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變頻直接地下水熱泵中央空調的設計探討

  【中國制冷網】【摘要】本文通過具體的工程實例,闡述了變頻直接地下水熱泵中央空調系統在運行過程中出現的問題,并針對這些問題提出了在設計過程中的幾點建議。


    【關鍵詞】系統變頻保護噪音


    一工程概況


    本項目位于四川某市,共八層,地下一層,地上七層。建筑面積約10000m2,建筑總高度約40m。其中,地下一層為停車庫及設備用房;一層為收費大廳及營業廳;二層為會議室、培訓教室及辦公室;三至五層為辦公室及小型會議室;六、七層為設備室。收費大廳、營業廳、辦公室每天使用8小時。會議室、培訓教室根據情況間隙性使用。六、七樓設備室需24小時使用。該項目有施工降水井八口,單井出水量約為40m3/h,地下水溫夏季約18℃,冬季約15℃。


    二系統簡介


    本項目空調設計冷負荷1050KW,設計熱負荷730KW。系統設計為變頻直接地下水熱泵中央空調系統,系統地下水設計溫差為11℃,所需水量為110m3/h,設置3口取水井,5口回灌井。設備采用地源熱泵分體暗裝盤管機組,每臺機組的地下水回水管設置電磁二通閥,電磁二通閥隨室內風機盤管的啟停而開閉。三臺潛水泵設置一臺變頻器,潛水泵根據系統的壓力變化變頻運行,三臺潛水泵自動切換。系統水平干管及供水立管均采用同程設計,在地下水供水總管上設置旋流除砂器,回水總管上設置電動二通閥,該電動二通閥根據系統的啟停而開閉。

圖1   系統原理圖一

圖1   系統原理圖一(中國制冷網配圖)

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    三系統問題及分析


    3.1回水管水流噪音大


    原因分析:因系統為開式系統,地下水回水在回水主立管內作近似自由落體運動,回水以很快的速度通過管道,與管避的摩擦及水與水的碰撞產生噪音。


    3.2部分熱泵機組及管道腐蝕


    原因分析:因為地下水回水在回水主立管內的流速過快,故其引射作用使部分熱泵機組及管道出現真空狀態,引起汽蝕。


    3.3部分熱泵機組開啟時缺水保護


    原因分析:所有的熱泵機組不是同時運行,先運行的設備少,需要水量小,如需再投入一部分熱泵機組運行時,后投入的設備第一次開啟時出現缺水保護。因為潛水泵根據系統壓力變化變頻運行,當后投入設備開啟時,系統壓力降低,但潛水泵從檢測到壓力變化到水泵變頻運行有時間差。而熱泵機組的電磁閥與室內風機盤管連鎖,當該熱泵機組開啟時,電磁閥立即打開,而熱泵機組的主機沒有延時開啟的功能,故水泵變頻運行與熱泵機組的主機啟動出現了時間差,熱泵機組的主機檢測到地下水量不足,立即缺水保護。但當潛水泵接受信號變頻運行穩定后,再次開啟后投入的設備,即能正常運行。


    3.4系統變頻作用不明顯


    原因分析:地下水熱泵機組的電磁二通閥與室內風機盤管連鎖,當室內溫度達到設定溫度時,該房間的地下水熱泵主機停止運行,此時的室內風機盤管仍然在運行,電磁閥仍然處于開啟狀態,系統的壓力不會因為該房間主機的停止而變化,則潛水泵仍然按原來的頻率運行,沒有起到設計變頻系統的目的。當然,當該房間的空調不使用的時候,電磁閥關閉,此時還是能起到變頻節能的作用。


    四設計建議


    4.1選擇末端的電磁二通閥與熱泵機組主機連鎖的設備,主機開啟時電磁閥先開,主機關閉時電磁閥后關閉。


    4.2如果設計為直接地下水換熱系統,則將系統設計為回水同程,在回水管頂端加一排空管,如圖2。


    4.3建議采用地下水式熱泵中央空調,盡可能設計為間接地下水換熱系統,換熱器將地下水和使用水分為兩個獨立的系統。

圖2  系統原理圖二

圖2  系統原理圖二(中國制冷網配圖)


    五結論


    以上4.1、4.2的兩種設計雖然解決了設備及管道的汽蝕問題,設備開機時的保護問題,但無法解決回水噪音的問題。4.3雖然工程初投資偏高,且地下水還有2~3度的水溫損失,但很好的解決了系統問題,還杜絕了地下水對熱泵機組及系統管道的腐蝕、磨損等。筆者認為,地下水式熱泵中央空調設計為間接換熱系統較為合理。


    參考文獻


    【1】《采暖通風與空氣調節設計規范》,中國建筑工業出版社2003


    【2】《地源熱泵系統工程技術規范》,中國建筑工業出版社2005


    【3】李先洲李景田主編《暖通空調規范實施手冊》,中國建筑工業出版社2003.8

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