内蒙古寒干旱地区水源热泵空调系统研发

2008年内蒙古自治区承担国家科技支撑计划项目概况——寒干旱地区水源热泵空调系统研发。

一、项目主要内容

所谓的水(地)源热泵空调系统区别其它空调系统的关键是它的“地源”上，它在冬季将地下水的热量置换上来向建筑物供暖，在夏季将建筑物的热量传递到地下。在运行过程中能量通过水作为介质不断传递、积累，达到空气调节的目的。那么在运转过程中地下水上下循环，怎样进行循环?抽上来的水能否回灌到原来的地层，这是水(地)热泵所必须解决的问题，若回灌不到原来的地层，这将引起水环境的变化，在水资源管理上称之为“污染”。若回灌率达不到100%直接排掉，这将是水资源的浪费，是绝对不允许的。那么一个系统成败关键在室外冷热源系统的设计和研发上。首先必须有一个良好的合理的切实可行的室外冷热源系统来作为水(地)源热泵的保障系统。其次就是在系统可运行的基础上进一步提高机组的COP值，以达到进一步节能的目的。至于末端系统它需要注意的是循环系统的平衡和水(地)源热泵作为冬季供暖的热源，它相对传统热源出水温度较低的问题，若以提高机组的出水温度为途径，将加大机组的生产成本。若采取小温差大流量的形式，将加大耗能。在我们的试验实践中发现也是水(地)源热泵发明之初的做法，在末端采用地板辐射的方式供暖，它基本解决了它相对传统热源出水温度较低的问题。在以人为本的今天在末端采用地板辐射供暖，采用风机盘管制冷。它既符合热传递的规律，又提高了舒适度。这在供热时间半年以上的高寒地区尤为显得重要。使人们在半年供暖时间内不会受到风机噪音的影响。但水(地)源热泵末端双系统不同于传统热源的末端双系统设计，特别是高层建筑，由于循环压力的加大底层的盘管强度将受到考验，随着时间的推移，盘管的疲劳强度达到极限，将会使盘管遭到破坏。达不到使用寿命的要求。若采取分高低区的形式处理就必然采取换热装置进行隔离，势必产生换热装置的温降，这对于本来就相对传统热源出水温度偏低的水(地)源热泵系统是十分严重的。所以在水(地)源热泵系统末端双系统的转换上进行研究也是有必要的。

二、项目实施的创新点

(1)、解决提取能量后水的调节及回灌问题。实现大面积区域式采用水(地)源热泵系统的抽、回灌深井1：1～1：2左右的回灌。这是目前应解决的水(地)源热泵的关键技术。

(2)、解决自然回灌中的气堵与砂堵问题，实现100%的回灌率。

(3)、解决大面积区域式且长期提取冷热能不均衡情况下采用水(地)源热泵系统，区域内地下水或土壤温度失衡，致使系统效率降低甚至在不加辅助设施时将无法正常运行的问题。实现对地温热平衡的调节，使其在当年内得以恢复。

(4)、解决进一步节能和提高舒适度，供暖和制冷分别采用两套末端系统后相关的控制和低成本规模化问题。

(5)、解决高、干旱地区机组的低温启动问题。

(6)、解决群井的合理优化布控间距及合理采集量的问题。

(7)、根据大面积区域式各种不同使用功能的要求，科学合理的配置网络程序及智能化控制。

三、项目预期的经济技术指标

在内蒙古科技创新园水源热泵空调系统中实现多井自控调节和末端双系统合理转换。保证正常供暖制冷的前提下确证100%回灌率。运行经济指标为：冬季室温达到20℃,运行费用每平方米每月不超过2.8元夏季制冷实现室内空气调节，运行费用每平方米每月不超过1.6元。并应用测试改造后的热泵机组。2、按科技城地下水的分布情况，初步掌握此区域内地下水的水温、水量。保证正常供暖制冷按经济指标运行，确保100%回灌率的前提下。调试试验回灌调节装置，使抽水和回灌深井的比例向1：1靠近。并实际应用测试所生产的热泵机组。3、根据科技创新园和科技城应用测试主机实际使用运行数据,研发中试高寒干旱地区的水(地)源热泵机组，提高COP值，研发出适合高寒干旱地区特点的水(地)源热泵机组。4、在内蒙古科技城内较大面积水源热泵空调系统中实现群井组合自控调节。在保证100%回灌率的前提下，抽水井与回灌深井的比例预计在1：1～1：2左右。并进行较大面积热泵主机的实际应用测试，以进一步完善热泵机组。

项目预计四年完成，计划分四个阶段(即四个课题)实施完成。第一阶段该(科技创新园多井自控调节采暖制冷双系统水源热泵系统的研发应用)：计划实施年限一年半。设计、改进、安装符合内蒙古科技创新园地质及外部条件的制冷制热空调系统。进一步节能和提高舒适度，研发水的回灌和水井自控调节及末端双系统的转换控制问题。第二阶段(水源热泵空调系统回灌调节装置的研发)：计划实施年限两年。在科技城区域内水(地)源热泵空调系统中。解决自然回灌中的气堵与砂堵问题，研发中试水源热泵空调系统回灌装置，使抽、回灌深井比例向1：1靠近。同时勘探掌握科技城范围内水资源情况，为进驻科技城的各单位消除顾虑，使后续项目能够顺利完成。第三阶段(为了更好的实施该项目，成立自治区可再生能源工程中心，研发中试适合高寒干旱地区的水(地)源热泵机组)：计划实施年限四年。根据科技创新园主机试验改造后实际使用运行数据,重点研制适合高寒干旱地区的水(地)源热泵机组，提高COP值，解决高、干旱地区机组的低温启动问题。第四阶段(区域性较大面积群井组合自控调节水(地)源热泵空调系统的研发应用)：计划实施年限四年。在内蒙古科技城内较大面积水源热泵空调系统中。室外冷热源系统采用群井组合调节，在不加任何辅助热源的情况下使地下土壤或水的温度能够在当年内得到恢复。以保证地源热泵系统能够长期的运行稳定，从而延长其使用寿命。并进行热泵主机的较大面积实际应用测试，以进一步完善热泵机组。在保证 100%回灌率的前提下，抽水井与回灌深井的比例预计在1：1～1：2左右。

四、项目进展情况：

课题一“多井自控调节采暖制冷双系统水源热泵系统研发应用”

室外冷热源井已设计钻探完毕，通过大量的抽回灌试验，已达到设计要求。于2007年12月对相关设备厂家进行了实地考察，在2008年5月又实际工程进行了重点考察。完成了系统的初步设计，待建筑物具备条件既可进入安装试验调试阶段。

课题二“水源热泵空调系统回灌调节装置的研发”

目前，地勘及冷热源相关手续已经办理，整个课题的初步设计方案已完成，前期工作已逐步展开，待建筑完成后进入试验阶段。

课题三“研发中试高寒干旱地区水(地)源热泵机组”

研发中试所需要的基础设备仪器均已考察完备，并从2008年12月开始，利用最寒冷的天气对于相关的机组做了一冬天的高寒低温启动及运行实验。获取了大量的试验数据。完善研发及中试的基础设施工作也在进行当中。