文/寧昭允 郭虎，.身份證號(hào)：4078986030055；.身份證號(hào)：43698707904

綠色公共建筑地源熱泵系統(tǒng)供熱性能分析

文/寧昭允1郭虎2，1.身份證號(hào)：410728198603020551；2.身份證號(hào)：411326198707190412

近年來(lái)我國(guó)綠色建筑發(fā)展迅速，其中關(guān)于可再生能源系統(tǒng)應(yīng)用的分析研究也受到了廣泛關(guān)注。本文先是分析了綠色公共建筑的定義，接著舉例對(duì)地源熱泵系統(tǒng)供熱性能進(jìn)行了分析。

綠色公共建筑；地緣熱泵系統(tǒng)；供熱性能

1 綠色公共建筑的定義

綠色建筑是在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑，即：“四節(jié)一環(huán)?！钡慕ㄖ＿@一定義明確了通過提高能源、資源利用效率，減少建筑對(duì)能源、土地、水和材料資源的消耗，提升建筑內(nèi)部環(huán)境品質(zhì)，減少建筑對(duì)外部環(huán)境影響的核心任務(wù)；突出了在“全壽命周期”范疇內(nèi)統(tǒng)籌考慮的原則，強(qiáng)調(diào)了健康、適用、高效的使用功能要求，體現(xiàn)了“與自然和諧共生”、營(yíng)造和諧社會(huì)的思想。

2 項(xiàng)目分析

該生態(tài)城公屋展示中心位于某市生態(tài)城15號(hào)地公屋項(xiàng)目?jī)?nèi)，該項(xiàng)目屬于公共建筑，其功能一部分作為公屋的展示、銷售，另一部分作為房管局的辦公和檔案儲(chǔ)存。該項(xiàng)目占地面積是約8090.7m2，建筑面積為3467m2，地上2層約3013m2，地下1層約454m2，建筑總高度為15m，其整體呈菱形，體形系數(shù)0.22，總體窗墻比0.2。

屋項(xiàng)目以我國(guó)綠色建筑的三星級(jí)為設(shè)計(jì)目標(biāo)，優(yōu)先采用各被動(dòng)節(jié)能技術(shù)以降低建筑的能量需求；合理采用可再生能源以降低建筑的化石能源消耗，如地源熱泵系統(tǒng)；利用可再生能源實(shí)現(xiàn)年運(yùn)行周期的“零能耗”，如光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)；充分利用場(chǎng)地雨水及市政中水，綜合采用多項(xiàng)節(jié)材措施，將其打造為生態(tài)城綠色建筑示范項(xiàng)目。

3 氣象條件變化與熱泵供熱能力分析

機(jī)組每天的制熱量基本維持在105～158kW，部分制熱量低于100kW，運(yùn)行階段每天的制熱量平均值為132kW。室外溫度為0～9℃時(shí)機(jī)組制熱量浮動(dòng)較小，機(jī)組在2014年12月、2015年1月份開機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，工作時(shí)段內(nèi)制熱量較穩(wěn)定，2014年11月、2015年3月、4月份開機(jī)時(shí)間較短且不固定，制熱量浮動(dòng)較大。

4 地源熱泵機(jī)組運(yùn)行能效水平評(píng)估

4.1 采暖季熱泵機(jī)組能效系數(shù)

地源熱泵機(jī)組各傳感器采集的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 地源熱泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)表

制冷機(jī)組在空調(diào)系統(tǒng)中裝機(jī)容量大，而在供暖季大部分時(shí)間，建筑物實(shí)際熱負(fù)荷小于設(shè)計(jì)工況，故熱泵設(shè)備多數(shù)時(shí)間是在部分負(fù)荷率下運(yùn)行，其主要受室外氣象變化、建筑使用功能、正常工作時(shí)間等諸多因素影響。

4.2 綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)

規(guī)范GB50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定電機(jī)驅(qū)動(dòng)的蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組的機(jī)組的綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)(IPLV)的計(jì)算公式見式:

IPLV=1.2%×A+32.8%×B+39.7%×C+26.3%×D

式中:A為100%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)，冷卻水進(jìn)水溫度30℃；B為75%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)，冷卻水進(jìn)水溫度26℃；C為50%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)，冷卻水進(jìn)水溫度23℃；D為25%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)，冷卻水進(jìn)水溫度19℃。

本項(xiàng)目是螺桿式地源熱泵機(jī)組，經(jīng)測(cè)試計(jì)算不同負(fù)荷下能效系數(shù)，在100%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)為4.59，冷卻水進(jìn)水溫度30℃；在75%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)為5.26，冷卻水進(jìn)水溫度26℃；在50%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)為5.18，冷卻水進(jìn)水溫度23℃；在25%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)為4.32，冷卻水進(jìn)水溫度19℃，計(jì)算可得IPLV是5.1。

但GB50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》是根據(jù)我國(guó)典型公共建筑空調(diào)系統(tǒng)供冷負(fù)荷以及各負(fù)荷段的機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)計(jì)算的，不能代表特定地區(qū)具體建筑運(yùn)行階段監(jiān)測(cè)計(jì)算所得的綜合負(fù)荷部分能效系數(shù)，故本文用IPLV(H)表示該地區(qū)公屋展示中心熱泵機(jī)組的綜合負(fù)荷部分能效系數(shù)。

目前，許多標(biāo)準(zhǔn)體系已認(rèn)可IPLV，但業(yè)內(nèi)對(duì)其合理性存在爭(zhēng)議，以下2點(diǎn)爭(zhēng)議最多:

實(shí)際項(xiàng)目中冷水機(jī)組全年耗電量與其IPLV不一定呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；IPLV計(jì)算公式的加權(quán)系數(shù)僅可反映單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間百分比，不能反映多臺(tái)冷水機(jī)組的聯(lián)合運(yùn)行特性。

為排除不同氣候區(qū)氣象條件及機(jī)組負(fù)荷百分比權(quán)重對(duì)單臺(tái)機(jī)組能耗的影響，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天津地區(qū)室外氣象參數(shù)，用COP對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)公式計(jì)算其權(quán)重系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如下:

A=COP100%=3.76；B=COP75%=3.82、

C=COP50%=5.06；D=COP25%=5.38

a=89.46%；b=8.34%；c=2.19%；d=0.1%

從所得結(jié)果可知，機(jī)組在75%～100%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)為3.76，其權(quán)重系數(shù)為89.46%、50%～75%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)為3.82，其權(quán)重系數(shù)為8.34%、25%～50%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)為5.06，其權(quán)重系數(shù)為2.19%、0～25%負(fù)荷時(shí)的性能系數(shù)為5.38，其權(quán)重系數(shù)為0.1%，該公式與GB50189—2015《公共建設(shè)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》給出的公式相差較大，機(jī)組一般在75%負(fù)荷以上運(yùn)行，這種運(yùn)行情況的機(jī)組性能系數(shù)起主要作用，其性能系數(shù)越大，IPLV(H)值就越大，反之性能系數(shù)越小，IPLV(H)值越小，因此，綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)大小反映了機(jī)組在高效運(yùn)行時(shí)間段的性能系數(shù)大小，本案例機(jī)組在75%～100%負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)，其性能系數(shù)為3.76，綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)為3.8。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于某綠色示范建筑地源熱泵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析了該地源熱泵系統(tǒng)2014年11月15～2015年4月15日之間該系統(tǒng)整體運(yùn)行狀況。通過實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，冬季采暖期間，地源熱泵機(jī)組承擔(dān)幾乎全部室內(nèi)熱負(fù)荷。機(jī)組每天制熱量基本維持在105～158kW，小部分制熱量低于100kW，運(yùn)行階段每天的制熱量平均值為132kW。整個(gè)供暖季，機(jī)組COP累計(jì)平均值約3.7，額定工況下，冬季機(jī)組COP為4.4，該熱泵機(jī)組運(yùn)行效果良好；供暖期間穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)段，機(jī)組供回水溫差在2.5～4.5℃上下波動(dòng)，此時(shí)COP值在3.0～4.5左右浮動(dòng)，出現(xiàn)“小溫差，大流量”現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)組能耗較高，可通過增大溫差減小案例建筑能耗。

[1]尹寶泉．綠色建筑多功能能源系統(tǒng)集成機(jī)理研究[D]．天津大學(xué)，2014．

[2]劉興民．綠色生態(tài)城區(qū)運(yùn)營(yíng)管理研究[D]．重慶大學(xué)，2014．