0 引言

當(dāng)前，基于常規(guī)能源價(jià)格上漲、環(huán)境壓力不斷加大，在國家及地方政府的推動(dòng)下，利用淺層地?zé)崮茏鳛榻ㄖ锕├?、供熱的地源熱泵技術(shù)，其應(yīng)用規(guī)模正不斷擴(kuò)大。至于在實(shí)際工程中，地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效果究竟如何，是否能在滿足室內(nèi)舒適度要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，則需要通過地源熱泵系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、能效評(píng)估來進(jìn)行驗(yàn)證。本文將以匯豐凱苑公寓式酒店為例，對(duì)其地源熱泵系統(tǒng)冬、夏兩季的運(yùn)行工況進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況，對(duì)機(jī)組、系統(tǒng)的性能系數(shù)及節(jié)能效果進(jìn)行計(jì)算分析和評(píng)估。

1 項(xiàng)目概況

匯豐凱苑公寓式酒店系匯豐凱苑項(xiàng)目的主要商業(yè)配套之一，位于匯豐凱苑項(xiàng)目的東北角。項(xiàng)目建筑用地面積9 478m2，總建筑面積23 146m2，地上總建筑面積15 982m2，地下建筑總面積7 164m2。

匯豐凱苑公寓式酒店為框架剪力墻結(jié)構(gòu)（局部鋼結(jié)構(gòu)），建筑高度75.3m，地下2層，主樓地上16層，裙房地上3層；其中，1層主要為門廳，2層主要為餐飲，3、4層主要為活動(dòng)室，5～15層主要為公寓式酒店，16層主要為會(huì)議室，地下層為停車庫、水泵房、排風(fēng)機(jī)房、地源熱泵機(jī)房及設(shè)備房。

（1）本項(xiàng)目土壤源熱泵系統(tǒng)采用垂直地埋管系統(tǒng)，雙U型埋管，埋管深度100m，埋管間距4m×4m，總埋管數(shù)387根。制冷機(jī)房設(shè)置于地下2層，設(shè)置2臺(tái)螺桿式地源熱泵機(jī)組（帶部分熱回收型）提供空調(diào)冷熱源，1臺(tái)單冷螺桿式冷水機(jī)組（帶冷卻塔）提供空調(diào)冷源；另設(shè)置1臺(tái)渦旋式地源熱泵機(jī)組（不帶熱回收型），常年提供生活熱水，夏季提供部分空調(diào)系統(tǒng)冷量（圖1、表1）。

（2）本項(xiàng)目空調(diào)水系統(tǒng)為兩管制一級(jí)泵系統(tǒng)，采用變流量系統(tǒng)，裙房空調(diào)水管為異程，主樓的風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)水管為同程，冷凍水泵分為兩用一備、一用一備、一用一備共3組，分別與螺桿式地源熱泵機(jī)組（帶熱回收型）、單冷螺桿式冷水機(jī)組、渦旋式地源熱泵機(jī)組（不帶熱回收型）對(duì)應(yīng)運(yùn)行。

圖1 地源熱泵機(jī)房系統(tǒng)圖

表1 冷熱源機(jī)組性能表

（3）本項(xiàng)目小開間辦公室等采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤管采用頂送風(fēng)頂回風(fēng)，新風(fēng)直接送至室內(nèi)；大空間部位采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)，高度大的多功能廳采用旋流風(fēng)口頂送、頂回，新風(fēng)采用全熱交換器新風(fēng)換氣機(jī)。

2 檢測(cè)、能效評(píng)估方案

2.1 檢測(cè)、能效評(píng)估依據(jù)

根據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50801—2013）（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）的規(guī)定，可再生能源建筑應(yīng)用竣工圖紙、驗(yàn)收資料、運(yùn)行調(diào)試資料等實(shí)施地源熱泵系統(tǒng)檢測(cè)、能效評(píng)估工作，其中，《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的檢測(cè)及能效評(píng)估方法、內(nèi)容等均做了規(guī)定。

2.2 檢測(cè)、能效評(píng)估內(nèi)容

按照標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，本項(xiàng)目性能檢測(cè)、能效評(píng)估的主要內(nèi)容如下，且檢測(cè)用主要儀器見表2（儀器均經(jīng)過標(biāo)定并在有效期內(nèi)）。

（1）性能檢測(cè)的主要內(nèi)容包括熱泵機(jī)組能效比、熱泵系統(tǒng)能效比、室內(nèi)溫濕度等。

（2）能效評(píng)估的主要內(nèi)容包括全年常規(guī)能源替代量、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益等。

3 檢測(cè)結(jié)果計(jì)算分析

3.1 檢測(cè)要求

在冬、夏兩季運(yùn)行工況下，本項(xiàng)目地源熱泵機(jī)組性能檢測(cè)在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行1h后，機(jī)組負(fù)荷達(dá)到機(jī)組額定值的80%以上時(shí)進(jìn)行，且檢測(cè)時(shí)間不少于2h；地源熱泵系統(tǒng)性能檢測(cè)在系統(tǒng)供冷或供熱運(yùn)行15d后，系統(tǒng)負(fù)荷率達(dá)到60%以上時(shí)進(jìn)行，且檢測(cè)時(shí)間不少于4d[1]。

表2 檢測(cè)主要儀器

3.2 檢測(cè)結(jié)果計(jì)算分析

夏季工況檢測(cè)期間，室外平均溫度為35.0℃，平均相對(duì)濕度為58.2%；室內(nèi)平均溫度為25.4℃，平均相對(duì)濕度為56.3%。冬季工況檢測(cè)期間，室外平均溫度為2.5℃，平均相對(duì)濕度為60.9%；室內(nèi)平均溫度為20.3℃，平均相對(duì)濕度為 44.2%。

3.2.1 檢測(cè)條件下熱泵機(jī)組能效比

熱泵機(jī)組制冷能效比、制熱性能系數(shù)按公式（1）、（2）計(jì)算[1]。

式中， EER—熱泵機(jī)組的制冷能效比；

COP—熱泵機(jī)組的制熱性能系數(shù)；

Q—檢測(cè)期間機(jī)組的平均制冷量或制熱量(kW)；

Ni—檢測(cè)期間機(jī)組的平均輸入功率（kW）；

V—熱泵機(jī)組室內(nèi)側(cè)平均流量（m3/h）；

Δtw—熱泵機(jī)組室內(nèi)側(cè)進(jìn)出口介質(zhì)平均溫差(℃ )；

ρ—冷介質(zhì)或熱介質(zhì)平均密度（kg/m3）；

c —冷介質(zhì)或熱介質(zhì)平均定壓比熱[kJ/（kg·℃）]。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，按照公式（1）～（3），計(jì)算出檢測(cè)條件下，該地源熱泵機(jī)組制冷能效比為6.12，制熱性能系數(shù)為4.71，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 檢測(cè)條件下熱泵系統(tǒng)能效比

系統(tǒng)制冷能效比、系統(tǒng)制熱性能系數(shù)按式（4）、（5）計(jì)算[1]。

式中， EERsys—熱泵系統(tǒng)的制冷能效比；

COPsys—熱泵系統(tǒng)的制熱性能系數(shù)；Qsc—系統(tǒng)檢測(cè)期間的制冷量累計(jì)值（kW·h）；

QSH—系統(tǒng)檢測(cè)期間的制熱量累計(jì)值（kW·h）；

ΣNi—系統(tǒng)檢測(cè)期間，熱泵機(jī)組電量消耗累計(jì)值（kW·h）；

ΣNj—系統(tǒng)檢測(cè)期間，水泵電量消耗累計(jì)值（kW·h）。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，按照公式（4）～（7），計(jì)算出檢測(cè)期間，該地源熱泵系統(tǒng)的制冷能效比為3.45、制熱性能系數(shù)為3.30，檢測(cè)結(jié)果滿足《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50801—2013）中系統(tǒng)性能級(jí)別2級(jí)的要求。

4 能效評(píng)估

4.1 節(jié)能效益評(píng)估

節(jié)能效益主要為地源熱泵系統(tǒng)常規(guī)能源替代量，即傳統(tǒng)系統(tǒng)的總能耗與地源熱泵系統(tǒng)總能耗之差。關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算方法如下。

4.1.1 全年累計(jì)冷負(fù)荷、熱負(fù)荷[1]

（1）根據(jù)檢測(cè)期間室外氣象參數(shù)以及地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)測(cè)制熱量，采用度日法計(jì)算供暖季累計(jì)熱負(fù)荷。

（2）根據(jù)檢測(cè)期間室外氣象參數(shù)以及地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)測(cè)制冷量，采用溫頻法計(jì)算供冷季累計(jì)冷負(fù)荷。

4.1.2 傳統(tǒng)系統(tǒng)的總能耗

（1）供暖季采暖系統(tǒng)能耗：選取以煤作為傳統(tǒng)能源的采暖系統(tǒng)為比較對(duì)象，采暖系統(tǒng)運(yùn)行效率取0.70，標(biāo)準(zhǔn)煤熱值取29.307MJ/kgce；

（2）供冷季空調(diào)系統(tǒng)能耗：選取常規(guī)制冷空調(diào)系統(tǒng)作為比較對(duì)象，常規(guī)制冷空調(diào)系統(tǒng)能效比取2.6（地源熱泵機(jī)組容量為876.9kW）。

4.1.3 地源熱泵系統(tǒng)全年能耗量

根據(jù)實(shí)測(cè)的地源熱泵系統(tǒng)能效比與建筑全年累計(jì)冷、熱負(fù)荷計(jì)算地源熱泵系統(tǒng)全年能耗量。地源熱泵系統(tǒng)常規(guī)能源替代量計(jì)算結(jié)果見表3。

4.2 環(huán)境效益評(píng)估

依據(jù)地源熱泵系統(tǒng)節(jié)能效益計(jì)算結(jié)果，對(duì)CO2、SO2和粉塵的減排量進(jìn)行評(píng)估：CO2減排量Qco2=2.47Qs；SO2排放量QSO2=0.02Qs；粉塵減排量QFC=0.01Qs。式中的2.47，0.02，0.01為標(biāo)準(zhǔn)煤的各污染物排放因子，計(jì)算結(jié)果見表4。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

地源熱泵系統(tǒng)的年節(jié)約費(fèi)用Cs按下式計(jì)算：[1]

式中， Cs—地源熱泵系統(tǒng)年節(jié)約費(fèi)用（元/年）；

Qs—常規(guī)能源替代量（kgce）；

q—標(biāo)準(zhǔn)煤熱值（MJ/kgce），取29.307MJ/kgce；

P—常規(guī)能源價(jià)格（元/ kW·h），本項(xiàng)目以煤作為常規(guī)能源，標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格取值為1 000 元 /t。

表3 地源熱泵系統(tǒng)常規(guī)能源替代量

表4 污染物減排量

經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目年節(jié)約費(fèi)用約987 483元。

5 結(jié)語

綜上所述，我們可以得到以下結(jié)論。

（1）地源熱泵系統(tǒng)檢測(cè)期間，該項(xiàng)目夏季室內(nèi)平均溫度25.4℃，平均相對(duì)濕度56.3%；冬季室內(nèi)平均溫度20.3℃，平均相對(duì)濕度44.2%。滿足空調(diào)系統(tǒng)夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度25℃、相對(duì)濕度40%～65%，以及冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度20℃、相對(duì)濕度30%～60%的要求。

（2）根據(jù)冬、夏兩季地源熱泵系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果，地源熱泵機(jī)組制冷能效比為6.12，機(jī)組制熱性能系數(shù)為4.71，地源熱泵系統(tǒng)制冷能效比為3.45，系統(tǒng)制熱性能系數(shù)為3.30。機(jī)組性能系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)性能系數(shù)達(dá)到《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中的2級(jí)要求。

（3）根據(jù)節(jié)能效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估結(jié)果，地源熱泵系統(tǒng)全年常規(guī)能源替代量為121.3tce，減排CO2299.6t ，減排SO22.4t ，減排粉塵1.2t ，可節(jié)約費(fèi)用約98.75萬元/a。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB/T 50801—2013 可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.