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經(jīng)過(guò)十余年的推廣、應(yīng)用和發(fā)展,水/地源熱泵技術(shù)在中國(guó)很多地區(qū)和建筑領(lǐng)域都積累了大量的經(jīng)驗(yàn),得到了日益廣泛的應(yīng)用。采用這種技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于科學(xué)的取能方式,如果保證了取能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理、正確施工,那么整個(gè)工程可以說(shuō)就成功了一大半。目前水/地源熱泵技術(shù)的能量來(lái)源主要有四類方式—井水水源、地表水源、廢熱水源、土壤埋管。井水水源常用深度300米以上的淺表層井水;地表水源包括江、河、湖、海水源;廢熱水源包括污水、中水、工業(yè)廢水、地?zé)嵛菜煌寥缆窆苁侵干疃?00米以上的垂直埋管式交換器。取能的途徑有多種,正確的取能方式應(yīng)該是廣開(kāi)思路、不拘一格,因地制宜、因用制宜,科學(xué)合理。下面根據(jù)“新思維”水/地源熱泵技術(shù)的大量應(yīng)用實(shí)踐,對(duì)上述四類取能方式作簡(jiǎn)要介紹:


一、井水水源的取能方式

1、基本介紹
地球表面的淺層地下水溫度常年保持基本恒定,不受外部環(huán)境干擾。這個(gè)溫度夏季低于環(huán)境溫度,冬季高于環(huán)境溫度,非常適于水源熱泵從其中提取冷量或熱量供人們使用。尤其是,這部分地下水溫度被提取后再回灌入地下,能夠很快從地層環(huán)境中重新恢復(fù)溫度,將地層中取之不竭的低位能量不斷輸出。

水井取能的方式就是將淺層地下水用潛水泵自出水井中抽出,通過(guò)管道輸送到主機(jī)站,經(jīng)過(guò)水源熱泵換熱器進(jìn)行取能,滿足主機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn),然后再經(jīng)過(guò)管道輸送到回水井,回灌到地下。

水源熱泵項(xiàng)目的前期要了解建筑物周邊是否有空余場(chǎng)地可以用來(lái)打井;了解當(dāng)?shù)卣欠裨试S開(kāi)鑿水源熱泵水井,有哪些規(guī)定和辦理程序;通過(guò)水利部門(mén)和地質(zhì)勘探部門(mén)了解地下水狀況、水井工藝要求、打井成本、水質(zhì)、水量、水溫等詳細(xì)資料。
空調(diào)水井一般采用鉆機(jī)施工,根據(jù)地層結(jié)構(gòu)不同選擇采用回旋鉆或沖擊鉆。水井開(kāi)孔直徑一般為600毫米左右;井管常采用鋼管、球墨鑄鐵管、高壓水泥管等,直徑一般在300毫米左右;井管和泥孔壁之間用濾料填實(shí),濾料一般采用直徑2毫米至20毫米不等的優(yōu)質(zhì)石英砂等材料,上部用粘土球填實(shí)(基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)一般只需下骨架管,無(wú)需下井管)。井口制作閥門(mén)井池,安裝閥門(mén)、管道等設(shè)施,井池上方地面上安裝一個(gè)鑄鐵井蓋,不影響地面景觀與用途。

2、技術(shù)要點(diǎn)
A、采用這種方式,要根據(jù)項(xiàng)目所在地水文地質(zhì)的實(shí)際情況確定適宜的水井深度,開(kāi)鑿試驗(yàn)井,再根據(jù)試驗(yàn)井的單井出水量、項(xiàng)目設(shè)計(jì)總需水量確定出水井?dāng)?shù)量。為保證井水的循環(huán)再生利用效果,根據(jù)試驗(yàn)井的含水層狀況,出水井要配置適當(dāng)數(shù)量的回水井,輔以異層抽灌、加壓回灌、真空回灌、單井回灌等措施,確保井水長(zhǎng)期可靠地回灌。

B、根據(jù)當(dāng)?shù)氐貙訕?gòu)造情況以及地下水的流動(dòng)特性,合理選擇井間距。間距太近,可能會(huì)造成地下串水或溫度場(chǎng)的相互影響,使得出水水溫來(lái)不及恢復(fù),不能長(zhǎng)時(shí)間滿足系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn);間距太遠(yuǎn),可能造成場(chǎng)地不夠或回灌速度太慢等情況。具體設(shè)計(jì)也要根據(jù)試驗(yàn)井的含水層狀況確定。

C、嚴(yán)格把握水井施工質(zhì)量,絕不能等同于一般灌溉井的施工。水井施工工藝必須保證出水量、回灌量達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求,保證含砂量小于十萬(wàn)分之一。

D、井水管網(wǎng)采用雙管制,便于水井的功能替換,自動(dòng)洗井等。

E、如果當(dāng)?shù)氐叵滤畬佥^強(qiáng)酸堿腐蝕性,要增加換熱裝置,地下水不直接進(jìn)主機(jī)和機(jī)房管線,或采用或采用海水型機(jī)組。


二、地表水水源的取能方式

(一)海水取能方式
1、基本介紹
該取能方式特別適合濱海城市、旅游觀光點(diǎn)、濱海酒店、海島邊防站等項(xiàng)目。海水取能方式的原理和井水取能方式的原理相同,只是這里用海水代替了井水。這種方式需要直接抽取海水,采用海水性水源熱泵機(jī)組進(jìn)行換熱。

2、技術(shù)要點(diǎn)
A、海水同時(shí)具有化學(xué)腐蝕性和生物腐蝕性。海水的抽取、輸送都要采取防腐蝕水泵、管道(一般可采用合適塑料管)。

B、充分進(jìn)行海水處理。不僅要進(jìn)行除砂處理,還要進(jìn)行防垢處理、生物滅殺處理等。

C、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況合理設(shè)計(jì)取水安裝方案。要便于安裝、檢修,要保證取水口處的海水深度,要考慮到海浪的沖擊,要考慮到潮位變化。

D、掌握準(zhǔn)確的海水冬夏溫度變化的數(shù)據(jù),計(jì)算正確的海水需用量。

E、我國(guó)海岸線綿長(zhǎng),不同地區(qū)的水溫、岸邊情況區(qū)別較大,需個(gè)別特殊設(shè)計(jì)。根據(jù)海水在冬夏季節(jié)實(shí)際溫度,充分考慮主機(jī)的相應(yīng)工況表現(xiàn),正確選配機(jī)組設(shè)備。

(二)江河湖水取能方式
1、基本介紹
江河湖水取能方式的原理和井水取能方式的原理相同,只是這里用江河湖水代替了井水。這種方式需要直接抽取江河湖水,取用水的方案稱為取水工程,分為岸邊取水和湖(江河)床取水兩種方式;可采用普通水源熱泵機(jī)組進(jìn)行換熱。

2、技術(shù)要點(diǎn)
該取能方式的技術(shù)要點(diǎn)是取水工藝。所取用的水源必須保證:

A、根據(jù)當(dāng)?shù)亟雍诓煌畬拥乃疁匾约霸诓煌竟?jié)時(shí)的變化程度,取用合適深度水層的水源。

B、取水口位置應(yīng)保證水質(zhì)潔凈,安裝過(guò)濾裝置。

C、充分考慮到枯水、豐水季節(jié)時(shí)水位的變化,考慮風(fēng)浪的影響,航道的影響。

D、保證安裝可靠,檢修方便。

因?yàn)榭拷贪兜乃碌匦我话愣急容^平緩,要想達(dá)到一定深度,往往需要將取水口設(shè)置遠(yuǎn)離岸邊,這就要求有相配套的取水工程施工,主要的兩種辦法介紹如下:

【岸邊取水方式】
1)在岸邊合適位置選址打井,使水通過(guò)滲透進(jìn)入井中,再下潛水泵取水。
2)將水泵房建在岸邊,水經(jīng)過(guò)過(guò)濾格柵進(jìn)入泵房?jī)?nèi)水池,再由水泵抽取。
3)從岸邊向堤內(nèi)建造水泥棧橋,在棧橋端部設(shè)平臺(tái)架設(shè)潛水泵,伸進(jìn)江河湖中合適深度取水。

【岸底取水方式】
1)在岸邊合適位置選址打較大口徑深井(30—50米),如水不能通過(guò)滲透進(jìn)入井中,可在井底部水平向湖底方向開(kāi)挖導(dǎo)流洞將足夠流量的水引入井中,再用潛水泵取用。
2)在保證湖(江河)水深度的水面上設(shè)浮箱,內(nèi)設(shè)水泵,將吸水管伸進(jìn)一定深度的湖(江河)內(nèi)取水。
3)將潛水泵放在合適的取水籠中,直接沉到合適深度的水底,通過(guò)高強(qiáng)度塑料管道貼湖(江河)底輸送到岸上。(詳見(jiàn)《取水工程》一書(shū))

江、河、湖水取能方式需要根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的具體情況對(duì)取水方案進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。水溫在30℃以下的水源,用于夏季供冷是非常經(jīng)濟(jì)的,如能選取較低水溫(7—12℃)的深度取水,不必開(kāi)動(dòng)水源熱泵主機(jī),直接進(jìn)行供冷,可大量節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。我國(guó)偏南且冬季不結(jié)冰地區(qū),如水源有一定的深度保證,冬季水溫能持續(xù)保證在4℃以上,也適合于從中提取能量供暖、供熱水。


三、地埋管取能方式

1、基本介紹
地埋管取能方式是利用深埋在地下的閉式循環(huán)水管路系統(tǒng)與地層巖土進(jìn)行換熱,換熱后的循環(huán)水將能量傳給水源熱泵主機(jī),實(shí)現(xiàn)能量供給。通常也稱這個(gè)系統(tǒng)為:“閉式地源熱泵系統(tǒng)”或“地耦合地源熱泵系統(tǒng)”;埋在地下的封閉循環(huán)管路稱為“地?zé)釗Q熱器”,它的形式有兩種:水平埋管、豎直埋管。水平埋管是在地面挖出1-2米深的溝,每個(gè)溝內(nèi)埋設(shè)2、4或者6根塑料管,并連形成封閉網(wǎng)狀系統(tǒng);豎直埋管是在地層中鉆直徑為0.1—0.15米的鉆孔,鉆深30—150米,在每個(gè)孔中設(shè)置一組或兩組U型塑料管并用灌漿材料灌實(shí),再整個(gè)連成封閉網(wǎng)狀系統(tǒng)。

2、技術(shù)要點(diǎn)
A、科學(xué)合理計(jì)算建筑物需要的能量,減少富余量,避免造成過(guò)于龐大的地埋管施工量。

B、充分對(duì)當(dāng)?shù)氐貙舆M(jìn)行了解,如有條件要對(duì)地層巖土的傳熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行測(cè)量,科學(xué)計(jì)算或估算所需地?zé)釗Q熱器的管長(zhǎng)。

C、平埋時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貎鐾翆雍穸却_保合理的埋管深度,以免受地面溫度的影響;豎直埋管時(shí)每孔間距要大于3--4米,水平連接總管的埋深也要保證在當(dāng)?shù)貎鐾翆雍穸纫韵隆?br />
D、閉式系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)連接時(shí),要注意同程原理。

E、施工設(shè)計(jì)時(shí)合理設(shè)計(jì)檢修點(diǎn),便于將來(lái)故障排查。

F、注意施工過(guò)程中的回填工藝質(zhì)量,過(guò)程中保證最少三次試壓。

地埋管取能方式適用于缺乏水源的項(xiàng)目,雖然前期投資相對(duì)較大,但建成后一勞永逸,系統(tǒng)可以正常使用50年左右。采用地埋管取能方式,前期需要注意計(jì)算建筑物周邊是否具有足夠的埋管場(chǎng)地。如果冬夏冷熱負(fù)荷量差距較大,還需考慮采用冷卻塔或備用熱源進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。


四、廢熱水源取能方式

(一)污水/中水水源的取能方式
1、基本介紹
污水水源熱泵是通過(guò)提取城市原生污水中的溫差,將污水中低品質(zhì)的恒溫能量“汲取”出來(lái),實(shí)現(xiàn)夏季供冷、冬季供暖、生活熱水全年保障的“三聯(lián)供”,創(chuàng)造性的化污為“寶”,變成可利用的再生能源,是節(jié)能減排的一個(gè)新途徑。污水水源中含有固態(tài)雜質(zhì),需要加裝污水全自動(dòng)除污設(shè)備進(jìn)行處理,由于水質(zhì)具有一定的腐蝕性,污水不直接進(jìn)主機(jī),要增加換熱裝置,或采用防腐型污水水源熱泵機(jī)組。

中水是指生活污水處理后,達(dá)到規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水。中水水溫一般夏季在27--32℃左右,冬季在7—12℃左右(北方寒冷地區(qū)需實(shí)際了解)。這些中水一般通過(guò)直埋大口徑混凝土管道輸送到城內(nèi)河道、水景湖等處,所以在輸送過(guò)程中溫度受外界環(huán)境影響不大。一個(gè)中等規(guī)模的城市污水處理廠日處理生活污水可達(dá)10萬(wàn)噸,所以,管道沿途的建筑物可以利用中水源熱泵系統(tǒng)對(duì)該水源中的量加以利用,實(shí)現(xiàn)夏季供冷、冬季供暖、生活熱水全年保障的“三聯(lián)供”。中水的取用一般是經(jīng)過(guò)市政管理部門(mén)同意或合作,在建筑物附近對(duì)中水管道進(jìn)行開(kāi)口,在管道上對(duì)接一個(gè)取水口,在取水口下游對(duì)接一個(gè)入水口,以便將一定量的中水引入主機(jī)站通過(guò)水源熱泵加以利用,再排回中水管道。

2、技術(shù)要點(diǎn)
A、中水水質(zhì)潔凈,可以直接進(jìn)入主機(jī)進(jìn)行換熱,工藝簡(jiǎn)單、方便。根據(jù)中水的實(shí)際溫度設(shè)計(jì)計(jì)算合適的中水取用量,安裝相應(yīng)合理口徑的管道及水泵。

B、因?yàn)橹兴艿酪话銥榛炷凉艿溃∷艿酪话阌娩摴埽裕谥兴艿郎祥_(kāi)口以及實(shí)現(xiàn)兩種材質(zhì)管道的無(wú)泄漏對(duì)接是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。一般采用相應(yīng)口徑的鋼制承插管件,該管件與混凝土管連接時(shí),采用石棉水泥、膨脹水泥等措施對(duì)邊縫進(jìn)行密封。

C、污水處理廠一般每年都有一個(gè)停產(chǎn)檢修階段,對(duì)中水管道的施工要在這個(gè)時(shí)期抓緊進(jìn)行。

D、在機(jī)房?jī)?nèi)中水回水管路上,安裝一臺(tái)合適的增壓循環(huán)泵,主要是為了補(bǔ)充所取用的中水在機(jī)房?jī)?nèi)管路上的壓力損失,以便于回到中水主管路時(shí)能順利匯入。
污水、中水水源熱泵系統(tǒng)必須確保穩(wěn)定、連續(xù)的充足水源供應(yīng),不能因上游管道的堵塞或污水處理廠的臨時(shí)停運(yùn)而造成水源的間斷供應(yīng),從而造成系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

(二)工業(yè)尾水取能方式
1、基本介紹
在很多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱能,在保證生產(chǎn)工藝需要后,很多熱量需要快速排出或直接排放。比如:化工廠的冷凝工段、鋼鐵廠的冷卻工段、熱電廠的冷卻工段、焦化廠的燒制工段等都有大量的余熱排出。這些余熱排出的形式一般有熱水和熱氣兩種形式,對(duì)這部分能量的回收取用可以通過(guò)板換、熱管等技術(shù),把熱量換取到二次能源水中,再使用水源熱泵技術(shù)加以提取利用。采用這種技術(shù)既可以達(dá)到廢熱利用,節(jié)約能源的目的,又可以與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)工藝目的,降低生產(chǎn)成本。

2、技術(shù)要點(diǎn)
A、要仔細(xì)研究工廠生產(chǎn)工藝流程,有機(jī)結(jié)合原有管道系統(tǒng),必須做到不影響正常生產(chǎn),有利于正常生產(chǎn)。

B、水溫在5℃以上的各種水源均可有效利用,根據(jù)熱水溫度、熱水成分、特點(diǎn),設(shè)計(jì)合理的取能工藝技術(shù)方案。

C、采用熱管等科學(xué)合理的技術(shù)手段,將多種形式的生產(chǎn)廢熱回收并用水作為介質(zhì)輸出,達(dá)到節(jié)能降耗的目的,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、供暖雙功能。

D、提取熱能后的工業(yè)尾水水溫可降至4--8℃,可循環(huán)用于工業(yè)冷卻,達(dá)到節(jié)約用水的目的。

(三)地?zé)嵛菜∧芊绞?br /> 1、基本介紹
地?zé)崴侵杆疃仍?000米以下、溫度在40℃--90℃的溫泉水。地?zé)崴S脕?lái)直接供暖,尾水排走時(shí)水溫仍然在30--35℃左右。為了有效利用低溫尾水,使用水源熱泵技術(shù)提取利用其中的熱能,根據(jù)供暖系統(tǒng)的需要制取出水溫在45—80℃的取暖用水,在原有水量條件下,供暖面積可大大增加。

2、技術(shù)要點(diǎn)
A、根據(jù)尾水的溫度、流量及可提取溫差準(zhǔn)確計(jì)算通過(guò)尾水所能提取的能量,由此,再結(jié)合建筑物的需熱量,計(jì)算出可以供應(yīng)的建筑物面積。
B、工藝原理圖可參照工業(yè)廢水取能工藝圖。尾水可循環(huán)利用直至最終排出的水溫降至3℃。
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