东营市某办公楼水源热泵空调系统冷冻站设计.doc

东营市某办公楼水源热泵空调系统冷冻站设计

清华同方人工环境有限公司 甄华斌 范新
清华大学 徐继军 李先庭

Water source heat pump system plant design of an office building in Dongying

By Zhen Huabin★, Fan Xin, Xu Jijun and Li Xianting

提要
　　为降低空调运行费，对该办公楼空调系统进行改造，选用水源热泵。简要介绍了空调系统设计，包括机房设计，水源水系统、水泵、水管、水井口装置等设计。改造后系统冬夏运行费降低一半以上。

关键词:水源热泵空调系统 水井 设计

Abstract
　　To reduce operation costs, reforms the air conditioning system in the office building, selects a water source heat pump system. Briefly presents its design including the plant, water system, water pump, water pipeline and device on the mouth of the well. The operation cost is lowered by a half both in winter and summer.

Keywords:Water source heat pump air conditioning system, water well, design

1 概况

　1.1 建筑概况
　　东营市中胜集团办公楼，坐落在山东省东营市泰山路，建筑面积450m2，共7层，建筑总高为23.4m。其中，1-3层为餐厅，4-7层为办公用房。该建筑为框架结构，铝合金玻璃窗。
　　该办公楼原有一套中央空调系统，夏季由活塞式冷水机组提供冷量，冬季通过锅炉换热后集中供暖。由于设备已经老化，其夏季通过锅炉换热后集中供暖。由于设备已经老化，其夏季运行费用1000元/日左右，冬季运行费用1400元/日左右。为降低运行费用，2000年2月决定对空调机房进行改造，把活塞式冷水机组和冬季换热设备替换成水源热泵中央空调机组，同时对室内系统进行冲洗和检修。

　1.2 地下水情况
东营市是一个地下水位很高的地区，水位距地面0.8m左右。该地区属黄河冲积平原，地层为细沙层带。由于距渤海较近，地下水含盐量很高。地下水恒温层距地面约17.5m，恒温层水温15℃左右。

　1.3 水井情况
　　为配合工程改造，中胜集团自打了两口水井，表1列出了水井技术资料。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1　水井技术资料
井深
/m
管井直径
/mm
含盐量
/g/L
含砂量
/g/L
水温
/℃
pH值
110
350
46
18
15±1
8.1
2.系统设计
　2.1 水源水系统
　　水源水是影响水源热泵中央空调系统的重要因素，决定水源热泵中央空调主机的制冷量、制热量、电功率等技术参数，因此，对水源水系统的设计不容忽视。
　　考虑到地下水的回灌和水源水井的备用性，在设计水源水系统时，两口井的结构、水井泵等设置匀相同。这样，就不会引起地下水位下降，还可以实现夏灌冬用、冬灌夏用。为保证换热器的换热效率及除砂器的除砂效果，且节省初投资，在设计时，系统中设有8个转换阀门，其安装形式见图1。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 空调机房水系统图

　　2.1.1 水源水泵
　　水源水泵选型时，主要考虑地下水温度、成井情况、用户费用承受能力等因素。结合工程的实际情况，水源水泵选用了井用潜水泵。潜水泵的特点是：扬程较高，体积较小，但价格略高。表2 列出了潜水泵的主要技术参数。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2　潜水泵的主要技术参数
型号
流量
/m3/h
扬程
/m
功率
/kW
转速
/r/min
效率
/%
质量
/kg
200QJ32-91/7
32
91
13
2850
70
98
　　2.1.2 水源水管
　　考虑到地下水的矿化度较高，会对钢或或其他合金造成腐蚀，在设计时，水源水管采用聚乙烯PE塑料管。另外，水源水管上的附件和阀门亦选用抗腐蚀性较强的产品。

　　2.1.3 水井口装置
　　水井口装置是水井工程的重要部分。在设计时，主要考虑了以下事项：
　　①设回流管。在自流回灌井中，供回水管分开使用；
　　②设排污管。在井水回扬时，保证污水顺畅排放；
　　③为防止氧气对回灌水造成污染，应阻止大量氧气混入回灌水中。图2为井口装置示意图。蝶阀1，2为水源水回灌所设，水源水泵开启时，蝶阀1打开，蝶阀2关闭；反之则相反。蝶阀3为回扬排污时用。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2 井口装置示意图

　　2.1.4 除砂器
　　由于东营市地质及水井施工的原因，成井后，井水中含砂量超过国家有关规定和标准，这样，在实际运行中，会使水源水系统的阀门、管件、换热器等设备或附件造成堵塞，进而会妨碍系统的正常运行。在本系统中，采用旋流式除砂器进行除砂。除砂器的特点是：体积小，除砂效率高，可在不间断供水情况下清除水中的砂粒。

　2.2 机房系统
　　2.2.1 空调制冷机房的设置
　　空调机房位置不变，原空调机房系统仅保留了稳压补水装置。空调机房长12m，宽9m，高4.5m。机房平面布置见图3。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3 空调机房平面图
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　1-6　为蝶阀

　　2.2.2 机房水系统
　　水源热泵中央空调系统是靠水路上阀门的切换来实现冷热工况的转换，在机房系统中，共设有8个转换阀门（参见图1），夏季运行时，1,3,5,7阀门打开；2,4,6,8阀门关闭；冬季运行时，1,3,5,7阀门关闭；2,4,6,8阀门打开。机房水系统主要包括水源循环系统、中间循环水系统、冷热水循环系统。图1为空调机房水系统图。

　　　2.2.2.1 中间循环水系统
　　　　中间循环水系统包括钛板式换热器、中间循环水泵、中间稳压补水装置、管路和阀门。
　　　　由于水源水含盐量较高，为了降低水源水对机组的危害，在水源水系统与水源热泵中央空调机组之间增设钛板式换热
　　器。
　　　　根据水源水的温度和水源热泵中央空调主机进出水温度的要求，选取钛板式换热器两侧的温差为4℃，通过换热器选
　　型计算，换热器的换热面积为23m2。其规格型号见表3。

　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 　　　　表3　主要设备表

主要性能参数
数量
/台
推荐型号
备注
水源热泵中央
空调机组
冷热循环
水泵
中间循环
水泵
钛板式换
热器
电子水处
理仪
除砂器
QL=271kW QR=290kW
NL=62kW NR=83Kw
G=46m3/h H=28m
N=7.5kW n=2900r/min
G=43m3/h H=24m
N=5.5kW n=2900r/min
1095mm×470mm×1084mm

N=130W
接管管径DN100
额定水量G=50m3/h
1

2

2

1

1

1
GHP300

GJ46.7-28
-7.5-2NY
GJ43.7-24
-5.5-2NY
M15-BFML

NHW-4B

ZC-150/100Ⅲ

一用一备

一用一备

　　 注：①下角L表示制冷量，R表示制热量；②N为功率，G为流量，H为扬程，n为转速.

　　　2.2.2.2 稳压补水系统
　　　　水源水系统与冷热循环水系统共用了一套稳压补水装置，实际运行效果良好。

　　　2.2.2.3 主要设备（见表3）

　2.3 自动控制
　　本工程对需要控制的设备进行控制，并可实现水源热泵中央空调机组和水泵之间的顺序启停。当水泵突然停止后，采用水流开关强制主机的压缩机停止运行，以保护水源热泵中央空调主机。

3.运行情况
　　本工程自2000年6月安装、调试、运行以来，效果良好，水源水系统及机房系统运行稳定。夏季冷水供回水温度为7℃/12℃，中间水供回水温度为19℃/24℃，水源水供回水温度为15℃/20℃，室内温度为22～25℃，其运行费用为380元/日；冬季热水供回水温度为52℃/42℃，中间水供回水温度为11℃/6℃，水源水供回水温度为15℃/10℃，室内温度为20～23℃，其运行费用为495元/日。在制冷期，空调主机每天16h运行，在制热期，空调主机每天24h运行。

4.结束语
　　在空调系统安装时，此项工程就引起了中胜集团和东营市节能办领导的高度重视；在空调系统运行后，中胜集团对夏季和冬季系统运行情况进行了综合测试，最后认为该工程是一个节能、环保的水源热泵中央空调系统示范工程，水源热泵中央空调系统应得到大力推广。

参考文献
　　1 陆耀庆，主编. 实用供热空调设计手册. 北京：中国建筑工业出版社，1993.
　　2 王万达. 地热供暖设计要点. 暖通空调新技术，1999，（1）.
　　3 范瑾初，严煦世，主编.给水工程（第4版）.北京：中国建筑工业出版社，1999.
　　4周祖毅. 关于热泵定义、分类及其应用的探讨. 全国暖通空调制冷1996年学术年会论文集，1996.

作者简介：
　　甄华斌，男，1971年9月生，大学，工学学士，工程师
　　100085　北京海淀区上地东路9号5层清华同方人工环境有限公司
　　[phone]-6127,E-mail:zhenhuabin@