變頻直接地下水熱泵中央空調的設計探討

　　【中國制冷網】【摘要】本文通過具體的工程實例，闡述了變頻直接地下水熱泵中央空調系統在運行過程中出現的問題，并針對這些問題提出了在設計過程中的幾點建議。

    【關鍵詞】系統變頻保護噪音

    一工程概況

    本項目位于四川某市，共八層，地下一層，地上七層。建筑面積約10000m2，建筑總高度約40m。其中，地下一層為停車庫及設備用房；一層為收費大廳及營業廳；二層為會議室、培訓教室及辦公室；三至五層為辦公室及小型會議室；六、七層為設備室。收費大廳、營業廳、辦公室每天使用8小時。會議室、培訓教室根據情況間隙性使用。六、七樓設備室需24小時使用。該項目有施工降水井八口，單井出水量約為40m3/h，地下水溫夏季約18℃，冬季約15℃。

    二系統簡介

    本項目空調設計冷負荷1050KW，設計熱負荷730KW。系統設計為變頻直接地下水熱泵中央空調系統，系統地下水設計溫差為11℃，所需水量為110m3/h，設置3口取水井，5口回灌井。設備采用地源熱泵分體暗裝盤管機組，每臺機組的地下水回水管設置電磁二通閥，電磁二通閥隨室內風機盤管的啟停而開閉。三臺潛水泵設置一臺變頻器，潛水泵根據系統的壓力變化變頻運行，三臺潛水泵自動切換。系統水平干管及供水立管均采用同程設計，在地下水供水總管上設置旋流除砂器，回水總管上設置電動二通閥，該電動二通閥根據系統的啟停而開閉。

圖1   系統原理圖一（中國制冷網配圖）

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    三系統問題及分析

    3.1回水管水流噪音大

    原因分析：因系統為開式系統，地下水回水在回水主立管內作近似自由落體運動，回水以很快的速度通過管道，與管避的摩擦及水與水的碰撞產生噪音。

    3.2部分熱泵機組及管道腐蝕

    原因分析：因為地下水回水在回水主立管內的流速過快，故其引射作用使部分熱泵機組及管道出現真空狀態，引起汽蝕。

    3.3部分熱泵機組開啟時缺水保護

    原因分析：所有的熱泵機組不是同時運行，先運行的設備少，需要水量小，如需再投入一部分熱泵機組運行時，后投入的設備第一次開啟時出現缺水保護。因為潛水泵根據系統壓力變化變頻運行，當后投入設備開啟時，系統壓力降低，但潛水泵從檢測到壓力變化到水泵變頻運行有時間差。而熱泵機組的電磁閥與室內風機盤管連鎖，當該熱泵機組開啟時，電磁閥立即打開，而熱泵機組的主機沒有延時開啟的功能，故水泵變頻運行與熱泵機組的主機啟動出現了時間差，熱泵機組的主機檢測到地下水量不足，立即缺水保護。但當潛水泵接受信號變頻運行穩定后，再次開啟后投入的設備，即能正常運行。

    3.4系統變頻作用不明顯

    原因分析：地下水熱泵機組的電磁二通閥與室內風機盤管連鎖，當室內溫度達到設定溫度時，該房間的地下水熱泵主機停止運行，此時的室內風機盤管仍然在運行，電磁閥仍然處于開啟狀態，系統的壓力不會因為該房間主機的停止而變化，則潛水泵仍然按原來的頻率運行，沒有起到設計變頻系統的目的。當然，當該房間的空調不使用的時候，電磁閥關閉，此時還是能起到變頻節能的作用。

    四設計建議

    4.1選擇末端的電磁二通閥與熱泵機組主機連鎖的設備，主機開啟時電磁閥先開，主機關閉時電磁閥后關閉。

    4.2如果設計為直接地下水換熱系統，則將系統設計為回水同程，在回水管頂端加一排空管，如圖2。

    4.3建議采用地下水式熱泵中央空調，盡可能設計為間接地下水換熱系統，換熱器將地下水和使用水分為兩個獨立的系統。

圖2  系統原理圖二（中國制冷網配圖）

    五結論

    以上4.1、4.2的兩種設計雖然解決了設備及管道的汽蝕問題，設備開機時的保護問題，但無法解決回水噪音的問題。4.3雖然工程初投資偏高，且地下水還有2~3度的水溫損失，但很好的解決了系統問題，還杜絕了地下水對熱泵機組及系統管道的腐蝕、磨損等。筆者認為，地下水式熱泵中央空調設計為間接換熱系統較為合理。

    參考文獻

    【1】《采暖通風與空氣調節設計規范》，中國建筑工業出版社2003

    【2】《地源熱泵系統工程技術規范》，中國建筑工業出版社2005

    【3】李先洲李景田主編《暖通空調規范實施手冊》，中國建筑工業出版社2003.8

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