地下水源熱泵能效測試與研究

李宏坤+邊冰

（華北理工大學(xué)，河北 唐山 063009）

摘要：地下水源熱泵系統(tǒng)技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保、可利用低位熱能的特性被廣泛應(yīng)用于建筑工程項(xiàng)目中，對系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，對節(jié)能減排有著至關(guān)重要的作用。擬對唐山某單位建筑的地下水源熱泵系統(tǒng)實(shí)際工況進(jìn)行監(jiān)測，通過相關(guān)測試儀器采集足夠組數(shù)的地下水溫度，水源側(cè)進(jìn)回水溫度、流量，用戶側(cè)供回水溫度、流量，室外溫度等參數(shù)，計(jì)算不同條件、不同需求下的系統(tǒng)能效比，分析相關(guān)參數(shù)和系統(tǒng)能效比的關(guān)系，從而在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)選擇最節(jié)能的運(yùn)行方式，達(dá)到最好的控制效果。

關(guān)鍵詞：水源熱泵；能效比；節(jié)能

Energy Efficiency Test and Research of Underground Water Source Heat Pump

Li Hongkun Bian Bing

Electrical Engineering College of North China University of Science and Technology

Abstract： Underground water source heat pump system technology is widely used in building engineering projects with the characteristics of energy saving， environmental protection and low heat energy， which has a vital role in the optimization of the system. The actual condition of underground water source heat pump system of Tangshan a unit building monitoring， groundwater temperature by measuring instrument to collect enough number of groups， the water side into the backwater temperature， flow rate， the user side of the supply and return water temperature and flow parameters， outdoor temperature， different calculation conditions， the energy efficiency of the system under the different demand ratio analysis the related parameters and the energy efficiency ratio of the system， so as to choose the most efficient mode of operation in the actual operation of the system， to achieve the best control effect.

Key words： Water source heat pump spary； Energy efficiency ratio； Energy conservation

中圖分類號：TU831.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-864X（2016）11-0245-02

引言

地下水源熱泵系統(tǒng)是地源熱泵系統(tǒng)的一種形式， 是一種利用淺層地能的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)[1-3]。直接以地下水為熱源，地下水井深度一般小于等于400 m，一年四季地下水水溫相對恒定，為水源熱泵機(jī)組提供較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度，使水源熱泵具有較高的制冷、制熱性能系數(shù)[4]。

按照國際通行的分類方法，空調(diào)系統(tǒng)在住宅建筑能耗中占據(jù)43%，商業(yè)建筑能耗中占有 33%的份額。在削減建筑能耗方面，暖通空調(diào)首當(dāng)其沖，成為建筑節(jié)能研究的熱點(diǎn)問題[5-7]。地下水源熱泵系統(tǒng)以地球水體所儲藏的太陽能資源為冷熱源，通過輸入少量的高品位能源（電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位熱能的轉(zhuǎn)移[8]。利用地下水源的熱泵系統(tǒng)屬于可再生能源利用技術(shù)。由于系統(tǒng)只需輸入少量高品位電能，因此不會產(chǎn)生有害氣體，對大氣不造成污染，是真正的環(huán)保節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)[9]。

一、地下水源熱泵系統(tǒng)測試內(nèi)容

唐山某單位建筑使用的地下水源熱泵系統(tǒng)，地源熱泵系統(tǒng)完全回灌地下用水，不會造成水源的流失，但是按照國家相關(guān)規(guī)定，會收取0.6元/立方米的費(fèi)用，該建筑每年將交付24萬元左右的水費(fèi)。根據(jù)不同運(yùn)行工況條件、不同用戶負(fù)荷需求，選擇最節(jié)能的運(yùn)行方式，達(dá)到最好的控制效果，是該單位節(jié)能減排的迫切訴求，具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

根據(jù)GB/T 50801.2013中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本文實(shí)際情況，依托相關(guān)測試設(shè)備，在夏季系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的相鄰時(shí)間段采集：地下水溫度，水源側(cè)進(jìn)回水溫度、流量，用戶側(cè)供回水溫度、流量，室外溫度等數(shù)據(jù)。

測試時(shí)間：每天上午8：30至18：00，每30分鐘記錄一次相關(guān)數(shù)據(jù)。

二、測試結(jié)果及分析

（一）地下水源熱泵系統(tǒng)測試期間系統(tǒng)能效計(jì)算。

選取夏季6月11日至30日共20天對唐山某單位建筑的地下水源熱泵系統(tǒng)實(shí)際工況的監(jiān)測研究，通過記錄的相應(yīng)數(shù)據(jù)，計(jì)算其能效比：

表1 測試期間系統(tǒng)能效計(jì)算

日期 11日 12日 13日 14日 15日 16日 17日 18日 19日 20日

用戶側(cè)平均流量（m?/h） 100.4 102.1 100.3 101.0 101.0 106.0 102.6 102.0 116.0 103.0

系統(tǒng)EER 3.0 2.1 1.9 2.2 2.2 2.3 2.2 1.9 2.5 2.1

日期 21日 22日 23日 24日 25日 26日 27日 28日 29日 30日

用戶側(cè)平均流量（m?/h） 102.1 102.5 105.6 102.0 105.5 106.2 106.0 106.0 105.9 107.0

系統(tǒng)EER 2.1 1.8 1.9 2.1 2.2 2.1 2.1 2.1 2.2 1.9

依據(jù)GB/T 50801.2013中常規(guī)制冷空調(diào)系統(tǒng)能效比EER的規(guī)定，分析6月份20天中的測試數(shù)據(jù)：通過監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算得到的系統(tǒng)能效比EER除11日、16日、19日外均小于2.3，未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)能效比，沒有完全實(shí)現(xiàn)地下水源熱泵的節(jié)能要求。

（二）各參數(shù)對地下水源熱泵系統(tǒng)能效的影響分析。

通過監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)研究各參數(shù)對地下水源熱泵系統(tǒng)能效的影響分析在對測試結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)時(shí)，為了減小其它因素的影響，選擇機(jī)組運(yùn)行以及用戶側(cè)進(jìn)出水溫差相對穩(wěn)定測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

選取6月27日監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行研究，計(jì)算其能效比：

1.熱源側(cè)進(jìn)出水溫度與系統(tǒng)EER之間的關(guān)系。

圖1 熱源側(cè)進(jìn)出水溫度與系統(tǒng)EER之間的關(guān)系

夏季，地下水熱源泵制冷，熱源側(cè)水溫的高低影響著水源熱泵機(jī)組的換熱效果，從圖1中分析得出，在機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，用戶室溫達(dá)到室溫要求后，隨著熱源側(cè)進(jìn)出水溫度的升高，系統(tǒng)EER呈現(xiàn)降低的趨勢，當(dāng)熱源側(cè)進(jìn)出水溫度降低時(shí)，系統(tǒng)EER呈現(xiàn)上升的趨勢。

2.系統(tǒng)用戶側(cè)流量與系統(tǒng)EER之間的關(guān)系。

系統(tǒng)用戶側(cè)流量與系統(tǒng)EER之間的關(guān)系

根據(jù)GB/T 50801.2013中相應(yīng)公式，系統(tǒng)用戶側(cè)流量影響著水源熱泵系統(tǒng)的EER，并且在其它參數(shù)一定的情況下，系統(tǒng)EER結(jié)果與系統(tǒng)用戶側(cè)流量成正比。從圖2中研究發(fā)現(xiàn)，在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行下，地下水熱源泵系統(tǒng)EER與系統(tǒng)用戶側(cè)流量幾乎呈同向變化趨勢。用戶側(cè)流量增加，系統(tǒng)EER升高；用戶側(cè)流量減小，系統(tǒng)EER降低。

3.系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)出水溫差與系統(tǒng)EER之間的關(guān)系。

系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)出水溫差與系統(tǒng)EER之間的關(guān)系

根據(jù)GB/T 50801.2013中相應(yīng)公式，系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)出水溫差影響著水源熱泵系統(tǒng)的EER，并且在其它參數(shù)一定的情況下，系統(tǒng)EER結(jié)果與系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)出水溫差成正比。從圖3中研究發(fā)現(xiàn)，在12：00時(shí)用戶側(cè)進(jìn)出水溫差和系統(tǒng)EER測試結(jié)果均出現(xiàn)相對突出的最大值，但地下水熱源泵系統(tǒng)EER與系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)出水溫差幾乎呈同向變化趨勢，用戶側(cè)進(jìn)出水溫差增加，系統(tǒng)EER升高；用戶側(cè)進(jìn)出水溫減小，系統(tǒng)EER降低。

三、結(jié)論

1.唐山某單位建筑6月份20天中的測試數(shù)據(jù)結(jié)果表明其能效比沒有完全實(shí)現(xiàn)地下水源熱泵的節(jié)能要求。

2.選取6月27日機(jī)組運(yùn)行以及用戶側(cè)進(jìn)出水溫差相對穩(wěn)定的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行研究，各參數(shù)對其系統(tǒng)能效比有如下影像：

（1）熱源側(cè)進(jìn)出水溫度與系統(tǒng)EER之間的關(guān)系：隨著熱源側(cè)進(jìn)出水溫度的升高，系統(tǒng)EER呈現(xiàn)降低的趨勢，當(dāng)熱源側(cè)進(jìn)出水溫度降低時(shí)，系統(tǒng)EER呈現(xiàn)上升的趨勢。

（2）系統(tǒng)用戶側(cè)流量與系統(tǒng)EER之間的關(guān)系：地下水熱源泵系統(tǒng)EER與系統(tǒng)用戶側(cè)流量幾乎呈同向變化趨勢。用戶側(cè)流量增加，系統(tǒng)EER升高；用戶側(cè)流量減小，系統(tǒng)EER降低。

（3）系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)出水溫差與系統(tǒng)EER之間的關(guān)系：在12：00時(shí)用戶側(cè)進(jìn)出水溫差和系統(tǒng)EER測試結(jié)果均出現(xiàn)相對突出的最大值，但地下水熱源泵系統(tǒng)EER與系統(tǒng)用戶側(cè)進(jìn)出水溫差幾乎呈同向變化趨勢，用戶側(cè)進(jìn)出水溫差增加，系統(tǒng)EER升高；用戶側(cè)進(jìn)出水溫減小，系統(tǒng)EER降低。

參考文獻(xiàn)

[1]姚楊，馬最良. 淺議熱泵定義[J]. 暖通空調(diào)，2002.2：32-33.

[2]王陳棟. 地下水源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能診斷與優(yōu)化[D]. 北京：北京工業(yè)大學(xué)，2008：65-69.

[3]薛玉偉. 地下水水源熱泵的水源問題研究[J]. 能源與探討，2003.2：10-11.

[4]鐘國安. 試論變頻水泵的選型[J]. 暖通空調(diào)，2010.1：17-18.

[5]BP. Statisical Review of World Energy 2015. BP. Statistical Review of World Energy 2015[C]. Physics Procedia， 2015， 01-20.

[6]陳在康， 丁力行. 空調(diào)過程設(shè)計(jì)與建筑節(jié)能[M]. 北京：中國電力出版社， 2004：11.

[7]李德英. 建筑節(jié)能技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2010.

[8]ABDEEN MUSTASA OMER. Ground-source Heat Pumps Systems and Applications[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2008， 12： 344-371.

[9]LEI Fei， HU Pingfang. Energy and Exergy Analysis of a Ground Water Heat Pump System[J]. Physics Procedia， 2012， 24：169-175.

作者簡介：邊冰，（1965），男，河北唐山，博士，教授，研究方向：檢測技術(shù)及智能裝置。