內蒙古寒干旱地區水源熱泵空調系統研發

　　2008年內蒙古自治區承擔國家科技支撐計劃項目概況——寒干旱地區水源熱泵空調系統研發

　　一、項目主要內容

　　所謂的水(地)源熱泵空調系統區別其它空調系統的關鍵是它的“地源”上，它在冬季將地下水的熱量置換上來向建筑物供暖，在夏季將建筑物的熱量傳遞到地下。在運行過程中能量通過水作為介質不斷傳遞、積累，達到空氣調節的目的。那么在運轉過程中地下水上下循環，怎樣進行循環？抽上來的水能否回灌到原來的地層，這是水(地)熱泵所必須解決的問題，若回灌不到原來的地層，這將引起水環境的變化，在水資源管理上稱之為“污染”。若回灌率達不到100%直接排掉，這將是水資源的浪費，是絕對不允許的。那么一個系統成敗關鍵在室外冷熱源系統的設計和研發上。s*先必須有一個良好的合理的切實可行的室外冷熱源系統來作為水(地)源熱泵的保障系統。其次就是在系統可運行的基礎上進一步提高機組的COP值，以達到進一步節能的目的。至于末端系統它需要注意的是循環系統的平衡和水(地)源熱泵作為冬季供暖的熱源，它相對傳統熱源出水溫度較低的問題，若以提高機組的出水溫度為途徑，將加大機組的生產成本。若采取小溫差大流量的形式，將加大耗能。在我們的試驗實踐中發現也是水(地)源熱泵發明之初的做法，在末端采用地板輻射的方式供暖，它基本解決了它相對傳統熱源出水溫度較低的問題。在以人為本的今天在末端采用地板輻射供暖，采用風機盤管制冷。它既符合熱傳遞的規律，又提高了舒適度。這在供熱時間半年以上的高寒地區尤為顯得重要。使人們在半年供暖時間內不會受到風機噪音的影響。但水(地)源熱泵末端雙系統不同于傳統熱源的末端雙系統設計，特別是高層建筑，由于循環壓力的加大底層的盤管強度將受到考驗，隨著時間的推移，盤管的疲勞強度達到極限，將會使盤管遭到破壞。達不到使用壽命的要求。若采取分高低區的形式處理就必然采取換熱裝置進行隔離，勢必產生換熱裝置的溫降，這對于本來就相對傳統熱源出水溫度偏低的水(地)源熱泵系統是十分嚴重的。所以在水(地)源熱泵系統末端雙系統的轉換上進行研究也是有必要的。

　　二、項目實施的創新點

　　(1)、解決提取能量后水的調節及回灌問題。實現大面積區域式采用水(地)源熱泵系統的抽、回灌深井1：1～1：2左右的回灌。這是目前應解決的水(地)源熱泵的關鍵技術。

　　(2)、解決自然回灌中的氣堵與砂堵問題，實現100%的回灌率。

　　(3)、解決大面積區域式且長期提取冷熱能不均衡情況下采用水(地)源熱泵系統，區域內地下水或土壤溫度失衡，致使系統效率降低甚至在不加輔助設施時將無法正常運行的問題。實現對地溫熱平衡的調節，使其在當年內得以恢復。

　　(4)、解決進一步節能和提高舒適度，供暖和制冷分別采用兩套末端系統后相關的控制和低成本規模化問題。

　　(5)、解決高、干旱地區機組的低溫啟動問題。

　　(6)、解決群井的合理優化布控間距及合理采集量的問題。

　　(7)、根據大面積區域式各種不同使用功能的要求，科學合理的配置網絡程序及智能化控制。

　　三、項目預期的經濟技術指標

　　1、在內蒙古科技創新園水源熱泵空調系統中實現多井自控調節和末端雙系統合理轉換。保證正常供暖制冷的前提下確證100%回灌率。運行經濟指標為：冬季室溫達到20℃,運行費用每平方米每月不超過2.8元；夏季制冷實現室內空氣調節，運行費用每平方米每月不超過1.6元。并應用測試改造后的熱泵機組。2、按科技城地下水的分布情況，初步掌握此區域內地下水的水溫、水量。保證正常供暖制冷按經濟指標運行，確保100%回灌率的前提下。調試試驗回灌調節裝置，使抽水和回灌深井的比例向1：1靠近。并實際應用測試所生產的熱泵機組。3、根據科技創新園和科技城應用測試主機實際使用運行數據,研發中試高寒干旱地區的水(地)源熱泵機組，提高COP值，研發出適合高寒干旱地區特點的水(地)源熱泵機組。4、在內蒙古科技城內較大面積水源熱泵空調系統中實現群井組合自控調節。在保證100%回灌率的前提下，抽水井與回灌深井的比例預計在1：1～1：2左右。并進行較大面積熱泵主機的實際應用測試，以進一步完善熱泵機組。

　　項目預計四年完成，計劃分四個階段(即四個課題)實施完成。第一階段該(科技創新園多井自控調節采暖制冷雙系統水源熱泵系統的研發應用)：計劃實施年限一年半。設計、改進、安裝符合內蒙古科技創新園地質及外部條件的制冷制熱空調系統。進一步節能和提高舒適度，研發水的回灌和水井自控調節及末端雙系統的轉換控制問題。第二階段(水源熱泵空調系統回灌調節裝置的研發)：計劃實施年限兩年。在科技城區域內水(地)源熱泵空調系統中。解決自然回灌中的氣堵與砂堵問題，研發中試水源熱泵空調系統回灌裝置，使抽、回灌深井比例向1：1靠近。同時勘探掌握科技城范圍內水資源情況，為進駐科技城的各單位消除顧慮，使后續項目能夠順利完成。第三階段(為了更好的實施該項目，成立自治區可再生能源工程中心，研發中試適合高寒干旱地區的水(地)源熱泵機組)：計劃實施年限四年。根據科技創新園主機試驗改造后實際使用運行數據,重點研制適合高寒干旱地區的水(地)源熱泵機組，提高COP值，解決高、干旱地區機組的低溫啟動問題。第四階段(區域性較大面積群井組合自控調節水(地)源熱泵空調系統的研發應用)：計劃實施年限四年。在內蒙古科技城內較大面積水源熱泵空調系統中。室外冷熱源系統采用群井組合調節，在不加任何輔助熱源的情況下使地下土壤或水的溫度能夠在當年內得到恢復。以保證地源熱泵系統能夠長期的運行穩定，從而延長其使用壽命。并進行熱泵主機的較大面積實際應用測試，以進一步完善熱泵機組。在保證100%回灌率的前提下，抽水井與回灌深井的比例預計在1：1～1：2左右。

　　四、項目進展情況：

　　課題一“多井自控調節采暖制冷雙系統水源熱泵系統研發應用”

　　室外冷熱源井已設計鉆探完畢，通過大量的抽回灌試驗，已達到設計要求。于2007年12月對相關設備廠家進行了實地考察，在2008年5月又實際工程進行了重點考察。完成了系統的初步設計，待建筑物具備條件既可進入安裝試驗調試階段。

　　課題二“水源熱泵空調系統回灌調節裝置的研發”

　　目前，地勘及冷熱源相關手續已經辦理，整個課題的初步設計方案已完成，前期工作已逐步展開，待建筑完成后進入試驗階段。

　　課題三“研發中試高寒干旱地區水(地)源熱泵機組”

　　研發中試所需要的基礎設備儀器均已考察完備，并從2008年12月開始，利用z*寒冷的天氣對于相關的機組做了一冬天的高寒低溫啟動及運行實驗。獲取了大量的試驗數據。完善研發及中試的基礎設施工作也在進行當中。