被動(dòng)式冷卻塔補(bǔ)熱系統(tǒng)在貴州夏涼冬冷地區(qū)的運(yùn)用與探討

羅登云

摘要：隨著國(guó)家對(duì)淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用越來(lái)越重視，地埋管式地源熱泵在各個(gè)地區(qū)均得到了廣泛的運(yùn)用，但系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中尤其是在夏涼冬冷地區(qū)的運(yùn)用中存在冷堆積問(wèn)題，而被動(dòng)式冷卻塔補(bǔ)熱系統(tǒng)，通過(guò)空氣與水的熱濕交換使水溫升高，并將熱量帶回地下，以較小的能量消耗實(shí)現(xiàn)向地下土壤補(bǔ)熱的目的。值得大力推廣。

關(guān)鍵詞：地源熱泵，冷堆積，冷卻塔、補(bǔ)熱系統(tǒng)。

前言：就解決地源熱泵系統(tǒng)冷堆積問(wèn)題。目前行業(yè)內(nèi)的方法有多種，如采用燃?xì)忮仩t、風(fēng)冷熱泵，太陽(yáng)能、冷卻塔與系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合，對(duì)地埋系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)熱。其中冷卻塔被動(dòng)式補(bǔ)熱系統(tǒng)因所需要的能耗少，總體造價(jià)較低。綜合性?xún)r(jià)比高，因此本項(xiàng)目選擇此系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)熱設(shè)計(jì)。

項(xiàng)目基本情況介紹

項(xiàng)目位于貴州省西部城市六盤(pán)水市，項(xiàng)目類(lèi)型為居民住宅小區(qū)，包括24棟住宅樓、1棟社區(qū)服務(wù)中心及1棟幼兒園，共計(jì)26棟建筑，總建筑面積67412.74平方米，暖通面積為50049平方米;制熱總負(fù)荷為4950KW，制冷總負(fù)荷為4734KW;夏季室外干球溫度9.3℃，冬季室外干球溫度1.4℃;項(xiàng)目采用土壤源熱泵系統(tǒng)技術(shù)為建筑物提供熱源。根據(jù)前期熱物性測(cè)試計(jì)劃出地下土壤初始溫度為14.5℃。

由于項(xiàng)目樓宇較多，整個(gè)項(xiàng)目分設(shè)系統(tǒng)A和系統(tǒng)B兩個(gè)系統(tǒng)，共設(shè)置地埋換熱井840口，分布于項(xiàng)目的綠化帶地下，換熱井直徑150mm，井深120-130m，換熱井內(nèi)采用管徑為De32的PE雙U型地源熱泵專(zhuān)用管材。地埋井通過(guò)所在區(qū)域的二級(jí)集水器匯集，再輸送至機(jī)房?jī)?nèi)的一級(jí)集水器，系統(tǒng)A和系統(tǒng)B分別通過(guò)3臺(tái)臥式離心水泵（兩用一備）形成閉合循環(huán)回路，地源熱泵機(jī)房設(shè)置在園區(qū)內(nèi)的專(zhuān)門(mén)地下室機(jī)房，系統(tǒng)A和B分別設(shè)置3臺(tái)螺桿式熱泵機(jī)組，共計(jì)6臺(tái)，單臺(tái)額定制冷量、制熱量分別為1287.3kW和1339.8kW。室內(nèi)系統(tǒng)采用一次泵變流量形式，循環(huán)水泵采用變頻臥式離心水泵。

項(xiàng)目取熱及排熱情況分析

在考慮全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩砑皻夂蚯闆r，項(xiàng)目冬季供暖考慮120天，住宅樓每日供暖時(shí)間段為下午17：00—次日上午9：00，共計(jì)供暖時(shí)長(zhǎng)為16小時(shí)，夏季制冷60天，每日供冷時(shí)間段為上午8：00—下午18：00，共計(jì)10小時(shí)，通過(guò)使用GLD地源熱泵計(jì)算軟件進(jìn)行模擬，系統(tǒng)冬季年總?cè)崃?504000KWH，系統(tǒng)年總排熱量2840400KWH，由此推算可得系統(tǒng)每年需向地下取熱6663600KWH。根據(jù)熱平衡原理，若地下熱量得不到有效補(bǔ)充，勢(shì)必會(huì)造成埋管區(qū)域地下溫度大幅降低，進(jìn)而影響系統(tǒng)的運(yùn)行能效，嚴(yán)重的將導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

被動(dòng)式冷卻塔補(bǔ)熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)節(jié)約項(xiàng)目投資成本，本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行了充分的比選，最終考慮了經(jīng)濟(jì)合理的冷卻塔設(shè)備作為補(bǔ)熱系統(tǒng)，利用冷卻塔水循環(huán)進(jìn)行系統(tǒng)的補(bǔ)熱，從而保證系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性。

冷卻塔作為傳統(tǒng)散熱設(shè)備，通常項(xiàng)目是將高溫?zé)崴械臒崃可l(fā)到空氣中，運(yùn)行時(shí)循環(huán)水溫要比空氣濕球溫度低2℃—3℃，結(jié)合地區(qū)夏季氣候情況，冷卻塔運(yùn)行時(shí)氣溫≥20℃，地埋管供水溫度為14.5℃，結(jié)合當(dāng)?shù)厥彝鈿鉁氐淖兓紤]3℃的溫差。冷卻塔地埋側(cè)的進(jìn)出水溫度為14.5℃/17.5℃。

按照3℃溫差計(jì)算，若要滿(mǎn)足補(bǔ)充6663600KWH熱量，冷卻塔需要選用流量在1000—1200m3/h，才能滿(mǎn)足補(bǔ)熱需求，因此項(xiàng)目選擇了4臺(tái)流量300m3/h冷卻塔，安裝在住宅樓頂，參數(shù)及設(shè)計(jì)圖紙?jiān)斠?jiàn)下圖。

補(bǔ)熱系統(tǒng)效果測(cè)試

項(xiàng)目于2019年6月竣工，同年冬季投入使用，使用時(shí)長(zhǎng)為138天，冬季制熱運(yùn)行完后，根據(jù)本系統(tǒng)安裝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)，地下溫度由系統(tǒng)建成時(shí)的初始溫度14.5℃降至冬季制熱完成后的14.0℃。在未開(kāi)機(jī)制冷前，對(duì)補(bǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。首先調(diào)節(jié)相應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)啟與關(guān)閉，開(kāi)啟地源側(cè)水泵1臺(tái)，開(kāi)啟4臺(tái)補(bǔ)熱用冷卻塔，冷卻塔自動(dòng)運(yùn)行，測(cè)試計(jì)劃累計(jì)運(yùn)行240h，耗電量（5*4+80）*240=2400KWH，累計(jì)補(bǔ)熱63408KWH，測(cè)試結(jié)束后，通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)反饋，埋管區(qū)域地溫恢復(fù)到14.2℃。證明了補(bǔ)熱的效果十分顯著。

結(jié)論

本項(xiàng)目通過(guò)使用冷卻塔被動(dòng)式補(bǔ)熱系統(tǒng)，保障了地源熱泵系統(tǒng)后期的正常穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命起到了至關(guān)重要的作用。其次解決了系統(tǒng)的冷堆積問(wèn)題，對(duì)于貴州西部六盤(pán)水、畢節(jié)等夏涼冬冷地區(qū)地源熱泵的運(yùn)用起到了十分重要的保障。解決了本地區(qū)地源熱泵發(fā)展的技術(shù)難題，同時(shí)也證明了被動(dòng)式冷卻塔補(bǔ)熱系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)可行性，為今后類(lèi)似項(xiàng)目的推廣運(yùn)用提供了切實(shí)依據(jù)。

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