2008年內(nèi)蒙古自治區(qū)承擔國家科技支撐計劃項目概況——寒干旱地區(qū)水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)研發(fā)

　　一、項目主要內(nèi)容

　　所謂的水(地)源熱泵空調(diào)系統(tǒng)區(qū)別其它空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)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(zhì)不斷傳遞、積累，達到空氣調(diào)節(jié)的目的。那么在運轉(zhuǎn)過程中地下水上下循環(huán)，怎樣進行循環(huán)？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(huán)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(tǒng)成敗關(guān)鍵在室外冷熱源系統(tǒng)的設(shè)計和研發(fā)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(tǒng)來作為水(地)源熱泵的保障系統(tǒng)。其次就是在系統(tǒng)可運行的基礎(chǔ)上進一步提高機組的COP值，以達到進一步節(jié)能的目的。至于末端系統(tǒng)它需要注意的是循環(huán)系統(tǒng)的平衡和水(地)源熱泵作為冬季供暖的熱源，它相對傳統(tǒng)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)也是水(地)源熱泵發(fā)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(tǒng)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(guī)律，又提高了舒適度。這在供熱時間半年以上的高寒地區(qū)尤為顯得重要。使人們在半年供暖時間內(nèi)不會受到風機噪音的影響。但水(地)源熱泵末端雙系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)熱源的末端雙系統(tǒng)設(shè)計，特別是高層建筑，由于循環(huán)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(qū)的形式處理就必然采取換熱裝置進行隔離，勢必產(chǎn)生換熱裝置的溫降，這對于本來就相對傳統(tǒng)熱源出水溫度偏低的水(地)源熱泵系統(tǒng)是十分嚴重的。所以在水(地)源熱泵系統(tǒng)末端雙系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換上進行研究也是有必要的。

　　二、項目實施的創(chuàng)新點

　　(1)、解決提取能量后水的調(diào)節(jié)及回灌問題。實現(xiàn)大面積區(qū)域式采用水(地)源熱泵系統(tǒng)的抽、回灌深井1：1～1：2左右的回灌。這是目前應(yīng)解決的水(地)源熱泵的關(guān)鍵技術(shù)。

　　(2)、解決自然回灌中的氣堵與砂堵問題，實現(xiàn)100%的回灌率。

　　(3)、解決大面積區(qū)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(tǒng)，區(qū)域內(nèi)地下水或土壤溫度失衡，致使系統(tǒng)效率降低甚至在不加輔助設(shè)施時將無法正常運行的問題。實現(xiàn)對地溫熱平衡的調(diào)節(jié)，使其在當年內(nèi)得以恢復。

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

　　(5)、解決高、干旱地區(qū)機組的低溫啟動問題。

　　(6)、解決群井的合理優(yōu)化布控間距及合理采集量的問題。

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

　　三、項目預期的經(jīng)濟技術(shù)指標

　　1、在內(nèi)蒙古科技創(chuàng)新園水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中實現(xiàn)多井自控調(diào)節(jié)和末端雙系統(tǒng)合理轉(zhuǎn)換。保證正常供暖制冷的前提下確證100%回灌率。運行經(jīng)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(xiàn)室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)，運行費用每平方米每月不超過1.6元。并應(yīng)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(qū)域內(nèi)地下水的水溫、水量。保證正常供暖制冷按經(jīng)濟指標運行，確保100%回灌率的前提下。調(diào)試試驗回灌調(diào)節(jié)裝置，使抽水和回灌深井的比例向1：1靠近。并實際應(yīng)用測試所生產(chǎn)的熱泵機組。3、根據(jù)科技創(chuàng)新園和科技城應(yīng)用測試主機實際使用運行數(shù)據(jù),研發(fā)中試高寒干旱地區(qū)的水(地)源熱泵機組，提高COP值，研發(fā)出適合高寒干旱地區(qū)特點的水(地)源熱泵機組。4、在內(nèi)蒙古科技城內(nèi)較大面積水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中實現(xiàn)群井組合自控調(diào)節(jié)。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(yīng)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(chuàng)新園多井自控調(diào)節(jié)采暖制冷雙系統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用)：計劃實施年限一年半。設(shè)計、改進、安裝符合內(nèi)蒙古科技創(chuàng)新園地質(zhì)及外部條件的制冷制熱空調(diào)系統(tǒng)。進一步節(jié)能和提高舒適度，研發(fā)水的回灌和水井自控調(diào)節(jié)及末端雙系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換控制問題。第二階段(水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)回灌調(diào)節(jié)裝置的研發(fā))：計劃實施年限兩年。在科技城區(qū)域內(nèi)水(地)源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中。解決自然回灌中的氣堵與砂堵問題，研發(fā)中試水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)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(nèi)水資源情況，為進駐科技城的各單位消除顧慮，使后續(xù)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(qū)可再生能源工程中心，研發(fā)中試適合高寒干旱地區(qū)的水(地)源熱泵機組)：計劃實施年限四年。根據(jù)科技創(chuàng)新園主機試驗改造后實際使用運行數(shù)據(jù),重點研制適合高寒干旱地區(qū)的水(地)源熱泵機組，提高COP值，解決高、干旱地區(qū)機組的低溫啟動問題。第四階段(區(qū)域性較大面積群井組合自控調(diào)節(jié)水(地)源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用)：計劃實施年限四年。在內(nèi)蒙古科技城內(nèi)較大面積水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中。室外冷熱源系統(tǒng)采用群井組合調(diào)節(jié)，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(nèi)得到恢復。以保證地源熱泵系統(tǒng)能夠長期的運行穩(wěn)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(yīng)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(diào)節(jié)采暖制冷雙系統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用”

　　室外冷熱源井已設(shè)計鉆探完畢，通過大量的抽回灌試驗，已達到設(shè)計要求。于2007年12月對相關(guān)設(shè)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(tǒng)的初步設(shè)計，待建筑物具備條件既可進入安裝試驗調(diào)試階段。

　　課題二“水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)回灌調(diào)節(jié)裝置的研發(fā)”

　　目前，地勘及冷熱源相關(guān)手續(xù)已經(jīng)辦理，整個課題的初步設(shè)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(fā)中試高寒干旱地區(qū)水(地)源熱泵機組”

　　研發(fā)中試所需要的基礎(chǔ)設(shè)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(guān)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(shù)據(jù)。完善研發(fā)及中試的基礎(chǔ)設(shè)施工作也在進行當中。