抛管型闭式湖水源热泵系统原理分析

一、水源热泵系统的原理

水源热泵系统是以水为载体进行冷热交换，通过水源热泵机组，冬季将水体中的热量“取”出来，供给室内采暖;夏季把室内热量“释放”到水体中。 根据热交换系统形式不同，可分为水环式水源热泵系统、地表水式水源热泵系统、地下水式水源热泵系统和地下环路式水源热泵系统。

与开式系统相比闭式系统主要具有下列优点：

1)闭式系统将地表水与管路内的循环水相隔离，保证了地表水的水质不影响管路系统，防止了管路系统的阻塞，也省掉了额外的地表水水处理过程。

2)由于不必考虑从取水点到热泵机组的高度水头，闭式系统一般可以有效降低源侧泵耗。

3)当地表水冬季温度低于4℃时，闭式系统几乎是唯一可行的选择。

图1 地表水式水源热泵系统

二、项目概述

1.工程设计原理

南京工程学院新校区图书信息中心位于南京市江宁大学城，总建筑面积为38470平方米，地上总高22.72米。夏季冷负荷为6323KW，冬季热负荷为3694KW。此项目被天印湖包围，主湖区面积约300亩，湖水最深处为10至12米，夏季平均蓄水深度约4米，冬季平均蓄水深度约3米，项目机房距离湖边150m。

南京工程学院新校区图书信息中心效果图

为了充分利用得天独厚的可再生能源，本项目利用天印湖水作为空调系统的热源/热汇，为了不影响湖水生物环境，项目选择了抛管式湖水换热器方案,用湖水换热器去间接换热，避免湖水直接进机组造成水质的污染，而且系统省去了水处理设施。南京地区为夏热冬冷地区，其冬季最低水温在6℃以上，比室外气温稳定，采用水源热泵系统较为适宜。

因为项目中湖水面积较为宽阔，湖水换热器采用了U型盘管式。与螺旋型盘管相比，U型盘管与水域接触面积大，单位长度盘管换热量增大，因此盘管的总设计长度减少，初投资降低。通过实验，U型盘管换热能力明显大于螺旋形盘管。另外U型盘管弯头较少，阻力也相对减小、水泵能耗减少。

2.设计要点：

1)湖水换热器设计应满足在各种工况下高效运行，湖水盘管内流体流速大到保持最小的输送功率，小到足够使管道内保持紊流状态;

2)计算湖水换热器在各种工况下的换热量，设定工况;

3)保证盘管的水力平衡;

4)湖水换热器冬季工况的稳定性与可靠性、辅助加热的必要性;

5)自动控制系统连锁的完整性、可靠性与湖水盘管的可调节性;

6)湖水侧防冻结措施;

7)湖水换热器的排热与取热对湖水的环境的影响;

8)做详细的湖水盘管的施工与维护方案。

整个湖水换热器分为6个大系统，每个大系统分为6个小系统，每个小系统分为22个单独的PE管闭式回路;即整湖水侧分为792个PE管闭式循环回路.湖水换热器为DN32的PE管，单个回路160m，PE管共计126720m。

图2 抛管式湖水换热器示意图

图3 抛管换热器的施工流程

三、本项目的推广依据

本项目是国内迄今为止最大的抛管型闭式湖水源热泵系统。其中湖水换热器的设计、施工、维护都存在着前所未有的难度，目前，系统已经运行一个夏季，效果良好，节能优势明显。

与开式地表水源热泵空调系统相比，闭式地表水地源热泵空调系统对水资源影响更少、更环保、更安全可靠，与土壤源热泵空调系统相比，投资更省、系统寿命更长、维修更简单、风险更少。因此，闭式地表水源热泵空调在长江流域等富水地区有很大的推广价值。

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