长沙市融城医院污水源热泵复合型系统设计

长沙市融城医院污水源热泵复合型系统 余林合 李建红 郭春生 美意（上海）空调设备有限公司 摘 要：本文通过对融城医院空调系统的设计，祥细地介绍了水风式水源热泵机组、水水式 模块/螺杆机组的优缺点，以及以污水源、地埋管、冷却塔混合构成的冷热源。 关键词：水风式水源热泵机组 水水式模块/螺杆机组 污水源 地埋管 冷却塔 Sewage Source Heat Pump System Design of Changsha Rongcheng Hospital Calvin Yu Mammoth (Shanghai) Air Conditioning Ltd. Abstract: The main passage introduced the central air-conditioning system of Rongcheng Hospital in Changsha City ,the advantage and shortcoming of the split type unit water source heal pump and screw heat pump，and hybrid system of sewage source，vertical ground heat exchanger and cooling tower. Keyword: Split Type Unit Water Source Heat Pump, Modular and Screw Heat Pump, Sewage Source, Vertical Ground Heat Exchanger, Cooling tower 1 概况 长沙市融城医院总建筑面积约 57114m2，包含：培训楼、门诊综合大楼、职工食堂、住院大 楼、单身宿舍楼，分两期完成。 2 设计依据 2.1 参考资料 《采暖通风与空气调节设计规范》 《简明空调设计手册》 《公共建筑节能设计标准》 GB50189-2005 《地源热泵系统工程技术规范》 GB50366-2005 《地源热泵工程技术指南》 《综合医院建筑设计规范》 (JGJ49-88) 《医院洁净手术部建筑技术规范》 (GB50333-2002) 《Ground Water Applications Manual》,Mammoth Inc. 《Mammoth Catalogues》,Mammoth Inc. 2.2 室内设计参数 作者简介：余林合 ，1984 年 5 月生，工程硕士，热能与动力工程，美意（上海）空调设备有限公司 E-mail：calvin.yu@mammothchina.com 新风量 温度(℃) 相对湿度(%) 房 间 名 称 (m3/h.p) 冬季 夏季 冬季 夏季 诊查室、病人活动室、医生办公 室、护士室 30 18-20 26 40 50 病房、病人厕所、治疗室、放射 科诊断室 30 18-22 26 40 50 儿科病房、待产房 30 20-22 26 40 50 病人浴室、盥洗室 30 21-25 26 40 50 手术室、产房 30 22-26 26 40 50 3 负荷计算 该工程冷负荷约 2376kW，空调热负荷为 1627kW，每天需生活热水 40T。 4 空调设计 该建筑需常年提供生活热水，冬夏季需要空调。为了使系统运行更加节能，在办公室、病房 等区域采用水风分离式机组，在公共区域采用水水式模块水源热泵机组加风机盘管的空调方 式，并全热回收制取生活热水。 4.1 办公区、病房的空调设计 采用美国美意的分散式的分体式水源热泵布置的空调系统，此种形式机组的主机实现了把大 型压缩机化整为零的方式，每台分体式机组都自带压缩机，不用空调时就可直接关闭，做到 了 100%的负荷能量卸载，实现了节能的效果。它可以结合多种辅助冷热源来提供整个建筑 所需的空调和采暖，分体式的水源热泵机组分散于各区域或房间内，通过水环路连接起来。 客户可以根据自己需求随时空调或采暖，这就能实现不同区域同时制冷制热的四管制效果。 该机组还可以配合水源热泵的新风机组，提供室内所需的新风量，新风机组可以每层设置 1 台，以满足该层的新风量需求。分体式水源热泵机组与水源热泵新风机组均可设于房间的吊 顶内，不另占用其他空间，每台机子可独立控制启停，可实现分户计量、分户计费的功能。 具体设备清单如下： 单台制冷量 单台制热量 单台制冷输入功率 序号 机组型号 台数 （kW） （kW） （kW） 1 L006HHF 316 2.1 2.1 2.1 2 L009HHF 157 2.7 2.7 2.7 3 L013HHF 323 3.6 3.6 3.6 4 L016HHF 141 4.3 4.3 4.3 5 L019HHF 64 5.7 5.7 5.7 6 L024HHF 4 6.4 6.4 6.4 7 L027HHF 1 7.1 7.1 7.1 8 L030HHF 77 8.4 8.4 8.4 9 L036HHF 23 9.2 9.2 9.2 10 L043HHF 28 10 10 10 合计 1134 4.2 公共区域空调设计 选用美国美意的水水式模块水源热泵机组加美国美意的风机盘管的方式，这种空调方式 属于集中供冷供热的中央空调系统。它可以结合各种辅助的冷热源来提供整个建筑所需的空 调和采暖，空调室内末端可以采用吊顶式暗装风机盘管。该空调设备系统的特点是热泵主机 集中提供冷热量，同时满足所有其末端设备所在空间的制冷制热需求，其末端使用的风机盘 管噪音低，主机可集中布置于空调机房内，控制、维护方便，而且水源热泵机组还可以在制 冷时提供余热回收免费制取生活热水。 风机盘管： 单台制冷量 单台水量 总制冷量 序号 机组型号 台数 （kW） （m3/h） （kW） 1 MFC68HC 1 4.1 0.72 4.1 2 MFC102HC 2 6.1 1.07 12.2 3 MFC136HC 23 8.5 1.50 194.4 合计 26 210.7 水水式模块水源热泵机组： 单台制冷量 单台水量 总制冷量 总水量 序号 机组型号 台 数 （kW） （m3/h） （kW） （m3/h） 1 MWH020 2 70.0 11.90 140.0 23.8 2 MWH030 1 105.0 17.80 105.0 17.8 4.3 生活热水 夏季时利用上述水水模块机组进行全热回收制取生活热水，过渡季节、冬季单独制取生 活热水。 5 冷热源的选择 从国家的宏观政策以及供冷、供热系统的节能性考虑，并结合该项目的自身条件及环境 特点，该项目夏季采用地埋管、污水、冷却塔进行排热，冬季主机从地埋管和污水里吸热。 为了从最大限度减少成本上、提高该项目的节能性，从本工程污水和埋管的量只需满足冬季 采暖，且尽可能地使用污水，夏季制冷另加冷却塔。 5.1 污水源的设计 污水源特点：污水的温度相对稳定（13-25℃），其波动范围远远小于大气温度的变动。 是很好的热泵热源和空调冷源，污水温度较恒定的特型，使得热泵机组运行更可靠、稳定， 也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。 污水源水处理工艺流程：根据我们公司对污水源系统的研究，并且与相关业内专家的探 讨设计出如下的水处理工艺流程 污 水 干 渠 P1 污 水 换 热 器 P2 旋转反冲式过滤器 P3 污水源侧流程 旋转反冲过滤 一级污水泵 干渠取水 污水专用换热器二级污水泵 排入干渠 上述工艺中，我们采用了二级出水处理工艺，污水通过污水换热器与空调循环水间接换 热，虽然在间接换热过程中存在 4-5℃的换热温差，造成一部分能量损失，但是系统避免了 污水与热泵机组的直接接触，因此降低了污水处理的水质要求以及机组的耐腐及防结垢要 求，从而减少了工程的初投资，综合考虑，这样的系统是最适合的。 根据上述流程，主要有取水口、污水泵、旋转反冲过滤器、专用的污水换热器以及合适 的管材构成。 取水口：取水口设置在离项目最近的污水干管的检查井处，在取水口设置一道初搁栅， 以拦截污水中较大颗粒的漂浮物和悬浮物，拦截的栅渣由人工清除。 污水泵：污水水质恶劣，易造成腐蚀，因此选用耐腐蚀的污水专用泵。 旋转反冲式过滤器：该过滤器内有大、小两个转筒，转筒之间用过滤网隔开，污水由一 级污水泵送入外筒，然后经过滤后渗入内筒，并将污垢留在外筒里，过滤后的污水由二级污 水泵抽出过滤器送入污水换热器，经换热后的污水再排入到过滤器的内筒内，再经过滤网反 渗入外筒并排入干渠，同时将附在滤网上的污垢冲洗掉，并沉积到过滤器底部，定期排出。 污水换热器：由于污水中悬浮物、污垢沉淀物较多，而且污水的酸碱度较大，极易对一 般的换热器产生腐蚀、结垢、堵塞等现象，从而严重地影响传热效率。因此根据污水的各种 特质使用了专门针对污水开发的污水专用换热器，很好得解决了以上问题。 管材：污水的输送管线长久埋置于地下，且需要有一定的承压能力，因此建议采用 PE 管材。该种管材的优点是：耐腐蚀、耐压、流动阻力小。 以上处理过程的水质是污水，如果污水已经处理到中水程度，旋转反冲式过滤器可以省 略。 直接用污水泵将中水泵送到污水换热器即可。 5.2 地埋管的设计 地埋管特点：地下土壤浅层温度一年四季相对稳定，热泵承受的动荷载小，磨损轻，使 运行更稳定可靠，热泵寿命可长达 20 年，保证了系统的高效性和经济性。 冬季地下水与土壤浅层温度为 16～18℃，大容量地表水体温度为 6～14℃，比环境空气 温度高，所以热泵供热循环的蒸发温度提高，压缩比小能效比系数提高，与空气源热泵及溴 化锂直燃机相比，相当于减少 35〜50% 以上的能源消耗。 夏季地下水与土壤温度为 18～20℃，大容量地表水体温度为 22～26℃，其温度均比环境空 气温度低，冷凝压力降低，压差小效率提高，可以节约用户 40～50% 的空调运行费用。 5.3 选型设计 根据以上计算该工程冷负荷约 2376kW，空调热负荷为 1627kW，得知道，该空调系统夏季 排热量为 2852kWw,冬季吸热为 1302kW。 该医院每天有 400m3 的污水，污水温降 13 度（从 18 度到 5 度），每天 10 小时采暖，可提 供 604kW 的热量。 地埋管仅需提供 698kW 的热量。只需 150 个孔深 80m 的双 U 地埋管。 夏季时，可以上污水和地埋管可带走的热量为 1442kW，其余 934kW 由冷却塔散热。 6 空调机房的设计 6.1 原理图 6.2 控制系统及运行模式 本工程采用 PLC 微电脑进行全自动控制，在源水侧的供回水主管上设置温度及流量传感器， PLC 控制器通过逻辑计算可以计算出源水的排热量和吸热量。 夏季时，当排热量小于等于 840k 时，只需启动地埋管侧水泵；当排热量小于等于 1442kW， 大于 840kW 启动地埋管水泵和污水源侧水泵，当排热量大于 1442kW 时，启动地埋管、污 水源及冷却塔水泵。 冬季时，当及吸热量小于等于 698kW 时，只需启动地埋管侧水泵；当及热量大于 698kW， 需启动地埋管侧水泵和污水源侧水泵。 参考文献 [1] JGJ134－2001 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标注 北京：中国建筑工业出版社，2001 [2] 马宪国 燃气中央空调在上海及周边地区的市场（一） 【J】能源研究与信息 2002.18 [3] 电子工业部第十研究院主编 空气调节设计手册（第二版） 北京：建筑出版社，1995 [4] 徐伟等.地源热泵工程技术指南.北京：中国建筑工业出版社，2001.11 [5] 谢汝镛 地源热泵系统的设计 现代空调，2001.3：33～74 [6] 肖益民等 地源热泵空调系统的设计施工及应用实例 现代空调，2001.3：88～100 [7] StephenP. Kavanaugh，Kevin Rafferty Ground –Source Heat Pump s:Design of Geothermal System for Commercial and Installation Building，1997 [8] 吴展豪 美意水源及地源热泵空调系统工程设计与应用手册，2001.8