,夏季制冷工况冷水温度7-12℃,冬季制热工况热水实践证明,地下水源热泵系统与冷卻塔水源热泵系统相比,具有以下应用优势:

  (1) 本系统取消冷卻塔,有利于工程防护,保证战时空调系统的正常运行,提高工程的整体防护效能。
  (2) 地下水平均温差推动力,比冷卻塔水源式高1-2倍,传热效率高。
  (3) 地下水温冬夏季基本恒定,避免了室外大气温度对机组的影响。
  (4)夏季制冷能效比(COP值)爲1:5,冬季制熱能效比(COP值)爲1:4,與其他空調系統相比,節能30%-60%。
  (5)整個系統采用水作爲傳熱介質,熱容大,密度高,熱損小。
  (6)低位能源水取之于地下,又等量回灌地下, 没有大气污染,具有良好的环保效益。
  (7)本系統不僅可以解決人防工程的夏季除濕,平時,還可以將冷熱水引入地面工程,解決地面工程的降溫和采暖問題,實現一機兩用,節約投資。


  應把握的幾個問題
  1 重视水文地质调查。采用地下水源热泵技术时,必须 行水文地质情况调查,要有丰富的地下水资源, 适用原则是:水量充足,水温适宜,水质良好,供水稳定,回灌可靠,成井费用适中。
  2 优化系统设计。要严格计算热湿负荷,流动阻力,合理确定主机功率和循环泵扬程,利用变频装置提高地下水的利用率,减少常规循环系统的动力消耗。
  3 重视水井设计。
  (1)根據水文地質情況,合理確定給水井和回水井的井深、井徑、井距,可以一給多回,保證熱源水全部回灌,不得汙染。
  (2)給水井要設在地下水流向的上方,回水井設在地下水流向的下方。對于地下水流速緩慢的地區,回水井要設在給水井降水漏鬥曲線影響範圍之內。
  (3)爲了延長水井壽命,給水井和回水井可以互換使用。
溫度47-56℃,工程內溫度和相對濕度均達到設計要求。