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水空调系统的分类发展状况

时间:2017-12-22 17:00 作者:水空调 点击: 水空调系统是由室内空气处理末端设备、水空调机组和水源循环系统三部分组成的。

  水空调系统是由室内空气处理末端设备、水空调机组和水源循环系统三部分组成的。制冷时,水空调系统中的末端设备将建筑物内的余热通过热泵机组转移到循环的水源中,实现了制冷的目的,同时省去了水环热泵中的冷却塔;制热时,水空调机组中的制冷剂将在循环水源中吸收热能,利用少量的电能将吸热后的制冷剂压缩到高温高压状态,制冷剂再将吸收的全部热量释放到采暖系统中,从而达到了将吸收的可低温热源的热能输送到高温热源的目的,实现了可能源对水环热泵系统中传统锅炉的取代。

  目前,水空调广泛采用地下水资源,如果存在地表水或通过开发能够引到地表水,也可直接利用地表水作为热泵的冷热源。目前应用较多的有海水热泵、污水热泵、工业废水热泵等。在开式形式时,解决排水问题;如果采用聚乙烯管制作盘管换热器,需合理布置牢固定位在现有水体中,用集路管连成数个环路,构成一个闭式并联循环系统作为热泵系统的冷热源。在现己利用的地热水供暖建筑物中,可以将末端尾水作为水空调的热源,这样大大增加了地热水供暖的建筑面积。
  1、地下水空调系统(GWHP)
  地下水空调系统(Ground-WaterHeatPump,GWHP)中,热泵机组热泵机组冬季从生产井提供的地下水中吸热,提高品位后,对建筑物供暖,取热后的地下水通过回灌井回到地下,同时蓄存一部分冷量。夏季则生产井与回灌井交换(推荐采用,但生产井与回灌井均应安装潜水泵),一则为了养井,二则为了利用冬季蓄存的冷量。如果地下水温度较低,可以直接利用地下水冷却或者预冷,否则可以通过地下水带走热泵机组冷凝热对建筑物供冷,同时把热量转移给地下水,供冬季使用。因此,这种地下水温空调系统有时也称为深井蓄热型地下水空调系统。
  地下水空调系统是地源热泵的一个分支,早应用于1948年俄勒冈州波特兰市联邦大厦(CommonWealthBuilding),该系统从设计开始就得到了广泛的关注。在其后的几十年中,地下水空调系统得到了为广泛的应用。国内近几年,在山东、河南、湖北、辽宁、黑龙江、北京和河北等地已有100多个地下水热泵工程项目,供热、空调面积达100余万㎡。
  地下水空调系统是目前应用普遍的一种形式,与地下埋管的“闭式”地源热泵相比,由于其造价低、容量大、水的温度稳定,所以市场占有率高,但是由于地下水回灌的堵塞问题没有得到根本解决,在使用方面、地质环境方面的问题比较突出。这些问题能否解决,一方面影响这项技术的可持续发展;另一方面,也直接影响我们共同的生活环境。
  地球并不是一个均质体,而是具有圈层结构的。我们所应用的是地球外面的一层硬壳—地壳。地壳是由各种各样的固体岩石组成的。在地表浅层形成的未经压固、胶结的碎屑堆积物称为松散岩石或第四纪松散堆积物,如:粘土,粉质粘土,粉土,砂,砾石,卵石,以及砂砾石、砂卵石的混合堆积物。构成地壳的岩石,无论是松散堆积物还是坚硬岩石,都具有多少不等、形状不一的空隙,没有空隙的岩石是不存在的,岩石空隙是地下水储存场所和运输通道。松散岩石颗粒或颗粒混合体之间的空隙称为孔隙,它的大小、多少、形状、连通情况和分布规律,对地下水的分布和运动有重要影响。孔隙大小和数量不同的岩石与水作用,所表现出的容纳、保持、给水和透水性质称为岩石的水理性质。
  水文地质参数是表征含水层性质特征的参数。在水空调工程设计中,常用的参数有渗透系统、导水系数、释水系数、给水度等,这些参数是水文地质计算和合理利用地下水的重要依据,同样关系到抽水量和回水量评估结果的正确与否。
  地下含水层是的地下水库,但在无充足补给的条件下,地下水并不是“取之不尽,用之不竭”的自然资源。大量集中采集地下水,使得地下水储量日趋枯竭,己造成抽水井水位逐渐下降,后将难于抽水。地下水人工补给,又称地下水人工回灌,是当今水空调系统广泛采用的方法,不仅可以增加地下水的补给量,而且还可以防止地下水位下降,控制地面下沉。
  目前大多数地下水热泵工程的地下水系统非常简单,一般采用直流系统,即地下水直接送入热泵机组换热后向回灌井或地表排放。由于工程造价低、制冷制热效果好,受到了相当一部分用户的欢迎。而地下水是一种的淡水资源,是的一种战略物资,大规模的使用地下含水层,一旦出现地质环境问题,后果将是无法弥补的。随着地下水资源的日益减少,这类现象已经引起了一些专家和有关部门的重视,并要求对地下水实行全部回灌。有部分工程项目声称解决了地下水回灌问题或称回灌率达到100%,但对回灌当地的地质条件如何、采取何种回灌方式、回灌的质量如何等等,则避而不谈,因而国内的一些专家和管理部门对这项技术持慎重态度是可以理解的。所以,地下水热泵技术的推广应用有待地质水文科技的进步。
  地下水回灌基本上采用原有的人工回灌方式,主要分为压力回灌和真空回灌两种。压力回灌适用于范围较广的含水层,而真空回灌仅适用于低水位和渗透性好的含水层。从理论上讲,地下水灌抽比可达到100%。但是,目前多数的地下水回灌技术还不成熟,特别是在含水层砂粒较细的情况下,井很容易被堵塞,回灌的速度大大低于抽水的速度。
  在回灌过程中,井的堵塞是不可避免的,通常采用回扬清洗的方法来维持地下水的回灌。对于含有中、细砂的含水层,压力回灌每天需回扬2~3次,真空回灌每天需要回扬1次。回扬和清洗处理都是非常专业的工作,无形中增加了系统的维护费用和运行费用。在地下水空调系统工程设计时,要重视地下水流程中的过滤、除砂、沉淀,尽力减少回灌水的含砂量,避免回灌井渗水和毛细孔堵塞,建议建造一蓄水池。手动开启抽水泵,井水自井供水口流入沉淀池,清洁的水经循环水泵流进热泵机组换热器,换热后的水经回水管进入回水池。抽水泵的控制开关调向自动。回水池水位上升,水经回水堰回到沉淀池,抽水泵停止。回水与井供水混合,为热泵系统提供换热用水。当沉淀池内的混合水温超出设定温度范围之外时,抽水泵自动开启,向沉淀池供水,当回水池内的水位超过溢水堰的高度时,水由溢水堰流入溢水池流入回灌井。回水堰和溢水堰的高度由工程系统用水量的数量来确定。当沉淀池混合水温回到设定范围内时,抽水泵自动关闭。回灌井和供水井的定期轮换,交替使用,可代替回水井的回扬清洗工作。
  对小型建筑物的水空调系统的冷热源,可采用单井回灌或抽水井和回水井连通的方式。
  地质环境的问题主要表现在以下两个方面:
  (1)地面沉降
  地下水的过度抽取会引起地面沉降,后果是对地面的建筑物产生直接的破坏作用。如果实行100%的回灌到原水层,使总体上保持地下水供给平衡,局部地下水的变化就不至于引起地面沉降。
  (2)地下水质污染
  由于地下水空调并不是密闭的循环系统,回灌过程中的回扬、水回路中产生的负压和沉砂池,都避免不了空气和地下水的接触,导致地下水腐化。地下水腐化会产生一系列的水文地质问题,如地质化学变化、生物变化等。采用井口换热器,尽量减少地下水与空气的接触,并对回路中所用器材做防腐处理,这样可以减轻空气对地下水的污染程度。回灌水的环保处理不仅不会污染地下水,而且还能缓解地下水的污染,改善地下水水质。
  2、地表水空调系统(SWHP)
  地表水空调系统通过直接抽取换热或者间接换热的方式,利用包括江水、河水、湖水、水库以及海水作为冷热源。地表水空调的开式系统涉及面广、复杂,会造成环境污染和地表水资源枯竭,而且直接抽取换热方式对热泵机组还有腐蚀和堵塞等现象,.因此系统应当谨慎采用。建议使用间接换热方式为佳。
  地表水空调与地下水空调比较,运行工况要恶劣的多。作为冷热源的地表水受环境影响较大,一年内温度变化大,夏季水温高达25℃以上,冬季低到5℃以下,北方内陆湖的冰下水温仅在2℃左右。
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