重庆冷却塔 冷却塔系统的技术障碍分析与应用

目前，人防工程通常采用的冷却塔水源式热泵空调系统，是以冷却塔的定量循环水为中间介质，与室外空气进行热交换，通过热泵技术，将室外空气中的低位能量转化为高位能量，用于人防工程的防潮除湿，实质上属于空气源热泵(系统，致命弱点是受气候条件制约，夏季制冷效率随室外大气温度的升高而降低，冬季由于室外大气温度过低而无法实现制热，整体效率较低。采用地下水源热泵)系统，取消冷却塔，工程通过热泵直接与地下水换热，避免大气温度的影响，做到一机两用，高效节能，不仅可以满足夏季人防工程的除湿问题，而且还可以引入地面工程，解决地面工程冬夏两季的采暖和降温问题，具有良好的应用前景。

技术论证

冷却塔水源式热泵空调系统，实质上属于空气源热泵空调系统。空气源热泵空调系统，低位能量来自于室外空气，在夏季制冷工况下，热泵需要用温度较低的空气介质冷却冷凝器，把热量传给室外空气，达到制冷的目的，满足降温。在冬季制热工况下，热泵需要温度较高的空气介质，带走蒸发器的冷量，达到制热的目的，满足采暖。然而，大气温度的季节变化自然规律恰恰与热泵的季节期望值相反，夏季室外温度高，不利于冷却冷凝器，制冷效率降低；冬季室外大气温度低，不利于带走蒸发器的冷量，制热效率降低，整体运行效率较低，这就是空气源热泵空调系统无法克服的技术障碍。人防工程是一个密闭的地下空间，热泵空调系统无法直接与室外空气换热，只有以定量循环水为介质，通过地面冷却塔与室外空气换热，实现制冷，满足除湿。但由于夏季室外大气温度较高，冷却塔定量循环水的温度也随之升高，导致热泵的制冷效率降低。到了冬季，即使选用水-水热泵机组，也无法实现制热，局限性很大，所以，冷却塔水源式热泵系统仍然无法克服大气温度影响的技术障碍。

地球是一个巨大的恒温体，地下水蕴藏着无穷无尽的能量。据测试，30米以下浅层地下水的温度常年稳定在18℃左右，远高于冬季室外大气温度，又远低于夏季室外大气温度，如果人防工程的热泵空调系统采用地下水作为低位能源，就可以克服空气源热泵的技术障碍，大大提高了系统的整体效率。此外，夏季，通过热泵技术把地下水的低位冷量转化为高位冷量，同时把人防工程的余热通过回灌技术传给地下水；冬季又通过热泵技术，把地下水的低位热量转化为高位热量，同时通过回灌技术把冷量传给地下水，这样，冷量冬存夏用，热量夏存冬用，地下水就起到蓄能器的作用，保证空调系统的常年使用。所以，地下水源热泵系统，低位能源取之于地下水，热泵直接与温度常年稳定的地下水换热，不受大气温度的影响，克服了空气源热泵系统的技术障碍，实现一机两用，节约投资，综合运行费用低，适用于地下水资源丰富地区的人防工程空调系统。循环水系统选用两台扬程为50米的立式循环泵，用一备一，冷水闭路循环流量77t/h，热水闭路循环流量84t/h；地下水系统设给水井一眼，井深84米，井径0.3m，回水井两眼，井深76m，井径0.3m，井距20m，封井和埋管深度为1 m，潜水泵扬程50m，流量46t/h。地下水温17.5℃。 经测试，夏季制冷工况冷水温度7-12℃，冬季制热工况热水实践证明，地下水源热泵系统与冷却塔水源热泵系统相比，具有以下应用优势：

(1) 本系统取消冷却塔，有利于工程防护，保证战时空调系统的正常运行，提高工程的整体防护效能。

(2) 地下水平均温差推动力，比冷却塔水源式高1-2倍，传热效率高。

(3) 地下水温冬夏季基本恒定，避免了室外大气温度对机组的影响。

(4)夏季制冷能效比(COP值)为1：5，冬季制热能效比(COP值)为1：4，与其他空调系统相比，节能30%-60%。

(5)整个系统采用水作为传热介质，热容大，密度高，热损小。

(6)低位能源水取之于地下，又等量回灌地下， 没有大气污染，具有良好的环保效益。

(7)本系统不仅可以解决人防工程的夏季除湿，平时，还可以将冷热水引入地面工程，解决地面工程的降温和采暖问题，实现一机两用，节约投资。

应把握的几个问题

1 重视水文地质调查。采用地下水源热泵技术时，必须先进行水文地质情况调查，要有丰富的地下水资源， 适用原则是：水量充足，水温适宜，水质良好，供水稳定，回灌可靠，成井费用适中。

2 优化系统设计。要严格计算热湿负荷，流动阻力，合理确定主机功率和循环泵扬程，利用变频装置提高地下水的利用率，减少常规循环系统的动力消耗。

3 重视水井设计。

(1)根据水文地质情况，合理确定给水井和回水井的井深、井径、井距，可以一给多回，保证热源水全部回灌，不得污染。

(2)给水井要设在地下水流向的上方，回水井设在地下水流向的下方。对于地下水流速缓慢的地区，回水井要设在给水井降水漏斗曲线影响范围之内。

(3)为了延长水井寿命，给水井和回水井可以互换使用。

温度47-56℃，工程内温度和相对湿度均达到设计要求。