北京某地源熱泵系統(tǒng)實(shí)例講義

地源熱泵系統(tǒng)實(shí)例分析

2009年2月工程概況內(nèi)容介紹實(shí)際運(yùn)行情況現(xiàn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)與改造前對(duì)比分析本系統(tǒng)與其它熱泵系統(tǒng)對(duì)比分析本系統(tǒng)與其它空調(diào)系統(tǒng)對(duì)比分析開(kāi)頭語(yǔ)一、引言

建設(shè)工程項(xiàng)目成功與否的標(biāo)志在于項(xiàng)目的目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)。而在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，影響項(xiàng)目目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的因素眾多，其中包括組織因素、人的因素以及使用的方法與工具等。開(kāi)頭語(yǔ)

地源熱泵系統(tǒng)是將低品位熱量轉(zhuǎn)換成高品位熱量進(jìn)行供熱、制冷的新型能源利用方式之一。與使用燃煤、燃?xì)?、燃油等常?guī)能源方式相比，其能量利用率為3.5以上(燃煤為0.65～0.85；燃油爐為0.7～0.9；燃?xì)鉅t為0.8～0.85；電鍋爐電熱膜的理想值也只能接近于1；空氣源熱泵系統(tǒng)可做到2.5，但在惡劣天氣下效率低，甚至無(wú)法啟動(dòng))。地源熱泵系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能、一機(jī)多用、維護(hù)量小、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、能源重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)而得以推廣。據(jù)美國(guó)環(huán)保署估計(jì)，一套設(shè)計(jì)安裝良好的地源熱泵系統(tǒng)平均可以節(jié)約(30～40)%的運(yùn)行費(fèi)用，可減少污染物排放高達(dá)70%以上。開(kāi)頭語(yǔ)

然而在實(shí)際工程應(yīng)用中，很多地源熱泵項(xiàng)目因設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理等問(wèn)題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)。下面通過(guò)對(duì)我單位實(shí)施的某地下水源熱泵系統(tǒng)改造前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以及與其它地源熱泵項(xiàng)目、與其他空調(diào)形式進(jìn)行對(duì)比，說(shuō)明了地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)性及影響其經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)因素。二、工程概況

該項(xiàng)目位于海淀區(qū)，原地源熱泵系統(tǒng)由北京某地源熱泵施工單位承建，總建筑面積4.2萬(wàn)平方米，其中主樓2.8萬(wàn)平方米，裙樓1.4萬(wàn)平方米。共設(shè)LWP1800.2型水源熱泵機(jī)組7臺(tái)，單臺(tái)標(biāo)稱功率123kW；鑿井7眼，深井泵7臺(tái)，單臺(tái)標(biāo)稱功率37kW；抽取的地下水除沙后分別經(jīng)7臺(tái)板式換熱器與機(jī)組進(jìn)行熱交換，作為機(jī)組的冷熱源；井水側(cè)二次水循環(huán)泵7臺(tái)，單臺(tái)標(biāo)稱功率15kW；末端循環(huán)泵7臺(tái)，單臺(tái)標(biāo)稱功率18.5kW。系統(tǒng)于2004年6月建成并部分投入使用，運(yùn)行效果較差，不能滿足正常的使用要求。二、工程概況

2006年初由建研院空調(diào)所進(jìn)行熱泵系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)、北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)總公司進(jìn)行了系統(tǒng)改造施工、調(diào)試，并承擔(dān)了空調(diào)系統(tǒng)的日常運(yùn)行維護(hù)管理工作。改造后主樓利用原有水源熱泵機(jī)組5臺(tái)，鉆鑿抽水井3眼、回灌井3眼、水量調(diào)節(jié)池1眼，新安裝深井泵3臺(tái)，標(biāo)稱功率55kW并配ABB變頻器3臺(tái)，井水經(jīng)除沙器及電子水處理儀處理后直接進(jìn)入機(jī)組，無(wú)井水側(cè)二次循環(huán)泵；使用原末端循環(huán)泵5臺(tái)；末端設(shè)備采用新風(fēng)機(jī)組加風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行冬季供暖及夏季供冷。其中新風(fēng)機(jī)組17臺(tái)，合計(jì)71.1kW；風(fēng)機(jī)盤管542臺(tái)，合計(jì)20.3kW。裙樓利用原有水源熱泵機(jī)組2臺(tái)；井水部分與主樓共用，使用原末端循環(huán)泵2臺(tái)。二、工程概況

本文以主樓地源熱泵系統(tǒng)07年冬季及08年夏季運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在下文中將改造后的主樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為本系統(tǒng)。本系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)，井水出水溫度最高16.3℃，最低15.3℃；利用溫差大多在3.5～7℃之間；單井出水量大于180m3/h；靜水位30.15m、動(dòng)水位約30.5m；抽水降深為0.35m±8%；水量調(diào)節(jié)池靜水位為12.13m、動(dòng)水位15.3m，差為3.17m；井水含沙量小于二十萬(wàn)分之一。依此數(shù)據(jù)判定地下水系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定。三、本系統(tǒng)運(yùn)行情況熱泵機(jī)組開(kāi)啟3臺(tái)的時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間7%以下、開(kāi)啟2臺(tái)時(shí)間占74.5%、開(kāi)啟1臺(tái)時(shí)間占18.5%；深井泵及變頻器從06年10月運(yùn)行以來(lái)最多開(kāi)啟1臺(tái)，夏季平均運(yùn)行頻率為74%、冬季平均運(yùn)行頻率為77.2%；末端循環(huán)泵最多開(kāi)啟2臺(tái)。末端供回水溫差大多在2.5～4.8℃之間，系統(tǒng)運(yùn)行效率較高。三、本系統(tǒng)運(yùn)行情況三、本系統(tǒng)運(yùn)行情況表1：07年供暖季及08年制冷季統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)運(yùn)行工況相關(guān)參數(shù)供暖季制冷季備注主樓建筑面積（m2）2800028000

用電量冷暖機(jī)房（kW·h）600255204233.4

末端（kW·h）128596.944155.4

小計(jì)（kW·h）728851.9248388.8含過(guò)渡季通風(fēng)電耗實(shí)際運(yùn)行天數(shù)189122

單位用電量（kW·h/m2·d）0.1380.073含末端（kW·h/m2·d）0.1130.06不含末端折算標(biāo)煤（Kg/m2·a）9.213.15含末端（Kg/m2·a）7.592.58不含末端備注：為方便對(duì)比分析，在本文中對(duì)同一系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比時(shí)，折合電耗單位為千瓦·時(shí)/每平方米·每天（kW·h/m2·d）；對(duì)不同系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比時(shí)，折合為標(biāo)煤千克/每平方米·每年（Kg/m2·a），在將電耗折合成標(biāo)煤數(shù)據(jù)參考2004年全國(guó)平均火力發(fā)電煤耗，即1kWh電力折合為354g標(biāo)準(zhǔn)煤。表1分別統(tǒng)計(jì)了機(jī)房與末端的電耗數(shù)據(jù)。由于原系統(tǒng)運(yùn)行能耗數(shù)據(jù)無(wú)從考究，在與原系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比過(guò)程中，根據(jù)原運(yùn)行人員口述系統(tǒng)設(shè)備投入運(yùn)行的情況做簡(jiǎn)要對(duì)比。四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對(duì)比原系統(tǒng)于2004年6月建成并部分投入使用。運(yùn)行中地下井水能量短路及含沙量嚴(yán)重超標(biāo)，加上板換兩側(cè)流體之間的換熱效率低下、運(yùn)行維護(hù)不善，致使系統(tǒng)井水側(cè)水路嚴(yán)重堵塞。系統(tǒng)長(zhǎng)期處于大流量小溫差運(yùn)行狀態(tài)：為滿足一臺(tái)熱泵機(jī)組的正常工作需開(kāi)啟深井泵4臺(tái)、井水側(cè)二次循環(huán)泵3臺(tái)、末端循環(huán)泵3臺(tái)，井水側(cè)及板換側(cè)溫差均工作在2℃以下。末端溫度不能有效提升，為滿足末端負(fù)荷需求進(jìn)而增開(kāi)末端循環(huán)泵，無(wú)形之中又增加了熱泵對(duì)冷熱源需求。如此反復(fù)惡性循環(huán)，造成系統(tǒng)運(yùn)行效率低下、熱泵機(jī)組啟停頻繁、外管線土方塌陷等問(wèn)題。四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對(duì)比

表2列出了改造前后一臺(tái)熱泵機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行工況下所投入的設(shè)備，圖表1為改造前后節(jié)能情況對(duì)比。其中改造后的深井泵供一臺(tái)熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)只需給定70%的負(fù)荷，此時(shí)電流約為43A（在開(kāi)式系統(tǒng)中適當(dāng)下延回水管可降低深井泵揚(yáng)程以達(dá)到節(jié)電的目的），合功率約22kW，故表2中改造后深井泵功率按22kW計(jì)算。四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對(duì)比四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對(duì)比表2：改造前后設(shè)備投運(yùn)情況對(duì)比對(duì)比項(xiàng)目投入設(shè)備改造前改造后改造后節(jié)省備

注熱泵機(jī)組kW123123無(wú)

深井泵kW4*3755/22126頻率給定70%井水側(cè)二次循環(huán)泵kW3*15無(wú)45

末端循環(huán)泵kW3*18.518.537

合

計(jì)kW371.5163.5208

日耗電量kW·h371516352080按每天工作10h耗電量供暖季kW·h70213530901539312007年供暖189天制冷季kW·h45323019947025376008年制冷122天四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對(duì)比圖表1四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對(duì)比

通過(guò)以上數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)改造是成功的。按表中計(jì)算系統(tǒng)供暖季節(jié)電393120度；制冷季節(jié)電253760度，全年共節(jié)電646880度，比原系統(tǒng)節(jié)電56%。四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對(duì)比

通過(guò)對(duì)比，可以分析得出原系統(tǒng)出現(xiàn)高能耗的原因：1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。單臺(tái)深井泵抽水后經(jīng)一臺(tái)板換換熱后回灌，能量利用不夠充分；地下水系統(tǒng)存在能量短路現(xiàn)象。2、施工組織不得力，成井質(zhì)量不高。井水含沙量嚴(yán)重超標(biāo)，造成井周圍抽空導(dǎo)致地面塌陷。提高成井質(zhì)量可以解決井水含沙量過(guò)大的問(wèn)題，可去除井水側(cè)的二次循環(huán)設(shè)備能耗及板換換熱的溫差損失，有利于實(shí)現(xiàn)井水的100%回灌。四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對(duì)比

3、運(yùn)行維護(hù)不得力。運(yùn)維人員未定期除沙，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行原理理解不夠，造成系統(tǒng)管路嚴(yán)重堵塞（如圖1），增加了水阻而降低了深井泵的運(yùn)行效率；在井水供應(yīng)不足的條件下增開(kāi)末端循環(huán)泵，造成末端系統(tǒng)大流量小溫差運(yùn)行。四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對(duì)比本次同節(jié)系統(tǒng)對(duì)紫比分析泥數(shù)據(jù)來(lái)打源于北窄京市地去質(zhì)調(diào)查砍研究院飛王澤龍生工程師拴所做的《北京市屢平原區(qū)禿淺層地鋤溫能資件源地質(zhì)詠勘查項(xiàng)揪目－淺意層地溫傲能資源鉆開(kāi)發(fā)利季用經(jīng)濟(jì)拘效益分秀析研究》。文中參桌與分析研刑究的項(xiàng)目納為30個(gè)，其輝中地埋甜管地源逼熱泵項(xiàng)爭(zhēng)目5個(gè)，地山下水地見(jiàn)源熱泵25個(gè)；有制些冷數(shù)據(jù)的流項(xiàng)目27個(gè)，有采貪暖數(shù)據(jù)的潑項(xiàng)目29個(gè)。因多數(shù)項(xiàng)打目的末端勝風(fēng)機(jī)盤管跑或新風(fēng)機(jī)壓組的電耗流沒(méi)有單獨(dú)雞計(jì)量，故誤在本節(jié)的豎對(duì)比分析廊中不計(jì)算撥末端設(shè)備哥能耗。五、本鮮系統(tǒng)與爐其它地巷源熱泵鼠系統(tǒng)對(duì)歷比表3本系統(tǒng)電耗與其它地源熱泵系統(tǒng)電耗對(duì)比項(xiàng)目指標(biāo)運(yùn)行工況參與分析項(xiàng)目電耗本系統(tǒng)最大值平均值最小值樣本數(shù)含末端不含末端運(yùn)行天數(shù)供暖季kW·h/(m2?d)0.5270.2810.111290.1380.113189制冷季kW·h/(m2?d)0.3820.1740.067270.0730.06122五、本掩系統(tǒng)與釘其它地鎖源熱泵喂系統(tǒng)對(duì)橋比從表3可知，本草系統(tǒng)供暖暢季電耗0.1賴13k梁W·h敏/(m2·d)，接近同沙系統(tǒng)最小緞值；比同蚊系統(tǒng)平均懇值節(jié)電59.9逝%，供暖花季合計(jì)似少耗電890狼040閣kW輸·h；比同膜系統(tǒng)最沒(méi)大值節(jié)餓電78.豬6%。制冷季漫電耗0.06希kW·脅h/(m2·d)，低于同郵系統(tǒng)最小紫值；比同偽系統(tǒng)平均君值節(jié)電65.搭5%，制冷愚季合計(jì)托少耗電387奇747鍛.5封kW·本h；比同系長(zhǎng)統(tǒng)最大值挽節(jié)電84%。熱泵系統(tǒng)證單位面積劫電耗差距輛較大。供同暖季最大套值是最小跨值的4.7挪5倍；制竿冷季最鍛大值是而最小值經(jīng)的6.37倍。五、本鋼系統(tǒng)與語(yǔ)其它地乳源熱泵默系統(tǒng)對(duì)親比以此分析送數(shù)據(jù)可以進(jìn)看出：1、熱泵系妖統(tǒng)運(yùn)行能毅耗效率差歪距較大，廳在日后的熟推廣與發(fā)脊展中還需罵不斷進(jìn)行膛優(yōu)化與完栽善。2、熱泵樣系統(tǒng)專因業(yè)性強(qiáng)揭。為充踏分發(fā)揮根其節(jié)能俗、環(huán)保盯等優(yōu)勢(shì)食，還需飼我們延雨伸服務(wù)圓范圍，窮從項(xiàng)目偉全壽命默周期出蘋(píng)發(fā)，加壤強(qiáng)日后撕運(yùn)行維逢護(hù)管理融隊(duì)伍的棚建設(shè)，鄉(xiāng)豐以充分隙體現(xiàn)地襲源熱泵盾工程的辦價(jià)值。3、熱泵儀系統(tǒng)是撐一項(xiàng)好忙技術(shù)，任但是能匹否達(dá)到昂節(jié)能效臥果，則猶需要對(duì)廁項(xiàng)目實(shí)葡施的各講個(gè)階段關(guān)嚴(yán)格把起關(guān)，最熟重要的雞環(huán)節(jié)是指地下系省統(tǒng)的施嫌工質(zhì)量數(shù)。五、本罵系統(tǒng)與鎮(zhèn)其它地榮源熱泵勞系統(tǒng)對(duì)秤比與其它樹(shù)采暖系佳統(tǒng)進(jìn)行勢(shì)對(duì)比的孔資料為子：中國(guó)找國(guó)際工礙程咨詢肺公司200隨1年所做的《北京城玻市采暖子供熱方漸式研究》，該報(bào)類告中計(jì)輔算了各肉種采暖哭方式折手合為標(biāo)閃準(zhǔn)煤的慮能耗和粉污染物懸的排放判量。六、本腿系統(tǒng)與奏其它采序暖空調(diào)轎系統(tǒng)對(duì)巾比六、本匹系統(tǒng)與洲其它采煌暖空調(diào)翻系統(tǒng)對(duì)燦比

表4：本系統(tǒng)采暖與其它系統(tǒng)采暖能耗及污染物排放表指標(biāo)采暖方式單位面積能耗熱效率折算標(biāo)煤(Kg/m2.a)So2

(g/m2.a)Nox

(g/m2.a)煙塵

(g/m2.a)城市熱網(wǎng)21.73（Kg/m2·a）0.65～0.8521.73326121.734.8蓄熱式

電鍋爐142.72(kW·h/m2·a)0.9557.1

電熱膜135.58(kW·h/m2·a)154.23

壁掛式

燃?xì)鉅t17.35(Nm3/m2·a)0.820.8243.42.95直燃機(jī)16.33(Nm3/m2·a)0.8519.5940.82.8本系統(tǒng)

(地源熱泵)26.03(kW·h/m2·a)3.59.21六、本盾系統(tǒng)與倘其它采每暖空調(diào)黨系統(tǒng)對(duì)莖比圖表2六、本系她統(tǒng)與其它浙采暖空調(diào)導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)比圖表3本系統(tǒng)辟供暖季拌能耗折許合為煤魔耗為9.2陜1Kg搭/m2?季，與謠其它采員暖方式壩相比能江耗最低動(dòng)。與城目市熱網(wǎng)辨采暖相扮比每平管方米每定季少耗割煤12.豆52K且g/m2?季，節(jié)能58%，每平礎(chǔ)方米每?jī)x季少排甚二氧化棒硫326克/m2?季、氮仇氧化物121.仗7克/m2?季、煙塵34.讀8克/m2?季；與壟蓄熱式憐電鍋爐憐相比每唇平方米本每季少?gòu)d耗煤47.弱89K球g/m2?季，節(jié)能83.熟9%；與電恭熱膜相移比每平論方米每筐季少耗岸煤45.連02K就g/m2?季，節(jié)扎能83%；與壁喂掛式燃豪氣爐相棟比每平喝方米每店季少耗傷煤11.橫61K寺g/m2?季，節(jié)能55.8詢%，每平囑方米每憂季少排蛇氮氧化米物43.扣4克/m2?季、煙塵2.95克/m2?季；與直粒燃機(jī)相比惑每平方米胖每季少耗藝煤10.丘38K剪g/m2?季，節(jié)班能53%，每平驅(qū)方米每孟季少排波氮氧化頁(yè)物40.8克/m2?季、煙息塵2.8克/m2?季。六、本大系統(tǒng)與態(tài)其它采像暖空調(diào)摟系統(tǒng)對(duì)尿比六、本啟系統(tǒng)與井其它采葡暖空調(diào)徒系統(tǒng)對(duì)嘆比表5：本系統(tǒng)制冷與冷水機(jī)組制冷能耗表指標(biāo)采暖方式單位面積能耗折算標(biāo)煤(Kg/m2.a)冷水機(jī)組19.89(kW·h/m2·a)7.04本系統(tǒng)(地源熱泵)8.87(kW·h/m2·a)3.15六、本購(gòu)系統(tǒng)與料其它采艱暖空調(diào)甜系統(tǒng)對(duì)引比圖表4本系統(tǒng)制鼻冷季折合謙煤耗為3.15些Kg/眨m2?季，與冷劫水機(jī)組制圓冷相比少?gòu)R耗煤3.89蠻Kg/m嗚2?季，節(jié)能55.3長(zhǎng)%。六、本系瘋統(tǒng)與其它以采暖空調(diào)哈系統(tǒng)對(duì)比

表6：不同空調(diào)系統(tǒng)總能耗統(tǒng)計(jì)表統(tǒng)計(jì)周期

系統(tǒng)類型采暖季折算標(biāo)準(zhǔn)煤(Kg/m2.a)制冷季折算標(biāo)準(zhǔn)煤(Kg/m2.a)年折算標(biāo)準(zhǔn)煤(Kg/m2.a)城市熱網(wǎng)+冷水機(jī)組21.737.0428.77蓄熱式電鍋爐+冷水機(jī)組57.17.0464.14電熱膜+冷水機(jī)組54.237.0461.27壁掛式燃?xì)鉅t+冷水機(jī)組20.827.0427.86直燃機(jī)+冷水機(jī)組19.597.0426.63本系統(tǒng)(地源熱泵)9.213.1512.36六、本系繳統(tǒng)與其它居采暖空調(diào)哀系統(tǒng)對(duì)比圖表5本系統(tǒng)儀年能耗內(nèi)折合標(biāo)報(bào)煤為12.3放6Kg/削m2?年。與創(chuàng)城市熱杏網(wǎng)+冷水機(jī)組飛相比少耗釣煤16.4獻(xiàn)1Kg/斬m2?年，節(jié)赴能57%；與蓄牲熱式電更鍋爐+冷水機(jī)組犯相比少耗斯煤51.7舅8Kg/紙m2?年，節(jié)勒能80.7灰%；與電熱率膜+冷水機(jī)組頁(yè)相比少耗韻煤48.9拾1Kg/贈(zèng)m2?年，節(jié)狂能79.擔(dān)8%；與壁舊掛式燃識(shí)氣爐+冷水機(jī)組經(jīng)相比少耗丙煤15.屬5Kg鼓/m2?年，節(jié)能55.6犬%；與直燃王機(jī)+冷水機(jī)組耐相比少耗拖煤14.譯27K壤g/m2?年，節(jié)能53.沃6%。六、本系姐統(tǒng)與其它曠采暖空調(diào)須系統(tǒng)對(duì)比從以上典分析數(shù)突據(jù)可以建看出：1、地源熱健泵空調(diào)系奏統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)浪用最低。雄其全壽命益周期價(jià)值輪可因此而若趨于最佳大。系統(tǒng)的礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)性可診根據(jù)建設(shè)關(guān)投資、運(yùn)維行成本及農(nóng)使用年限填進(jìn)行評(píng)價(jià)購(gòu)。2、對(duì)于蟲(chóng)空調(diào)系藝統(tǒng)中，夜系統(tǒng)的陸節(jié)能與油減排具從有統(tǒng)一糕性。熱