北京某地源熱泵系統(tǒng)實例講義

地源熱泵系統(tǒng)實例分析

2009年2月工程概況內(nèi)容介紹實際運行情況現(xiàn)行運行數(shù)據(jù)與改造前對比分析本系統(tǒng)與其它熱泵系統(tǒng)對比分析本系統(tǒng)與其它空調(diào)系統(tǒng)對比分析開頭語一、引言

建設工程項目成功與否的標志在于項目的目標能否實現(xiàn)。而在項目實施的過程中，影響項目目標實現(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。開頭語

地源熱泵系統(tǒng)是將低品位熱量轉(zhuǎn)換成高品位熱量進行供熱、制冷的新型能源利用方式之一。與使用燃煤、燃氣、燃油等常規(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；燃氣爐為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，甚至無法啟動)。地源熱泵系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能、一機多用、維護量小、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、能源重復利用等優(yōu)點而得以推廣。據(jù)美國環(huán)保署估計，一套設計安裝良好的地源熱泵系統(tǒng)平均可以節(jié)約(30～40)%的運行費用，可減少污染物排放高達70%以上。開頭語

然而在實際工程應用中，很多地源熱泵項目因設計、施工及運行管理等問題，遠遠沒有發(fā)揮其應有的優(yōu)勢。下面通過對我單位實施的某地下水源熱泵系統(tǒng)改造前后的運行數(shù)據(jù)進行對比，以及與其它地源熱泵項目、與其他空調(diào)形式進行對比，說明了地源熱泵系統(tǒng)在運行中的經(jīng)濟性及影響其經(jīng)濟性的相關因素。二、工程概況

該項目位于海淀區(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4.2萬平方米，其中主樓2.8萬平方米，裙樓1.4萬平方米。共設LWP1800.2型水源熱泵機組7臺，單臺標稱功率123kW；鑿井7眼，深井泵7臺，單臺標稱功率37kW；抽取的地下水除沙后分別經(jīng)7臺板式換熱器與機組進行熱交換，作為機組的冷熱源；井水側二次水循環(huán)泵7臺，單臺標稱功率15kW；末端循環(huán)泵7臺，單臺標稱功率18.5kW。系統(tǒng)于2004年6月建成并部分投入使用，運行效果較差，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)所進行熱泵系統(tǒng)改造設計、北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司進行了系統(tǒng)改造施工、調(diào)試，并承擔了空調(diào)系統(tǒng)的日常運行維護管理工作。改造后主樓利用原有水源熱泵機組5臺，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，標稱功率55kW并配ABB變頻器3臺，井水經(jīng)除沙器及電子水處理儀處理后直接進入機組，無井水側二次循環(huán)泵；使用原末端循環(huán)泵5臺；末端設備采用新風機組加風機盤管進行冬季供暖及夏季供冷。其中新風機組17臺，合計71.1kW；風機盤管542臺，合計20.3kW。裙樓利用原有水源熱泵機組2臺；井水部分與主樓共用，使用原末端循環(huán)泵2臺。二、工程概況

本文以主樓地源熱泵系統(tǒng)07年冬季及08年夏季運行數(shù)據(jù)進行分析，在下文中將改造后的主樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)簡稱為本系統(tǒng)。本系統(tǒng)運行以來，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、動水位15.3m，差為3.17m；井水含沙量小于二十萬分之一。依此數(shù)據(jù)判定地下水系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定。三、本系統(tǒng)運行情況熱泵機組開啟3臺的時間占總運行時間7%以下、開啟2臺時間占74.5%、開啟1臺時間占18.5%；深井泵及變頻器從06年10月運行以來最多開啟1臺，夏季平均運行頻率為74%、冬季平均運行頻率為77.2%；末端循環(huán)泵最多開啟2臺。末端供回水溫差大多在2.5～4.8℃之間，系統(tǒng)運行效率較高。三、本系統(tǒng)運行情況三、本系統(tǒng)運行情況表1：07年供暖季及08年制冷季統(tǒng)計數(shù)據(jù)運行工況相關參數(shù)供暖季制冷季備注主樓建筑面積（m2）2800028000

用電量冷暖機房（kW·h）600255204233.4

末端（kW·h）128596.944155.4

小計（kW·h）728851.9248388.8含過渡季通風電耗實際運行天數(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：為方便對比分析，在本文中對同一系統(tǒng)進行對比時，折合電耗單位為千瓦·時/每平方米·每天（kW·h/m2·d）；對不同系統(tǒng)進行對比時，折合為標煤千克/每平方米·每年（Kg/m2·a），在將電耗折合成標煤數(shù)據(jù)參考2004年全國平均火力發(fā)電煤耗，即1kWh電力折合為354g標準煤。表1分別統(tǒng)計了機房與末端的電耗數(shù)據(jù)。由于原系統(tǒng)運行能耗數(shù)據(jù)無從考究，在與原系統(tǒng)進行對比過程中，根據(jù)原運行人員口述系統(tǒng)設備投入運行的情況做簡要對比。四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對比原系統(tǒng)于2004年6月建成并部分投入使用。運行中地下井水能量短路及含沙量嚴重超標，加上板換兩側流體之間的換熱效率低下、運行維護不善，致使系統(tǒng)井水側水路嚴重堵塞。系統(tǒng)長期處于大流量小溫差運行狀態(tài)：為滿足一臺熱泵機組的正常工作需開啟深井泵4臺、井水側二次循環(huán)泵3臺、末端循環(huán)泵3臺，井水側及板換側溫差均工作在2℃以下。末端溫度不能有效提升，為滿足末端負荷需求進而增開末端循環(huán)泵，無形之中又增加了熱泵對冷熱源需求。如此反復惡性循環(huán)，造成系統(tǒng)運行效率低下、熱泵機組啟停頻繁、外管線土方塌陷等問題。四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對比

表2列出了改造前后一臺熱泵機組滿負荷運行工況下所投入的設備，圖表1為改造前后節(jié)能情況對比。其中改造后的深井泵供一臺熱泵機組運行時只需給定70%的負荷，此時電流約為43A（在開式系統(tǒng)中適當下延回水管可降低深井泵揚程以達到節(jié)電的目的），合功率約22kW，故表2中改造后深井泵功率按22kW計算。四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對比四、本系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對比表2：改造前后設備投運情況對比對比項目投入設備改造前改造后改造后節(jié)省備

注熱泵機組kW123123無

深井泵kW4*3755/22126頻率給定70%井水側二次循環(huán)泵kW3*15無45

末端循環(huán)泵kW3*18.518.537

合

計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)對比圖表1四、蔑本系錄統(tǒng)與會改造煙前系搶統(tǒng)對錫比通過略以上猛數(shù)據(jù)產(chǎn)表明龜系統(tǒng)皂改造城是成幕功的騎。按朱表中睬計算與系統(tǒng)黨供暖仇季節(jié)蓋電39耽31胖20度；另制冷嘉季節(jié)士電25樹37擠60度，頸全年著共節(jié)炭電64伍68死80度，砌比原押系統(tǒng)晝節(jié)電56駕%。四、鋪本系降統(tǒng)與搭改造光前系飼統(tǒng)對仇比通過植對比爛，可槍以分蘭析得幼出原庫系統(tǒng)腸出現(xiàn)辭高能六耗的撥原因巴：1、系謝統(tǒng)設五計不攔合理撇。單州臺深耀井泵構抽水土后經(jīng)著一臺貸板換館換熱假后回棍灌，扶能量額利用狼不夠外充分徐；地飽下水抱系統(tǒng)災存在遲能量痛短路荒現(xiàn)象膛。2、施平工組心織不用得力靜，成談井質(zhì)器量不多高。摸井水溫含沙搭量嚴戲重超丑標，飄造成六井周跡圍抽依空導罪致地筒面塌明陷。亦提高稍成井蛾質(zhì)量漏可以賣解決浪井水蹲含沙景量過桃大的即問題沒，可佩去除須井水眾側的客二次堂循環(huán)跪設備倆能耗腹及板伶換換服熱的桃溫差護損失蛇，有遵利于另實現(xiàn)華井水破的10周0%回灌罩。四、然本系錯統(tǒng)與榮改造榮前系鉛統(tǒng)對攤比3、運蛾行維紡護不勒得力衰。運愉維人這員未掃定期端除沙案，對攔系統(tǒng)醉運行渴原理姻理解悶不夠璃，造洲成系票統(tǒng)管蝦路嚴衛(wèi)重堵婆塞（頌如圖1），鴉增加零了水倡阻而雨降低作了深尤井泵確的運鳳行效駛率；脫在井貫水供仁應不值足的致條件損下增袖開末程端循帳環(huán)泵豎，造鹿成末京端系沉統(tǒng)大昨流量梯小溫雕差運乒行。四、臭本系漁統(tǒng)與茄改造嘩前系頃統(tǒng)對雪比本次書同系卸統(tǒng)對份比分賢析數(shù)光據(jù)來廈源于謊北京崇市地嚼質(zhì)調(diào)壟查研搭究院識王澤替龍工陡程師泛所做艘的《北京燈市平方原區(qū)蔽淺層柔地溫讀能資廣源地軋質(zhì)勘廳查項碎目－欠淺層涼地溫問能資割源開劃發(fā)利本用經(jīng)謹濟效紛益分脆析研蜓究》。文興中參余與分集析研撿究的遼項目燥為30個，珠其中猾地埋敬管地饞源熱警泵項嶺目5個，壤地下老水地飄源熱景泵25個；鏟有制哈冷數(shù)帶據(jù)的砌項目27個，暖有采異暖數(shù)貫據(jù)的飯項目29個。因多評數(shù)項屑目的崇末端笛風機承盤管伙或新死風機泳組的蜓電耗懇沒有項單獨寫計量偵，故企在本格節(jié)的塞對比屬分析路中不營計算竹末端紹設備架能耗月。五、族本系徐統(tǒng)與聯(lián)其它炒地源藏熱泵賴系統(tǒng)艇對比表3本系統(tǒng)電耗與其它地源熱泵系統(tǒng)電耗對比項目指標運行工況參與分析項目電耗本系統(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、籍本系摩統(tǒng)與融其它裹地源嬌熱泵葛系統(tǒng)緞對比從表3可知譜，本董系統(tǒng)幫供暖廣季電敲耗0.膛11尺3k脊W·犯h/岔(m2·d冷)，接驅(qū)近同陣系統(tǒng)計最小方值；牢比同差系統(tǒng)饒平均恭值節(jié)篩電59屬.9與%，供磚暖季龍合計臨少耗愚電89澡00畫40棉k起W·壘h；比妙同系落統(tǒng)最房誠大值自節(jié)電78古.6佛%。制仰冷季唉電耗0.賺06沙k尺W·止h/墨(m2·d炮)，低宏于同遇系統(tǒng)幸最小妹值；顫比同膀系統(tǒng)燦平均污值節(jié)千電65僚.5吉%，制刺冷季保合計假少耗醒電38束77歲47搖.5逃k狗W·煤h；比艦同系淡統(tǒng)最研大值盟節(jié)電84新%。熱泵歲系統(tǒng)自單位盡面積您電耗宅差距脊較大餡。供尺暖季僻最大腸值是座最小偽值的4.步75倍；樓制冷臨季最棉大值體是最冰小值偶的6.懲37倍。五、悼本系另統(tǒng)與碰其它駝地源追熱泵街系統(tǒng)口對比以此祖分析奮數(shù)據(jù)卡可以闊看出煌：1、熱叮泵系幕統(tǒng)運椅行能頑耗效斧率差李距較仆大，嗚在日于后的畢推廣抵與發(fā)仗展中姐還需臂不斷必進行植優(yōu)化畜與完趟善。2、熱窮泵系奮統(tǒng)專戰(zhàn)業(yè)性串強。紅為充關分發(fā)們揮其迎節(jié)能沖、環(huán)依保等交優(yōu)勢譜，還盼需我湯們延賤伸服爬務范順圍，沙從項吳目全世壽命會周期勿出發(fā)烘，加齊強日羅后運磚行維煉護管悠理隊卷伍的壁建設緣瑞，以父充分皆體現(xiàn)粱地源帝熱泵縱工程趴的價奇值。3、熱稱泵系池統(tǒng)是柱一項收好技碧術，挨但是豎能否芹達到育節(jié)能競效果盤，則克需要亭對項忽目實饞施的屠各個施階段仔嚴格挺把關鋸，最秩重要薯的環(huán)鼠節(jié)是銜地下舊系統(tǒng)納的施均工質(zhì)羽量。五、朱本系搖統(tǒng)與再其它闊地源民熱泵幻玉系統(tǒng)例對比與其假它采榨暖系誕統(tǒng)進靠行對車比的似資料羊為：生中國君國際鴉工程醒咨詢溝公司20尿01年所菜做的《北京閣城市躬采暖姥供熱糟方式毯研究》，該證報告天中計幣算了剛各種淡采暖襲方式裙折合畫為標突準煤集的能門耗和南污染房誠物的奔排放舍量。六、民本系虛統(tǒng)與漫其它悉采暖半空調(diào)辰系統(tǒng)訂對比六、右本系翁統(tǒng)與擇其它籠采暖盛空調(diào)夾系統(tǒng)攤對比

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采暖方式單位面積能耗熱效率折算標煤(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

燃氣爐17.35(Nm3/m2·a)0.820.8243.42.95直燃機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、逐本系剪統(tǒng)與千其它廣采暖直空調(diào)省系統(tǒng)激對比圖表2六、場本系類統(tǒng)與注其它斜采暖貸空調(diào)作系統(tǒng)讀對比圖表3本系棟統(tǒng)供怪暖季他能耗梳折合胡為煤糖耗為9.座21喘Kg遮/m2?季，哭與其雨它采合暖方社式相鑼比能糟耗最果低?？c城付市熱掀網(wǎng)采撇暖相誘比每橡平方藝米每節(jié)季少斧耗煤12逼.5財2K描g/蔽m2?季，娛節(jié)能58斤%，每辟平方罪米每潑季少監(jiān)排二稼氧化駐硫32渡6克/m2?季、哨氮氧積化物12厭1.尺7克/m2?季、斜煙塵34需.8克/m2?季；獅與蓄顛熱式熊電鍋掀爐相予比每漸平方懷米每陵季少戀耗煤47遲.8耽9K罷g/瓜m2?季，顫節(jié)能83掀.9赴%；與聲電熱慌膜相蹤蝶比每經(jīng)平方哲米每辣季少穴耗煤45伸.0體2K離g/奸m2?季，捕節(jié)能83帶%；與效壁掛茫式燃歉氣爐孝相比繪每平滔方米殲每季砍少耗額煤11養(yǎng).6勉1K屋g/似m2?季，辟節(jié)能55看.8狠%，每劣平方廊米每數(shù)季少悔排氮偵氧化喉物43測.4克/m2?季、噸煙塵2.沖95克/m2?季；汽與直猴燃機標相比巴每平務方米飛每季邀少耗倚煤10掉.3晝8K婚g/憲m2?季，扮節(jié)能53義%，每亭平方間米每將季少鼠排氮供氧化快物40況.8克/m2?季、懸煙塵2.挽8克/m2?季。六、僚本系書統(tǒng)與褲其它劣采暖若空調(diào)煩系統(tǒng)耐對比六、坊本系營統(tǒng)與依其它剩采暖俯空調(diào)趁系統(tǒng)割對比表5：本系統(tǒng)制冷與冷水機組制冷能耗表指標采暖方式單位面積能耗折算標煤(Kg/m2.a)冷水機組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、障本系蹲統(tǒng)與撞其它殊采暖禮空調(diào)護系統(tǒng)忽對比圖表4本系爭統(tǒng)制癢冷季點折合曠煤耗香為3.罵15摘K帶g/罩m2宰?季，朗與冷骨水機井組制危冷相絲式比少而耗煤3.蝕89搖Kg緒/m脹2?季，味節(jié)能55瘡.3借%。六、蘋本系煌統(tǒng)與碑其它告采暖饑空調(diào)樂系統(tǒng)跟對比

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

系統(tǒng)類型采暖季折算標準煤(Kg/m2.a)制冷季折算標準煤(Kg/m2.a)年折算標準煤(Kg/m2.a)城市熱網(wǎng)+冷水機組21.737.0428.77蓄熱式電鍋爐+冷水機組57.17.0464.14電熱膜+冷水機組54.237.0461.27壁掛式燃氣爐+冷水機組20.827.0427.86直燃機+冷水機組19.597.0426.63本系統(tǒng)(地源熱泵)9.213.1512.36六、千本系微統(tǒng)與頌其它抹采暖讓空調(diào)涂系統(tǒng)于對比圖表5本系薦統(tǒng)年火能耗正折合與標煤頸為12皆.3浮6K噴g/涂m2?年。蛋與城倚市熱普網(wǎng)+冷水協(xié)機組齒相比懇少耗冠煤16申.4匆1K字g/尼m2?年，崖節(jié)能57鴉%；與棕蓄熱協(xié)式電凳鍋爐+冷水飯機組鄭相比養(yǎng)少耗脾煤51教.7蕉8K借g/走m2?年，記節(jié)能80棵.7炎%；與革電熱與膜+冷水豎機組予相比腹少耗插煤48干.9近1K慕g/樂m2?年，抄節(jié)能79免.8青%；與五壁掛德式燃屈氣爐+冷水別機組繭相比輛少耗文煤15伴.5弄Kg塘/m2?年，旺節(jié)能55喜.6聯(lián)%；與箭直燃用機+冷水艦機組買相比油少耗蠟煤14配.2蛇7K約g/謹m2?年，豈節(jié)能53年.6燒%。六、隊本系貧統(tǒng)與辜其它續(xù)采暖礦空調(diào)嘆系統(tǒng)販對比從以糟上分河析數(shù)鞏據(jù)可挎以看雞出：1、地廚源熱凡泵空副調(diào)系壟統(tǒng)運間行費鼓用最燈低。談其全船壽命黑周期雅價值暢可因抗此而料趨于尺最佳踩。系典統(tǒng)的賺經(jīng)濟居性可渠根據(jù)紡建設眼投資燭、運春行成厚本及練使用極年限桌進行輸評價僵。2、對郊于空婦調(diào)系中統(tǒng)中鍛，系蜓統(tǒng)的參節(jié)能碼與減什排具徹有統(tǒng)博一性聰。熱政泵系耽統(tǒng)沒燙有直瞧接排捕放、端其能卡耗小隙，間攀接排蜓放相頸對較環(huán)低，墻因此殃是日寶前理構想的坐空調(diào)收系統(tǒng)捉。六、