摘要：本文著力分析了冷卻塔水源式熱泵空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)障礙，并通過工程實例，論證地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在人防工程中應(yīng)用的可行性，提出了應(yīng)把握的幾個問題，供工程管理和設(shè)計人員參考。

    關(guān)鍵詞：人防工程 空氣源 地下水源 熱泵

    目前，人防工程通常采用的冷卻塔水源式熱泵空調(diào)系統(tǒng)，是以冷卻塔的定量循環(huán)水為中間介質(zhì)，與室外空氣進行熱交換，通過熱泵技術(shù)，將室外空氣中的低位能量轉(zhuǎn)化為高位能量，用于人防工程的防潮除濕，實質(zhì)上屬于空氣源熱泵（air source heat pump.ASHP）系統(tǒng)，致命弱點是受氣候條件制約，夏季制冷效率隨室外大氣溫度的升高而降低，冬季由于室外大氣溫度過低而無法實現(xiàn)制熱，整體效率較低。采用地下水源熱泵（ground water heat pump.GWHP）系統(tǒng)，取消冷卻塔，工程通過熱泵直接與地下水換熱，避免大氣溫度的影響，做到一機兩用，高效節(jié)能，不僅可以滿足夏季人防工程的除濕問題，而且還可以引入地面工程，解決地面工程冬夏兩季的采暖和降溫問題，具有良好的應(yīng)用前景。

    1 技術(shù)論證

    冷卻塔水源式熱泵空調(diào)系統(tǒng)，實質(zhì)上屬于空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)?？諝庠礋岜每照{(diào)系統(tǒng)，低位能量來自于室外空氣，在夏季制冷工況下，熱泵需要用溫度較低的空氣介質(zhì)冷卻冷凝器，把熱量傳給室外空氣，達到制冷的目的，滿足降溫。在冬季制熱工況下，熱泵需要溫度較高的空氣介質(zhì)，帶走蒸發(fā)器的冷量，達到制熱的目的，滿足采暖。然而，大氣溫度的季節(jié)變化自然規(guī)律恰恰與熱泵的季節(jié)期望值相反，夏季室外溫度高，不利于冷卻冷凝器，制冷效率降低；冬季室外大氣溫度低，不利于帶走蒸發(fā)器的冷量，制熱效率降低，整體運行效率較低，這就是空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)無法克服的技術(shù)障礙。人防工程是一個密閉的地下空間，熱泵空調(diào)系統(tǒng)無法直接與室外空氣換熱，只有以定量循環(huán)水為介質(zhì)，通過地面冷卻塔與室外空氣換熱，實現(xiàn)制冷，滿足除濕。但由于夏季室外大氣溫度較高，冷卻塔定量循環(huán)水的溫度也隨之升高，導(dǎo)致熱泵的制冷效率降低。到了冬季，即使選用水-水熱泵機組，也無法實現(xiàn)制熱，局限性很大，所以，冷卻塔水源式熱泵系統(tǒng)仍然無法克服大氣溫度影響的技術(shù)障礙。

    地球是一個巨大的恒溫體，地下水蘊藏著無窮無盡的能量。據(jù)測試，30米以下淺層地下水的溫度常年穩(wěn)定在18℃左右，遠(yuǎn)高于冬季室外大氣溫度，又遠(yuǎn)低于夏季室外大氣溫度，如果人防工程的熱泵空調(diào)系統(tǒng)采用地下水作為低位能源，就可以克服空氣源熱泵的技術(shù)障礙，大大提高了系統(tǒng)的整體效率。此外，夏季，通過熱泵技術(shù)把地下水的低位冷量轉(zhuǎn)化為高位冷量，同時把人防工程的余熱通過回灌技術(shù)傳給地下水；冬季又通過熱泵技術(shù)，把地下水的低位熱量轉(zhuǎn)化為高位熱量，同時通過回灌技術(shù)把冷量傳給地下水，這樣，冷量冬存夏用，熱量夏存冬用，地下水就起到蓄能器的作用，保證空調(diào)系統(tǒng)的常年使用。所以，地下水源熱泵系統(tǒng)，低位能源取之于地下水，熱泵直接與溫度常年穩(wěn)定的地下水換熱，不受大氣溫度的影響，克服了空氣源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)障礙，實現(xiàn)一機兩用，節(jié)約投資，綜合運行費用低，適用于地下水資源豐富地區(qū)的人防工程空調(diào)系統(tǒng)。

    2 工程實例

    開封市某附建式人防工程，采用地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，取消冷卻塔，以豐富的地下水作為低位能源，直接與熱泵機組進行能量交換，實現(xiàn)夏季制冷，冬季制熱，取得滿意的效果。根據(jù)地質(zhì)勘探報告，本工程所處位置，0-3米為沙土，3-15米為亞沙土，15-60米為沙土，60-90米為粉沙，90米以下為沙土。常年地下水位負(fù)3米。由于受黃河地下潛流的影響，地下水由西北流向東南，水源豐富，水質(zhì)良好，易于成井，蘊藏著豐富的地能資源。具備采用地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的基本條件。本工程地下水源熱泵系統(tǒng)由熱泵主機循環(huán)水系統(tǒng)和熱源系統(tǒng)三部分組成。根據(jù)工程的熱濕負(fù)荷計算，熱泵主機選用螺桿式水-水熱泵機組，使用環(huán)保制冷劑HFC-134a，工作壓力低，夏季最大制冷量為582KW，冬季最大制熱量為634KW；

    循環(huán)水系統(tǒng)選用兩臺揚程為50米的立式循環(huán)泵，用一備一，冷水閉路循環(huán)流量77t/h，熱水閉路循環(huán)流量84t/h；地下水系統(tǒng)設(shè)給水井一眼，井深84米，井徑0.3m，回水井兩眼，井深76m，井徑0.3m，井距20m，封井和埋管深度為1 m，潛水泵揚程50m，流量46t/h。地下水溫17.5℃。 經(jīng)測試，夏季制冷工況冷水溫度7-12℃，冬季制熱工況熱水溫度47-56℃，工程內(nèi)溫度和相對濕度均達到設(shè)計要求。

    3 應(yīng)用優(yōu)勢

    實踐證明，地下水源熱泵系統(tǒng)與冷卻塔水源熱泵系統(tǒng)相比，具有以下應(yīng)用優(yōu)勢：

    (1)本系統(tǒng)取消冷卻塔，有利于工程防護，保證戰(zhàn)時空調(diào)系統(tǒng)的正常運行，提高工程的整體防護效能。
    (2) 地下水平均溫差推動力，比冷卻塔水源式高1-2倍，傳熱效率高。
    (3) 地下水溫冬夏季基本恒定，避免了室外大氣溫度對機組的影響。
    (4)夏季制冷能效比(COP值)為1：5，冬季制熱能效比（COP值）為1：4，與其他空調(diào)系統(tǒng)相比，節(jié)能30%-60%。
    (5)整個系統(tǒng)采用水作為傳熱介質(zhì)，熱容大，密度高，熱損小。 
    (6)低位能源水取之于地下，又等量回灌地下， 沒有大氣污染，具有良好的環(huán)保效益。
    (7)本系統(tǒng)不僅可以解決人防工程的夏季除濕，平時，還可以將冷熱水引入地面工程，解決地面工程的降溫和采暖問題，實現(xiàn)一機兩用，節(jié)約投資。

    4 應(yīng)把握的幾個問題

    4.1重視水文地質(zhì)調(diào)查。采用地下水源熱泵技術(shù)時，必須先進行水文地質(zhì)情況調(diào)查，要有豐富的地下水資源， 適用原則是：水量充足，水溫適宜，水質(zhì)良好，供水穩(wěn)定，回灌可靠，成井費用適中。

    4.2優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。要嚴(yán)格計算熱濕負(fù)荷，流動阻力，合理確定主機功率和循環(huán)泵揚程，利用變頻裝置提高地下水的利用率，減少常規(guī)循環(huán)系統(tǒng)的動力消耗。

    4.3 重視水井設(shè)計。

    (1)根據(jù)水文地質(zhì)情況，合理確定給水井和回水井的井深、井徑、井距，可以一給多回，保證熱源水全部回灌，不得污染。
    (2)給水井要設(shè)在地下水流向的上方，回水井設(shè)在地下水流向的下方。對于地下水流速緩慢的地區(qū)，回水井要設(shè)在給水井降水漏斗曲線影響范圍之內(nèi)。
    (3)為了延長水井壽命，給水井和回水井可以互換使用。

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