湖水源热泵系统技术及应用

自湖水源热泵系统出现,经过了大量的科学研究与工程应用后,该系统已经获得了长足的发展,并逐渐成为一种安全、可靠、稳定的供暖空调系统,与空气源热泵系统相比,系统效率具有一定的优势,同时也具有明显的经济、环保效益。然而,从长远发展的眼光来看,湖水源热泵系统的发展又存在很大的局限性,最主要的问题就是该系统对地理自然环境的依赖性过高,传统意义上的湖水资源相比空气、江、河、海等水体资源,分布过于集中,且资源总量小,绝大部分地区没有湖泊,相比地下水与城市污水来说,其分布普遍比较偏远,往往人口密集区难以存在大型湖泊水体,同时湖水温度冬季偏低、夏季偏高,效率较低。纵观前人的科学研究与工程应用,绝大部分湖水源热泵系统工程应用案例均处于夏热冬冷地区或温和地区,对于寒冷地区低温湖水源热泵系统的研究与应用则相对较少,这也加深了湖水源热泵系统应用发展的局限性。

寒冷地区主要是指冬季最冷月份平均温度在0～－10℃,该区域的湖水冬季将封冻,冰层以下湖水温度最低将达到1～3℃,因此寒冷地区湖水源热泵系统与传统湖水源热泵系统的主要差异是最不利工况下湖水温度过低,从此类水体(水温已经接近冰点)中取热极易造成湖水结冰,冻裂换热铜管,造成无可挽回的损失。由此开发低温湖水源热泵系统需考虑到如下四个关键问题:

(1)传统水源热泵机组运行工况冬季最低进水温度为15～18℃,而低温湖水源热泵机组冬季最不利工况进水温度为1～3℃,尽管当前热泵机组都采用螺杆式半封闭式压缩机,此类压缩机具有对工况变化适应性强,压缩比变化范围大等优势,可以达到运行条件,但机组的效率及运行稳定性无法得到保证。应根据低温湖水的特殊工况,对整个热泵机组的四大件及其他附属设备进行重新匹配,进行系统性优化,研制出低温湖水工况的专用高效热泵机组。

(2)基于传统的地表水源热泵系统形式,充分考虑寒区低温湖水源热泵系统的特点及运行特征,从系统构成、输送管线、设备匹配、智能控制等多个方面进行针对性改良,构成一套新型低温湖水源热泵系统工艺。(www.xing528.com)

(3)低温湖水源热泵系统与传统水源热泵系统最显著的差异为源的水温过低,水体取热温差受上限水温的限制,系统换热过程呈小温差、大流量的特征,当系统处于最不利工况下运行时,取热温差仅有1～2℃,需解决低温防冻与高效换热两大问题。

(4)系统效率的衰减,必将导致能耗及初投资的上升。因此,能耗及经济性也成为影响系统推广应用的重要因素。