水源热泵技术的设计与实施
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作者: 刘秀梅
摘 要：以水源热泵技术的实用情况，介绍了水源热泵技术在工矿企业应用的设计方法和注意事项。
关键词：水源热泵；设计；实施
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.227
1 概况
梁宝寺煤矿根据所处地理位置和生产的特点，设计由原来的锅炉取暖、空调制冷变为采用水源热泵机组对工业场地内的建筑物空调、采暖、浴室加热、井筒防冻提供冷热源。
由水源热泵机房替代原设计中的锅炉房，来对梁宝寺煤矿工业场区生产、生活区域进行集中供暖或制冷，一是杜绝了矿物燃料燃烧产生的大量污染物，保护了环境；二是水源热泵技术是一项节能技术，相对于锅炉取暖节省大量能源。
2 采暖与空调设计
建筑物冬季室内采暖计算温度：办公室、休息室、等候室、任务交待室、矿灯房等16～18℃，厂房、辅助车间等5～16℃，浴室、更衣室25℃，单身宿舍、住宅18℃，副井口处空气混合温度2℃以上。在行政办公楼、区队办公楼、浴室更衣室、矿灯房联合建筑、食堂多功能厅联合建筑等设置中央空调系统，建筑物内采暖设备主要为风机盘管及新风机组等。在大型工业厂房、辅助车间等可采用低温水暖风机混合采暖方式，工作时间保证室内采暖空调计算温度，非工作时间保证5～10℃设备防冻结温度。冷、热媒均由水源热泵机房供给。空调采暖系统的补水定压采用落地式膨胀水箱，该套设备设置于工业场地水源热泵机房内。
夏季空调系统冷冻水供水温度为7℃，冷冻水回水温度为12℃；冬季空调供水温度为45℃，回水温度为40℃。建筑物空调室内计算温度： 夏季26℃；冬季浴室更衣室为25℃，其余建筑物为16-18℃。
3 供热设计
工业场地浴室内浴池用水淋浴用水由水源热泵机房供给。每班提供热水量：淋浴60m3；池浴50m3；自来水温度以10℃计，加热后水温以40℃计，经计算需热负荷：1570kW。
4 井筒防冻及加热设计
4.1 设计参数
副井井口初期入风量135m3/s，副井井口后期入风量155m3/s，室外历年极端温度平均值-13.1℃，加热后空气温度20℃，井口处空气混合温度2℃以上
4.2 井口防冻耗热量
初期2641.55kW，后期3032.90 kW。根据矿井进风量实际情况，综合考虑到一定的富裕系数、运行稳定性，以及井筒防冻的特殊要求，副井井口初期取LCPA2225R型空气处理机组6台，分别布置在井口两侧的空气加热室内，并在出入口设空气幕。
5 水源设热泵机房设备
5.1 工业场地热（冷）负荷：
供暖热负荷：工业场地3703kW，选煤厂979kW，合计4682kW；空调建筑物夏季冷负荷3000kW，供热热负荷，井筒防冻：初期2641.55kW，后期3032.90kW；浴室供热1570kW；食堂供热400kW。合计：采暖期最大热负荷7942.55kW，非采暖期最大热负荷2189kW，空调建筑物夏季冷负荷3000kW。
5.2 水源热泵机组选型
5.2.1 水源热泵空调系统确定
结合实际用途和运行时间的差异性，主机房联合设置，实际运行分为三个系统。系统1建筑物空调制冷、供暖系统；系统2 生活洗浴热水供应系统；系统3井筒防冻、空气加热系统。
5.2.2 空调系统主机选型
总冷负荷3000kW，总热负荷4682kW；选用螺杆水源热泵机组（Spring-WM-410B-1型）4台，单台制冷量1080kW，耗电功率184kW。夏季制冷只需3台运行，另外1台停机。夏季机组制冷运行的同时，可回收冷凝热2500 kW，回收余热量远大于生活热水所需热负荷，可以满足夏季洗浴热水供应。每小时可以提供45℃热水60t，通过优化设计机房管路系统和控制系统，可以解决生活洗浴热水的热源供应，节约大量能源及并减少运行费用。
5.3 设计方案
本设计方案选用3台Spring-WM-410B-1型和2台Spring-WM-410B-1H型水源热泵机组提供建筑物空调制冷、供暖以及生活洗浴热水供应的冷热源，机组间可互相备用和切换；2台Spring-WM-410B-1型螺杆水源热泵机组提供井筒防冻空气加热的热源，并在管路设计时考虑由系统1的水源热泵机组提供备用保证。
5.4 运行方式
（1）冬季系统1的4台Spring-WM-410B-1型热泵机组全部工作，用于提供采暖热源；系统2 的1台Spring-WM-410B-1H型水源热泵机组工作提供洗浴热水。系统3 的1台Spring-WM-410B-1型螺杆水源热泵机组工作，提供井筒防冻空气加热的热源。
（2）夏季系统1的3台Spring-WM-410B-1型热泵机组工作提供空调冷源，系统设计考虑回收利用空调冷凝余热对洗浴生活水加热，可以提供充足的洗浴生活热水。
（3）春、秋等过度季节由系统2 的1台Spring-WM-410B-1H型水源热泵机组工作，可满足提供洗浴生活热水的要求。
5.5 能耗状况和能耗指标
采用水源热泵机组对工业场地内的建筑物提供采暖、空调以及浴室加热和井筒防冻用热，热源取自矿井回风、矿井水处理站处理后的矿井排水、主副井冻结孔中蕴藏的低温热源，不需要燃烧煤来提供热源，但水源热泵机组需消耗电能。
在工业场地设置锅炉房，考虑管网热损失系数、热负荷同时使用系数以及锅炉燃煤煤种，锅炉房总吨位定为12t/h。选用三台DZL4-1.25-AⅡ型快装水管蒸汽锅炉。采暖期两台运行，非采暖期一台运行。燃用原煤发热量为26.1MJ/kg。
6 结束语
通过采用水源热泵技术，保证了采暖供暖系统有效运行的同时，为我国低温热能技术在煤矿中的使用提供宝贵的借鉴经验和参考资料，丰富和发展了我国的低温热能理论和技术。
作者简介：刘秀梅（1974-），女，主要从事专业技术工作。
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