地源热泵系统能效评估方法研究

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摘 要：地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，热泵是利用逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。本文以某地源热泵系统项目为例，简单的探讨了下地源热泵系统的能效评估方法和计算过程。地源热泵系统的能效评估主要是基于现场性能检测的数据和建设单位提供的资料文件参数，评估的结果正确与否与提供的参数准确性有直接关系，确保资料的准确性。

关键词：地源热泵；系统能效评估；度日法；温频法

前 言

地源热泵系统是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术的环保能源利用系统。地源热泵系统通常是转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方，还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环系统，实现节能减排的功能。具有以下特点：（1）制冷模式。在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。（2）制热模式。在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。地源热泵系统由以室外系统，室内系统，机房系统三部分组成。也就是经常说的地源热泵空调三合一。地源热泵系统的室外系统主要由地埋管，地埋管填料，组成。 地埋管是室外地下换热器，就是降水通过地埋管在地下循环，在底下进行热交换。地埋管填料是地埋管的辅助材料，是为了让地埋管能够更好的在底下达到换热的效果。

1 地热项目实施量评估方法

项目实施量评估，主要是通过现场检查热泵系统的类型"大小"技术参数"数量"面积等是否与项目申报书和设计文件一致，如不符，是否有设计变更等记录！该项评估是对现场实施量是否合理且满足设计要求的一个判断，另外，项目实施面积核查主要是通过检查项目规划许可证，原建筑图纸等资料，从而判断是否达到申报书的要求。本文以某项目为例，建筑物建筑高度为75米，地上21层，地下1层，总建筑而积为33126 m'。项目采用地下水源热泵系统，由两台麦克维尔单螺杆式水源热泵机组组成：一台型号WPS195. 1A空调主机：一台型号为WPS280. 2C一HR空调双头主机，采用风机盘管加新风系统，满足冬季采暖和夏季制冷需求。

2. 能源替代量评估方法

某项目评估是整个评估过程中最关键、最难的一项，地源热泵系统的常规能源替代量=传统系统的总能耗一地源热泵系统的总能耗（ Qs =Qt-Qr） 。能耗计算方法主要分为精确模拟计算法和简化模拟法，在地源热泵系统中多采用简化模拟法，冬季根据测试期间系统的实测热负荷和室外气象参数，采用度日法计算供暖季热负荷：夏季根据测试期间系统的实测冷负荷和室外气象参数，采用温频法计算供冷季累计冷负荷。

2.1 传统系统的总能耗计算

冬季供暖采用度日法计算供暖季累计热负荷：查设计文件可知TN-W = 19.3℃，q = 29.307MJ /kgce，设计空调热负荷qh =1821. 7kw；选取燃煤锅炉房作为比较对象，锅炉ηt= 68%。用度日法计算供暖季累计热负荷，代入公式：

QH = 24qh（HDD）CD /TN-W = （24×1821.7×1395.2×0.72 ）/19.3≈2275620kWh

将计算参数和查找出的参数代入采暖系统总能耗公式：

Qth=QH /ηtq = （ 2275620×3.6） /（ 0. 68 × 29. 307） ≈411076kgce

夏季制冷采用温频法计算制冷季累计冷负荷：查设计文件可知tKJ = 32. 1℃，QKJ = 1783. 3Kw，tN = 25℃； 室外温度采用典型年数据；选取常规水冷冷水机组作为比较对象，系统能效比EERt = 2.6，D= 0.36kgce /kWh。

将查找出的参数代入公式，求出每一温频段下的冷负荷：

Qout=（tN-tout）×QKJ /（tN-tKJ） 将计算参数和查找出的参数代入制冷系统总能耗公式：

Qtc =DQc /3.6EERt=（0.36×2359903×3.6） /（ 3.6 × 2.6 ） ≈326756kgce故传统系统的总能耗Qt =Qth +Qtc = 411076+326756 =737832kgc

2.2 地源热泵系统的总能耗计算

将项目实测的系统能效比EERsys = 3.7，COPsys = 2. 2； 计算出的建筑全年累计冷、热负荷Qc = 2359903 kWh，QH = 2275620kWh，代入公式：

Qrc =DQc /3.6EERsys=（0.36 ×2359903 ×3.6） /（ 3.6×3.7 ） ≈229612kgce

Qrh = DQH /3.6COPsys =（0.36×2275620）×3.6） /（3.6×2.2） ≈372374kgce

故地源热泵系统的总能耗Qr = Qrc + Qrh = 229612 + 372374 =601986kgce

2.3节能量的计算

常规能源替代量（ 吨标准煤） Qs = Qt-Qr = 737832-601986 =135847kgce = 135.8tce

2.4环境效益评估方法

该项评估是通过转换为一次能源的节能量计算结果，进行环保效益评估，主要包括二氧化碳、二氧化硫及粉尘。根据项目全年常规能源替代量的计算结果，代入以下公式：

QCO2 = 2.47Qs = 2.47 ×135. 8 = 335. 4t /年

QSO2 = 0.02Qs = 0.02 ×135. 8 = 2.7t /年

Qfc = 0.01Qs = 0.01 ×135. 8 = 1.4t /年

2.5经济效益评估方法

通过常规能源替代量计算结果和项目的增量成本比较计算项目的年节约费用、静态投资回收年限，来进行项目经济效益评估。查项目申报书和项目设计方案、项目决算书等文件可知当地用电单价为P = 0.9 元/kWh，项目建筑面积33126m2 ，项目增量成本61.6元/m2 ； 查标准可知标准热煤值q =29.307MJ /kgce，代入公式：

Cs=P×Qs×q/3.6-M = 0.9×135847×29. 307 /3.6 = 995317 元/年

N = C/Cs = 61.6×33126 /995317≈2 年

3 项目建能效评估

节能率是一个相对值，即全年单位而积能耗与比对筑全年单位而积能耗之间的差值，与比对全年单位而能耗之比，可再生能源建相应的节能标准.在测评中筑应用工程实施的前提往往是建筑应达到，评估依据主要是通过核查示范项目建筑节建积能专项验收备案材料，分析判断其是否达到当地建筑节能的要求。

3 结束语

经过以上分析探讨，地源热泵系统的能效评估主要是基于现场性能检测的数据和建设单位提供的资料文件参数，评估的结果正确与否与上述提供的参数准确性有直接关系，所以，在资料收集方而应跟建设单位多加沟通，确保资料的准确性。随着地源热泵技术的推广普及，检测技术和评估方法也在不断发展，建立和完善地源热泵系统能效评价体系。

参考文献

1.肖建强.地源热泵换热器集中控制系统 [J]. 科技与企业.2014.（03）