北京某地源热泵系统实例讲义

地源热泵系统实例分析

2009年2月工程概况内容介绍实际运行情况现行运行数据与改造前对比分析本系统与其它热泵系统对比分析本系统与其它空调系统对比分析开头语一、引言

建设工程项目成功与否的标志在于项目的目标能否实现。而在项目实施的过程中，影响项目目标实现的因素众多，其中包括组织因素、人的因素以及使用的方法与工具等。开头语

地源热泵系统是将低品位热量转换成高品位热量进行供热、制冷的新型能源利用方式之一。与使用燃煤、燃气、燃油等常规能源方式相比，其能量利用率为3.5以上(燃煤为0.65～0.85；燃油炉为0.7～0.9；燃气炉为0.8～0.85；电锅炉电热膜的理想值也只能接近于1；空气源热泵系统可做到2.5，但在恶劣天气下效率低，甚至无法启动)。地源热泵系统以其环保、节能、一机多用、维护量小、系统运行稳定、能源重复利用等优点而得以推广。据美国环保署估计，一套设计安装良好的地源热泵系统平均可以节约(30～40)%的运行费用，可减少污染物排放高达70%以上。开头语

然而在实际工程应用中，很多地源热泵项目因设计、施工及运行管理等问题，远远没有发挥其应有的优势。下面通过对我单位实施的某地下水源热泵系统改造前后的运行数据进行对比，以及与其它地源热泵项目、与其他空调形式进行对比，说明了地源热泵系统在运行中的经济性及影响其经济性的相关因素。二、工程概况

该项目位于海淀区，原地源热泵系统由北京某地源热泵施工单位承建，总建筑面积4.2万平方米，其中主楼2.8万平方米，裙楼1.4万平方米。共设LWP1800.2型水源热泵机组7台，单台标称功率123kW；凿井7眼，深井泵7台，单台标称功率37kW；抽取的地下水除沙后分别经7台板式换热器与机组进行热交换，作为机组的冷热源；井水侧二次水循环泵7台，单台标称功率15kW；末端循环泵7台，单台标称功率18.5kW。系统于2004年6月建成并部分投入使用，运行效果较差，不能满足正常的使用要求。二、工程概况

2006年初由建研院空调所进行热泵系统改造设计、北京市地质矿产勘查开发总公司进行了系统改造施工、调试，并承担了空调系统的日常运行维护管理工作。改造后主楼利用原有水源热泵机组5台，钻凿抽水井3眼、回灌井3眼、水量调节池1眼，新安装深井泵3台，标称功率55kW并配ABB变频器3台，井水经除沙器及电子水处理仪处理后直接进入机组，无井水侧二次循环泵；使用原末端循环泵5台；末端设备采用新风机组加风机盘管进行冬季供暖及夏季供冷。其中新风机组17台，合计71.1kW；风机盘管542台，合计20.3kW。裙楼利用原有水源热泵机组2台；井水部分与主楼共用，使用原末端循环泵2台。二、工程概况

本文以主楼地源热泵系统07年冬季及08年夏季运行数据进行分析，在下文中将改造后的主楼地源热泵空调系统简称为本系统。本系统运行以来，井水出水温度最高16.3℃，最低15.3℃；利用温差大多在3.5～7℃之间；单井出水量大于180m3/h；静水位30.15m、动水位约30.5m；抽水降深为0.35m±8%；水量调节池静水位为12.13m、动水位15.3m，差为3.17m；井水含沙量小于二十万分之一。依此数据判定地下水系统运行较为稳定。三、本系统运行情况热泵机组开启3台的时间占总运行时间7%以下、开启2台时间占74.5%、开启1台时间占18.5%；深井泵及变频器从06年10月运行以来最多开启1台，夏季平均运行频率为74%、冬季平均运行频率为77.2%；末端循环泵最多开启2台。末端供回水温差大多在2.5～4.8℃之间，系统运行效率较高。三、本系统运行情况三、本系统运行情况表1：07年供暖季及08年制冷季统计数据运行工况相关参数供暖季制冷季备注主楼建筑面积（m2）2800028000

用电量冷暖机房（kW·h）600255204233.4

末端（kW·h）128596.944155.4

小计（kW·h）728851.9248388.8含过渡季通风电耗实际运行天数189122

单位用电量（kW·h/m2·d）0.1380.073含末端（kW·h/m2·d）0.1130.06不含末端折算标煤（Kg/m2·a）9.213.15含末端（Kg/m2·a）7.592.58不含末端备注：为方便对比分析，在本文中对同一系统进行对比时，折合电耗单位为千瓦·时/每平方米·每天（kW·h/m2·d）；对不同系统进行对比时，折合为标煤千克/每平方米·每年（Kg/m2·a），在将电耗折合成标煤数据参考2004年全国平均火力发电煤耗，即1kWh电力折合为354g标准煤。表1分别统计了机房与末端的电耗数据。由于原系统运行能耗数据无从考究，在与原系统进行对比过程中，根据原运行人员口述系统设备投入运行的情况做简要对比。四、本系统与改造前系统对比原系统于2004年6月建成并部分投入使用。运行中地下井水能量短路及含沙量严重超标，加上板换两侧流体之间的换热效率低下、运行维护不善，致使系统井水侧水路严重堵塞。系统长期处于大流量小温差运行状态：为满足一台热泵机组的正常工作需开启深井泵4台、井水侧二次循环泵3台、末端循环泵3台，井水侧及板换侧温差均工作在2℃以下。末端温度不能有效提升，为满足末端负荷需求进而增开末端循环泵，无形之中又增加了热泵对冷热源需求。如此反复恶性循环，造成系统运行效率低下、热泵机组启停频繁、外管线土方塌陷等问题。四、本系统与改造前系统对比

表2列出了改造前后一台热泵机组满负荷运行工况下所投入的设备，图表1为改造前后节能情况对比。其中改造后的深井泵供一台热泵机组运行时只需给定70%的负荷，此时电流约为43A（在开式系统中适当下延回水管可降低深井泵扬程以达到节电的目的），合功率约22kW，故表2中改造后深井泵功率按22kW计算。四、本系统与改造前系统对比四、本系统与改造前系统对比表2：改造前后设备投运情况对比对比项目投入设备改造前改造后改造后节省备

注热泵机组kW123123无

深井泵kW4*3755/22126频率给定70%井水侧二次循环泵kW3*15无45

末端循环泵kW3*18.518.537

合

计kW371.5163.5208

日耗电量kW·h371516352080按每天工作10h耗电量供暖季kW·h70213530901539312007年供暖189天制冷季kW·h45323019947025376008年制冷122天四、本系统与改造前系统对比图表1四、本系统与改造前系统对比

通过以上数据表明系统改造是成功的。按表中计算系统供暖季节电393120度；制冷季节电253760度，全年共节电646880度，比原系统节电56%。四、本系统与改造前系统对比

通过对比，可以分析得出原系统出现高能耗的原因：1、系统设计不合理。单台深井泵抽水后经一台板换换热后回灌，能量利用不够充分；地下水系统存在能量短路现象。2、施工组织不得力，成井质量不高。井水含沙量严重超标，造成井周围抽空导致地面塌陷。提高成井质量可以解决井水含沙量过大的问题，可去除井水侧的二次循环设备能耗及板换换热的温差损失，有利于实现井水的100%回灌。四、本系统与改造前系统对比

3、运行维护不得力。运维人员未定期除沙，对系统运行原理理解不够，造成系统管路严重堵塞（如图1），增加了水阻而降低了深井泵的运行效率；在井水供应不足的条件下增开末端循环泵，造成末端系统大流量小温差运行。四、本系统与改造前系统对比本次同节系统对紫比分析泥数据来打源于北窄京市地去质调查砍研究院飞王泽龙生工程师拴所做的《北京市屡平原区秃浅层地锄温能资件源地质咏勘查项揪目－浅意层地温傲能资源钻开发利季用经济拘效益分秀析研究》。文中参桌与分析研刑究的项目纳为30个，其辉中地埋甜管地源逼热泵项争目5个，地山下水地见源热泵25个；有制些冷数据的流项目27个，有采贪暖数据的泼项目29个。因多数项打目的末端胜风机盘管跑或新风机压组的电耗流没有单独鸡计量，故误在本节的竖对比分析廊中不计算拨末端设备哥能耗。五、本鲜系统与炉其它地巷源热泵鼠系统对历比表3本系统电耗与其它地源热泵系统电耗对比项目指标运行工况参与分析项目电耗本系统最大值平均值最小值样本数含末端不含末端运行天数供暖季kW·h/(m2•d)0.5270.2810.111290.1380.113189制冷季kW·h/(m2•d)0.3820.1740.067270.0730.06122五、本掩系统与钉其它地锁源热泵喂系统对桥比从表3可知，本草系统供暖畅季电耗0.1赖13k梁W·h敏/(m2·d)，接近同沙系统最小缎值；比同蚊系统平均恳值节电59.9逝%，供暖花季合计似少耗电890狼040阁kW输·h；比同膜系统最没大值节饿电78.猪6%。制冷季漫电耗0.06希kW·胁h/(m2·d)，低于同邮系统最小紫值；比同伪系统平均君值节电65.搭5%，制冷愚季合计托少耗电387奇747锻.5封kW·本h；比同系长统最大值挽节电84%。热泵系统证单位面积劫电耗差距辆较大。供同暖季最大套值是最小跨值的4.7挪5倍；制竿冷季最锻大值是而最小值经的6.37倍。五、本钢系统与语其它地乳源热泵默系统对亲比以此分析送数据可以进看出：1、热泵系妖统运行能毅耗效率差歪距较大，厅在日后的熟推广与发脊展中还需骂不断进行膛优化与完栽善。2、热泵样系统专因业性强揭。为充踏分发挥根其节能俗、环保盯等优势食，还需饲我们延雨伸服务圆范围，穷从项目伟全寿命默周期出苹发，加壤强日后撕运行维逢护管理融队伍的棚建设，乡丰以充分隙体现地袭源热泵盾工程的办价值。3、热泵仪系统是撑一项好忙技术，任但是能匹否达到昂节能效卧果，则犹需要对厕项目实葡施的各讲个阶段关严格把起关，最熟重要的鸡环节是指地下系省统的施嫌工质量数。五、本骂系统与镇其它地荣源热泵劳系统对秤比与其它树采暖系佳统进行势对比的孔资料为子：中国找国际工碍程咨询肺公司200随1年所做的《北京城玻市采暖子供热方渐式研究》，该报类告中计辅算了各肉种采暖哭方式折手合为标闪准煤的虑能耗和粉污染物悬的排放判量。六、本腿系统与奏其它采序暖空调轿系统对巾比六、本匹系统与洲其它采煌暖空调翻系统对灿比

表4：本系统采暖与其它系统采暖能耗及污染物排放表指标采暖方式单位面积能耗热效率折算标煤(Kg/m2.a)So2

(g/m2.a)Nox

(g/m2.a)烟尘

(g/m2.a)城市热网21.73（Kg/m2·a）0.65～0.8521.73326121.734.8蓄热式

电锅炉142.72(kW·h/m2·a)0.9557.1

电热膜135.58(kW·h/m2·a)154.23

壁挂式

燃气炉17.35(Nm3/m2·a)0.820.8243.42.95直燃机16.33(Nm3/m2·a)0.8519.5940.82.8本系统

(地源热泵)26.03(kW·h/m2·a)3.59.21六、本盾系统与倘其它采每暖空调党系统对茎比图表2六、本系她统与其它浙采暖空调导系统对比图表3本系统辟供暖季拌能耗折许合为煤魔耗为9.2陕1Kg搭/m2•季，与谣其它采员暖方式坝相比能江耗最低动。与城目市热网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，节能58%，每平础方米每仪季少排甚二氧化棒硫326克/m2•季、氮仇氧化物121.仗7克/m2•季、烟尘34.读8克/m2•季；与垄蓄热式怜电锅炉怜相比每唇平方米本每季少厅耗煤47.弱89K球g/m2•季，节能83.熟9%；与电恭热膜相移比每平论方米每筐季少耗岸煤45.连02K就g/m2•季，节扎能83%；与壁喂挂式燃豪气炉相栋比每平喝方米每店季少耗伤煤11.横61K寺g/m2•季，节能55.8询%，每平嘱方米每忧季少排蛇氮氧化米物43.扣4克/m2•季、烟尘2.95克/m2•季；与直粒燃机相比惑每平方米胖每季少耗艺煤10.丘38K剪g/m2•季，节班能53%，每平驱方米每孟季少排波氮氧化页物40.8克/m2•季、烟息尘2.8克/m2•季。六、本大系统与态其它采像暖空调搂系统对尿比六、本启系统与井其它采葡暖空调徒系统对叹比表5：本系统制冷与冷水机组制冷能耗表指标采暖方式单位面积能耗折算标煤(Kg/m2.a)冷水机组19.89(kW·h/m2·a)7.04本系统(地源热泵)8.87(kW·h/m2·a)3.15六、本购系统与料其它采艰暖空调甜系统对引比图表4本系统制鼻冷季折合谦煤耗为3.15些Kg/眨m2•季，与冷劫水机组制圆冷相比少庙耗煤3.89蛮Kg/m呜2•季，节能55.3长%。六、本系疯统与其它以采暖空调哈系统对比

表6：不同空调系统总能耗统计表统计周期

系统类型采暖季折算标准煤(Kg/m2.a)制冷季折算标准煤(Kg/m2.a)年折算标准煤(Kg/m2.a)城市热网+冷水机组21.737.0428.77蓄热式电锅炉+冷水机组57.17.0464.14电热膜+冷水机组54.237.0461.27壁挂式燃气炉+冷水机组20.827.0427.86直燃机+冷水机组19.597.0426.63本系统(地源热泵)9.213.1512.36六、本系缴统与其它居采暖空调哀系统对比图表5本系统仪年能耗内折合标报煤为12.3放6Kg/削m2•年。与创城市热杏网+冷水机组飞相比少耗钓煤16.4献1Kg/斩m2•年，节赴能57%；与蓄牲热式电更锅炉+冷水机组犯相比少耗斯煤51.7舅8Kg/纸m2•年，节勒能80.7灰%；与电热率膜+冷水机组页相比少耗韵煤48.9拾1Kg/赠m2•年，节狂能79.担8%；与壁旧挂式燃识气炉+冷水机组经相比少耗丙煤15.属5Kg鼓/m2•年，节能55.6犬%；与直燃王机+冷水机组耐相比少耗拖煤14.译27K壤g/m2•年，节能53.沃6%。六、本系姐统与其它旷采暖空调须系统对比从以上典分析数突据可以建看出：1、地源热健泵空调系奏统运行费浪用最低。雄其全寿命益周期价值轮可因此而若趋于最佳大。系统的础经济性可诊根据建设关投资、运维行成本及农使用年限填进行评价购。2、对于虫空调系艺统中，夜系统的陆节能与油减排具从有统一糕性。热