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2017年暖通空调创新应用奖获奖项目介绍 ——丰电阳光开米万盛国际办公楼

发布时间:2018-03-28     来源:丰电阳光     分类:地热能运用     点击数:0

 


项目背景

        城市综合体包括一座五星级酒店、二座高级公寓和商业中心,建筑面积为35万平面。含水层储能/地下水源热泵技术采用旨在解决综合体的供冷和供热,造就一个高舒适、低能耗的社区。项目地处西安高新区科技一路和沣惠南路交界处,有合适的含水层,水力坡度小,适合冷热能的储能,但含水层其本是由老黄土细砂交错的岩性,钻进、成井极为困难,地下水的回灌也难以回灌,被视为回灌的禁区。若采用地下水能源系统,必需在技术和工艺有所突破与创新。作为项目的先期,我们对原中科院地球环境研究所的暖通系统的冷热源用含水层储能技术进行改造,目的:

1. 是展示含水层储能新技术、新工艺的可行性,尤其是解决国内普遍存在的地下水回灌难的问题。

2. 地质勘探、钻进和成井工艺试验,为正式项目提供设计和施工依据。

 

                               (a)夏季流程              (b)冬季流程

图1.含水层储能基本原理

含水层储能

浅层的地下环境温度是冬暖夏凉,适合暖通空调系统的冷热能的储存。在冬季,从“热井”抽出的热的地下水经过热泵向建筑物供热,释放热量后的地下水变冷,然后回灌至“冷井”供夏季供冷。整个冬季供热过程,“热井”周边的热水体由大变小,而“冷井”周边的冷水体由小变大。而到了夏季,可以利用冬季回灌至“冷井”的冷量,从“冷井”抽出的冷的地下水经过换热器向建筑直接供冷,释放冷量后的地下水变热,然后回灌至“热井”供冬季供热。整个夏季供冷过程,“冷井”周边的冷水体由大变小,而“热井”周边的热水体由小变大。这样,整个过程周而复始,含水层储能实现了“冬冷夏用”、“夏热冬用”的季节性储能。

与地下水源热泵系统相比,它们间的不同点:

1. 含水层储能对回灌的温度有一定要求,需要控制回灌温度,兼顾全年的能效。对供冷而言,需要冬季回灌温度越低越好,以保证回灌冷量夏季以后能直接供冷,即通常所说的免费供冷;对于供热,由于供热要求的温度高,一般还得用热泵来提升温度。而地下水源热泵一般对回灌的温度不作控制,夏天也是通过热泵供冷;

2. 含水层储能需要根据冷热需求量精心设计储能系统,基于“量入而出”的原则,需要精心计算存取冷热量,并根据含水层的性质和井群的布置模拟和核算含水层冷热储存和释放的特性和温度响应特性,见图例;而地下水源热泵则利用的是地下水的自然温度,通常是冬暖夏凉,通常认为是源,则取之不尽,用之不竭的冷热源。但事实上,一旦进行地下水回灌,含水层的温度场就会受到影响。

相同点是:

1. 从地质环境和水资源保护角度而言,二者都需要抽灌地下水,而且是地下水的全面回灌,对地质环境的影响也一样。

2. 二者都会采用热泵,即当含含水层储能直接供冷供热不到温度需求时,含水层储能也会使用热泵。

当然,含水层储能和地下水源热泵如此相似,涉及的学科之多,即使业内资深专家有时也难以分辨二者的差异。一些含水层储能的理念和做法也逐渐渗透到地下水源热泵中去,如地下水的全面回灌、地下全年的冷热平衡等等。而含水层储热也往往会用到热泵进行供热升温。因此,有时业内将含水层储能称为地下水源热泵的升级版。

含水层储能/热泵系统特点

1. 成井工艺:采用先进的全液压顶驱气举反循环车载钻机,进行清水钻进,井深为180米;采用高强度的UPVC井管和滤水管,直径为315mm。滤水管与钻孔壁充以与含水层砂粒径相级配的石英砂滤料,并用高质量的粘土球进行严格封井,以防异物的侵入。根据当地的地质环境要求,取水段在地下50米以下。井水的泥砂含量小于20亿分之小,远低于国家标准的20万分之一。

2. 地下水系统:采用全密封的地下水对井系统,即一口“热井”和一口“冷井”,相距50米,单井出水量为45m3/h。并防止外界空气渗入,系统维持一定的压力。整个管路采用不锈钢、PE和UPVC等耐腐、给水级材料,保护地下水资源。系统配置了液位、压力、温度和流量传感器组成的监控系统,以确保系统的正常运行和故障的早期预警。

3. 热泵机组供热功率630kW。系统设计(不含末端泵)供热时的COP为4.2,供冷COP为15.2。

系统于2015年12月投入运行至现在,地下水系统抽灌正常,实现了地下水的100%回灌。除了控制系统外,全部采用国产的设备。由于系统的末端仍采用旧的风机盘管系统,使得含水层储能的潜力未能得到充分的体现。但与原系统的空气源热泵系统相比,节电效果显著,在60%以上。 

  

2017年12月18日,在《暖通空调》杂志举办的“首届暖通空调青年论坛”上,中国中元国际工程有限公司贺继超高工作了题为《多能互补在区域能源中的应用》的报告。介绍了区域能源发展的3个阶段,简述了多能互补的关键技术,如燃气“冷热电”三联供技术、地源热泵技术、地下含水层储能技术、绿电蓄热技术、能源智能化管理和工业建筑的人文设计。

  

中国中元国际工程有限公司贺继超高工 

 

贺继超高工在“首届暖通空调青年论坛”上作的《多能互补在区域能源中的应用》

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