汪雨清，張文宇，王慧麗（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司， 上海 201108）

隨著節(jié)能減排工作的有效推進，可再生能源建筑一體化應(yīng)用越來越普遍，在國家大力的政策法規(guī)支持和驅(qū)動下，作為可再生能源利用的典型代表，地源熱泵技術(shù)在我國實際工程中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用[1]。國家整體的地源熱泵應(yīng)用發(fā)展日益加快。

為有效揭示不同類型建筑應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)后的實際效果，本文通過對某公共建筑（商業(yè)建筑）和某居住建筑應(yīng)用土壤源熱泵系統(tǒng)，基于兩類建筑在夏季和冬季兩種工況運行下的實測數(shù)據(jù)，總結(jié)分析了兩類建筑在不同工況下的運行性能。希冀可為后續(xù)同類氣候區(qū)的不同類型建筑應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)做參考。

1 應(yīng)用項目概況

1.1 典型公共建筑

某商業(yè)建筑位于上海地區(qū)，商場建筑地上 4 F，地下 1 F，總建筑面積 8.40 萬 m2，項目空調(diào)冷熱源采用 2 臺離心式地源熱泵機組（名義制冷量 2 813 kW，名義制熱量 2 817 kW）和 3 臺離心式冷水機組（名義制冷量 2 800 kW）相結(jié)合的空調(diào)形式。地源熱泵系統(tǒng)為土壤源熱泵系統(tǒng)，地埋管數(shù)量按冬季熱負荷確定，夏季冷負荷多余部分由常規(guī)離心式冷水機組承擔(dān)，并配備 2 臺冷卻塔排除夏季多余熱量。項目共有 1 360 口單 U 形井，各井深度 100 m，埋管間距 4 m。整個冷熱源配套冷卻水泵、地源側(cè)循環(huán)水泵、冷凍水泵、熱水泵各 3 臺，冬夏季運行工況通過閥門進行切換。

1.2 典型居住建筑

居住項目由 2 棟 19 F 高層住宅、4 棟 22 層高層住宅及其配套設(shè)施組成，地下室連通，總建筑面積為 6.7 萬 m2。項目空調(diào)冷熱源采用 2 臺螺桿式地源熱泵機組（名義制冷量1 549 kW，名義制熱量 1 654 kW）、2 臺螺桿式冷水機組（2 603 kW）、2 臺燃氣熱水鍋爐（名義制熱量 2 450 kW）及熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組。地源熱泵系統(tǒng)采用土壤源熱泵系統(tǒng)，地埋管數(shù)量按冬季熱負荷進行確定，夏季冷負荷多余部分由螺桿式冷水機組承擔(dān)，同時輔助設(shè)置 2 臺冷卻塔排除夏季多余熱量。項目設(shè)置地埋管共 837 支，分 14 片區(qū)，設(shè)14 組供回水管。項目整個冷熱源配套冷卻水泵、地源側(cè)循環(huán)水泵、地源熱泵負荷側(cè)循環(huán)水泵、冷凍水泵各 3 臺，一次熱水循環(huán)泵 5 臺，空調(diào)熱水循環(huán)泵 2 臺。項目運行冬夏季工況通過閥門進行切換。

2 測試及處理概況

2.1 測試設(shè)備

測試參數(shù)包括了地源熱泵機組蒸發(fā)器和冷凝器進出、口水溫，地埋管側(cè)供、回水溫度，地埋管側(cè)水流量，用戶側(cè)水流量，熱泵機組電功率、循環(huán)水泵電功率，以及室內(nèi)溫濕度。其中：室內(nèi)溫濕度測試采用精密數(shù)字溫濕度計，精度±0.2 K；水流量測試采用超聲波流量計，精度±1.0%；水溫度測試采用溫度自記儀，精度 ±0.1 K；電功率測試采用三相四線電力分析儀，精度±1.0%。

2.2 實測時段

針對商業(yè)建筑和居住建筑的實測日期，如表 1 所示。

表 1 夏季、冬季實測時段

2.3 實測室外氣溫

測試時的室外氣溫，如表 2 所示。

表 2 夏季、冬季實測室外參數(shù)

2.4 熱泵實測運行情況

為真實反映兩類建筑地源熱泵系統(tǒng)實際運行性能，依據(jù)建筑物實測期間實際所需，按需運行地源熱泵機組。實際測試期間，公共建筑地源熱泵系統(tǒng)運行工況為：開啟 2 臺地源熱泵機組（1 號和 2 號），2 臺地源側(cè)循環(huán)水泵，2 臺用戶側(cè)循環(huán)水泵。居住建筑地源熱泵系統(tǒng)運行工況為：開啟 1 臺地源熱泵機組，1 臺地源側(cè)循環(huán)水泵，1 臺用戶側(cè)循環(huán)水泵。

2.5 數(shù)據(jù)處理計算方式

為有效分析各類型建筑不同運行工況下的實測數(shù)據(jù)，本次處理數(shù)據(jù)所需指標分別如表 3 所示。

表 3 處理計算指標公式及參數(shù)定義

3 實測數(shù)據(jù)分析

為真實反映典型工況下地源熱泵機組及系統(tǒng)的運行性能，計算分析了地埋管側(cè)和用戶側(cè)換熱量、機組負荷率、機組及系統(tǒng)性能系數(shù)等指標。分析中涉及的建筑 A 代表商業(yè)建筑，建筑 B 代表居住建筑。

3.1 基礎(chǔ)實測數(shù)據(jù)

本次實測的典型公共建筑和居住建筑地源熱泵系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)如表 4 所示。

3.2 運行性能分析

計算夏季運行工況和冬季運行工況下兩類建筑地源熱泵系統(tǒng)的實際運行性能，分別如圖 1 和圖 2 所示。其中各機組性能系數(shù)對應(yīng)的實際運行負荷率如表 5 所示。

表 4 地源熱泵實測基礎(chǔ)參數(shù)表

圖 1 典型不同類型建筑地源熱泵實測機組性能系數(shù)

圖 2 典型不同類型建筑地源熱泵實測系統(tǒng)性能系數(shù)

表 5 地源熱泵機組實際運行負荷率

由圖 1、2 并依據(jù) GB/T 50801—2013《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標準》可知，案例中的公共建筑和居住建筑的地源熱泵系統(tǒng)實測性能系數(shù)均高于國標規(guī)定地源熱泵“系統(tǒng)制冷能效比 EERsys≥3.0，系統(tǒng)制熱性能系數(shù) COPsys≥2.6”的要求，也高于DG/TJ 08—2162—2015《可再生能源建筑應(yīng)用測試評價標準》規(guī)定的地源熱泵“系統(tǒng)制冷能效比 EERsys≥3.2，系統(tǒng)制熱性能系數(shù)COPsys≥2.8”的要求。說明在上海地區(qū)，根據(jù)建筑物實際所需，合理運行地源熱泵系統(tǒng)，可大幅提升系統(tǒng)運行能效，降低建筑物整體能耗。此外，由圖 1 可知，機組在典型夏季和冬季工況下運行時，負荷率達到 70% 以上時，機組性能系數(shù)分別保持在 4.4～5.1 和 5.1～5.3 之間，運行效果良好。

3.3 運行經(jīng)濟性分析

分別根據(jù)實測機組及系統(tǒng)運行性能，估算典型公共建筑每年可節(jié)約運行費用 58.99 萬元，典型居住建筑每年可節(jié)約運行費用 43.90 萬元，具有一定的經(jīng)濟效益。

4 結(jié) 語

通過實測公共建筑和居住建筑各自應(yīng)用的地源熱泵系統(tǒng)，分析可得如下結(jié)論。

（1）兩類典型建筑應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)后，為保證地源熱泵系統(tǒng)保持高負荷率，應(yīng)制定有效的運行策略，確保按需運行。

（2）實測典型公共建筑和居住建筑地源熱泵系統(tǒng)運行工況下，可知機組夏季運行性能系數(shù)可達到 4.4 以上，冬季運行性能系數(shù)可達 5.1 以上，運行效果良好；系統(tǒng)運行能效夏季可達在 3.2 以上，冬季運行能效可達 2.8 以上。

（3）典型公共建筑和居住建筑應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)，每年均可節(jié)約一定的運行費用，有利于節(jié)約建筑整體能耗，減少一次能源消耗。