242重庆某工程地表水源热泵系统技术可行性分析lli

重庆某工工程地表表水源热热泵系统统可行性性分析重庆大学学 刘勇 顾顾铭 秦丹丹 王勇勇摘要：从从水体热热容量、水水体水温温恢复能能力等方面分分析了地地表水源源热泵系系统的应应用条件件，采用用理论计计算与计计算机模模拟仿真真对重庆庆某实际际工程采采用地表表水源热热泵系统统的技术术可行性性进行了了研究，并并对可行行的两种种方案进进行了详详细论证证。关键词： 热容量量 水温分分布 可行行性0 引言言地表水源源热泵系系统可以以利用地地表水作作为空调调系统的的低位冷冷热源，在空调调系统的的制冷过程程中，不不需冷却却塔，既既省水节能又又环保；在制热时时，它不需需要燃料料，不会会对大气环境境造成危危害。同时时，该系系统的供供热供冷冷效率高高，可以以大大降降低能源源的使用用费用。由由于地表表水源热热泵系统统具有一一系列优优点，该该系统在在国外有有着广泛泛的运用用，国内内近年来来也开始始推广普普及。然而，地地表水源源热泵系系统也并并非任何何场合都都适用，该该系统对对地表水体体的热容量和和水温恢复复能力有有要求。如果水体体热容量量或水温温恢复能能力不够够，那么么系统运运行一段段时间后后水体冷冷热品质质必然下下降，系系统效率率便会降降低。因因此，在在实际工工程中，选用地表表水源热热泵系统统必须要要做详细细的技术术论证。鉴鉴于此，对重庆某体育度假中心体育设施房（以下简称体育设施房）和温泉度假中心（以下简称温泉中心）的地表水源热泵空调系统做了详细的技术论证。本工程主要采用理论计算与计算机模拟两种方式进行分析。1 工程程概况体育设施施房属于于会所、度度假类休休闲产品品建筑，位位于重庆庆市南岸岸区，-1FF和-2FF为车库库和库房房等后勤勤用房，1F为会所用房，包括大堂、快餐厅、大堂吧、更衣和淋浴房、VIP房、会议室等，2F为中餐厅，共有20个包房。项目用地面积约10262.7平方米，总建筑面积为27961.8平方米。水源热泵空调示范面积为10000平方米左右，估算总冷负荷约为1934KW，估算总热负荷约为810KW。温泉中心心属于酒酒店、度度假类休休闲产品品建筑，位于重庆庆市南岸岸区，-2FF为温泉泉用房，包包括室内内泳池、水水浴中心心、更衣衣室、淋淋浴间、快快餐厅，-1FF为车库库和库房房等后勤勤用房，1F为酒店用房，包括大堂、接待厅、会议中心、大堂吧等，2F6F为酒店标准客房。项目用地面积13528.6平方米，总建筑面积33674平方米。水源热泵空调示范面积约为27000平方米左右，估算总冷负荷约为2640KW；估算总热负荷约为1860KW。温泉中心心、体育育设施房房同处于于一个分分区区域域之内，两两者间距距不大；而且，该该两栋建建筑附近近区域均均分布较较为充足足的地表表水体（石榴湖、溪流）。建筑平面布置图如下：石榴湖温泉中心溪流体育设施房心图1 建建筑平面面布置图2 工程程冷热源源方案选选取根据上述述自然条条件，两两栋建筑筑的水源源热泵系系统冷、热热源利用用方案确确定为以以下两种种方案：方案一：湖体单独利利用温泉中心心、体育育设施房房两栋建建筑的水水源热泵泵系统均均利用石石榴湖水水体的冷冷热资源源，在湖湖内进行行取水、回回水。方案二：湖、溪溪流共同同利用温泉中心心的水源源热泵系系统利用用湖体冷冷热资源源，在湖湖内取水水、回水水；体育育设施房房利用其其附近的的溪流水水体的冷冷热资源源，在溪溪流内取、回回水。3 工程程的技术术可行性性分析3.1 方案一一的技术术可行性性分析3.1.1 理论计计算分析析为了确定定夏、冬冬两季系系统运行行过程中中向湖体体排热、取取热后湖湖体的水水温变化化情况，必必须分析析夏、冬冬两季系系统运行行过程中中湖体的的得热、散散热情况况，从而确确定夏、冬冬两季系系统运行行后湖体体的“冷冷热收支支”平衡衡能力。系统运行行过程中中，湖体体的热交交换过程程主要包包括：（11）水面面热交换换，（22）水体体与下垫垫面热交交换，（33）水源源热泵系系统向湖湖体的取取、排热热。根据以上上条件，以以及两个个空调系系统的最最大冷热热负荷，结结合建筑筑使用特特性，计计算出夏夏、冬两两季水源源热泵系系统运行行过程中中湖体的的平均水水温变化化情况：表1 湖湖体平均均水温变变化季节湖体得热热量（JJ）水比容（J/kgK）湖水质量量（kgg）水温变化化（K）夏季 3.222E+114.199E+0038.299E+007 0.993冬季-3.776E+11-1.008全年 2.006E+11 0.559上表表明明：夏季季运行后后，湖体体的水温温升高00.933 K；冬季运运行后，湖湖体的水水温降低低1.008K；考虑过过渡季节节湖体的的水温恢恢复，全全年湖体体的平均水温温仅升高高0.559K。从而说明明，系统统全年运行行对湖体体水温的的影响比比较小，湖体的全年热平衡基本上能得到保证。3.1.2 数值模模拟计算算根据“零零负荷”条件下下湖体水水温分布布特点，附附加水源源热泵系系统的运运行取、排排热量，分分别建立立冬、夏夏两季系系统运行行的湖体体水温分分布模型型，利用用通用商商业软件件PHOONEIICS进进行仿真真计算。石榴湖物物理模型型如下：图2 湖湖体模型型其中，取取、回水水位置设设置如下下：石榴榴湖温泉泉中心回回水口xx=300m，yy=1110.335m，zz6mm；体育育设施房房回水口口x=00m，yy=1002.55m， z66m；取水口口共用，位位置坐标标x=990，yy=400，z0m。初始参数数及边界界条件：石榴湖湖夏季水水温初始始参数设设置为（以以湖底为为零标高高）： 01.55m，水水温155.5；1.56m，水水温199；67m，水水温255；冬季水温温初始参参数设置置为100，上下下层均匀匀。湖体表表面简化化为常热热流边界界；湖底底传热相相对于湖湖体表面面而言较较小，设设置为绝绝热表面面；回水按按5的温差差考虑，负负荷特性性表现在在取回水水的流量量上。典型日负负荷使用用特性如如下：体育实施施房：中中午111:00下午113:00为为满负荷荷状态，下午113:0018:00为为50负荷状状态，晚晚18:0022:00为为满负荷荷状态，222:0024:00为为30负荷状状态，其其余时间间段负荷荷为200；温温泉中心心：上午午8:0011:00为为30负荷状状态，11:0014:00为为1000负荷荷状态， 14:0018:00为为50负荷状状态，118:0022:00为为70负荷状状态，222:00凌晨88:00为为50负荷状状态。不不同负荷荷情况调调节冷却却水量。根据上述述模型对对夏季、冬冬季各一个典典型日分分别进行行模拟运运算。模模拟结果果如下：（1）夏夏季工况况计算结结果： a.整体体立面 bb.水面面以下66米平面面 c.水面面以下33米平面 dd.水面面图3 夏夏季工况况水体温温度分布布上图计算算结果表表明：夏夏季空调调运行工工况下，由于回回水口位位于水面面下1米米处，回回水区附附近水域域的垂直水温温分层现现象被打打破，水体水水温受影影响的范范围随着着水面以以下深度度的增加加而越来来越小；同时，由由于受回回水水温温的影响响，水面面回水区区域的水水温较周周围水温温略低。系统运行行1天后后，湖体平均均水温仅仅上升00.322，而且且湖体受受系统运运行影响响的区域域相对较较小。（2）冬冬季工况况计算结结果： a.整体体立面 b.水面以以下6米米平面 c.水面面以下33米平面 d.水面图4 冬冬季工况况水体温温度分布布从上图可可以看出出，冬季典典型日系系统运行行1天后后，仅湖湖体回水水区域附附近的水水体水温温受系统统取热影影响，而而且整个个湖体受受影响的的范围相相对比较较小，层层间温差差相对夏夏季小的的多。另外，计计算数据据结果，可可以得到到：（11）湖体体水面以以下6米米平面的的平均水水温为99.911，与湖湖底水温温一致；水面以以下3米米平面平平均水温温为9.9，回水水影响区区域增加加；水面由于于受外界界环境换换热影响响平均温温度为44.888；（22）冬季季典型日日系统运运行1天天后，整个湖湖体的平平均水温温为9.65，较初初始平均均温度110降低了了0.335； 综上，对于方案一，系统在冬、夏季运行后，整个湖体水温度变化均比较小；而且在全年运行后，基本上能够实现热平衡。同时，系统一个典型日工况运行的模拟结果表明，系统运行1天条件下，取、回水对湖体水温的影响范围均很小。从而说明明，方案案一在技技术上是是可行的的。3.2 方案二二的技术术可行性性分析由于方案案二与方方案一相相比水体体的容量量增加了了，而所所要提取取的冷热热量并没没有增加加，因此，方方案一能能满足工工程要求求，方案案二从理理论上讲讲应该能能满足要要求。关关键是要要研究，溪流的热容量能否满足体育设施房的需求。为此，对方案二主要分析体育设施房从溪流中提取冷热量后，溪流的水温是否能得以恢复以及对水体的影响范围。溪流长2200mm宽7m深2mm，取水口口（x=110m）位于出出水口上上游1000m。夏夏季溪流流水体初初温设为为27，流量按按4000t/dd；水流流表面简简化为常常热流边边界考虑虑，溪流水水体与土土壤传热热设置为为绝热边边界；回水按按5的温差差考虑，负负荷特性性表现在在不同时时刻流量量不同；冬季水水体初温温设为112.55，其它它条件同同夏季。同样，计计算冬夏夏各一个个典型日日，计算算结果及及分析如如下：（1）夏夏季工况况计算结结果：a.溪流流立面b.水面面以下11米平面面c.水面面图5夏季季工况水水体温度度分布从模拟计计算结果果，可以以得到：系统运行行1天后后，系统统回水对对溪流造造成的影影响范围围大致为为回水口口上游220m到到回水口口下游990m之之间约1110mm的区间，超超过该区区域的下游水水温基本本能恢复复；回水影影响区域域内平均均温度大大约为330，平均水温温上升了了3。（2）冬冬季工况况计算结结果：a.溪流流立面b.水面面以下11米平面面c.水面面图6 冬冬季工况况水体温温度分布布从模拟计计算结果果，可以以得到：系统回水水对溪流流造成的的影响范范围大致致为：回回水口上上游155m到下下游800m之间间大约955m区间间；超过过该区域域的下游游水温基基本能恢恢复；回水区区域平均均温度大大约为99.2，平均水水温下降降了3.3。从方案二二溪流夏夏、冬季季各1个个典型日日的运行行水温变变化情况况看，尽管两两个季节节系统运运行后，溪溪流回水水区域附附近水温温变化最最大达到到了3.3，但是是在溪流流的下游游处水温温基本都都能得以以恢复。从而说明明，方案案二在技技术上是是可行的的。4 结论论考文献：根据上上述分析析：就技技术而言言，该项项目地表表水体能能满足系系统全年年运行的的冷热负荷荷需要，工程采用地表水源热泵系统是可行的；而且，该工程拟采用的两种冷、热源利用方案均能满足工程需要。参考文献献1 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