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        基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

        2020-02-01 01:35:48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
        綠色建筑 2020年4期
        關(guān)鍵詞:公共建筑源熱泵典型

        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(jìn),可再生能源建筑一體化應(yīng)用越來(lái)越普遍,在國(guó)家大力的政策法規(guī)支持和驅(qū)動(dòng)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(guó)實(shí)際工程中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用[1]。國(guó)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(shí)際效果,本文通過(guò)對(duì)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(yùn)行下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),總結(jié)分析了兩類建筑在不同工況下的運(yùn)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(xiàng)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(chǎng)建筑地上 4 F,地下 1 F,總建筑面積 8.40 萬(wàn) m2,項(xiàng)目空調(diào)冷熱源采用 2 臺(tái)離心式地源熱泵機(jī)組(名義制冷量 2 813 kW,名義制熱量 2 817 kW)和 3 臺(tái)離心式冷水機(jī)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(fù)荷確定,夏季冷負(fù)荷多余部分由常規(guī)離心式冷水機(jī)組承擔(dān),并配備 2 臺(tái)冷卻塔排除夏季多余熱量。項(xiàng)目共有 1 360 口單 U 形井,各井深度 100 m,埋管間距 4 m。整個(gè)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(tái),冬夏季運(yùn)行工況通過(guò)閥門進(jìn)行切換。

        1.2 典型居住建筑

        居住項(xiàng)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(wàn) m2。項(xiàng)目空調(diào)冷熱源采用 2 臺(tái)螺桿式地源熱泵機(jī)組(名義制冷量1 549 kW,名義制熱量 1 654 kW)、2 臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組(2 603 kW)、2 臺(tái)燃?xì)鉄崴仩t(名義制熱量 2 450 kW)及熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)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(fù)荷進(jìn)行確定,夏季冷負(fù)荷多余部分由螺桿式冷水機(jī)組承擔(dān),同時(shí)輔助設(shè)置 2 臺(tái)冷卻塔排除夏季多余熱量。項(xiàng)目設(shè)置地埋管共 837 支,分 14 片區(qū),設(shè)14 組供回水管。項(xiàng)目整個(gè)冷熱源配套冷卻水泵、地源側(cè)循環(huán)水泵、地源熱泵負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵、冷凍水泵各 3 臺(tái),一次熱水循環(huán)泵 5 臺(tái),空調(diào)熱水循環(huán)泵 2 臺(tái)。項(xiàng)目運(yùn)行冬夏季工況通過(guò)閥門進(jìn)行切換。

        2 測(cè)試及處理概況

        2.1 測(cè)試設(shè)備

        測(cè)試參數(shù)包括了地源熱泵機(jī)組蒸發(fā)器和冷凝器進(jìn)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(jī)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(cè)試采用精密數(shù)字溫濕度計(jì),精度±0.2 K;水流量測(cè)試采用超聲波流量計(jì),精度±1.0%;水溫度測(cè)試采用溫度自記儀,精度 ±0.1 K;電功率測(cè)試采用三相四線電力分析儀,精度±1.0%。

        2.2 實(shí)測(cè)時(shí)段

        針對(duì)商業(yè)建筑和居住建筑的實(shí)測(cè)日期,如表 1 所示。

        表 1 夏季、冬季實(shí)測(cè)時(shí)段

        2.3 實(shí)測(cè)室外氣溫

        測(cè)試時(shí)的室外氣溫,如表 2 所示。

        表 2 夏季、冬季實(shí)測(cè)室外參數(shù)

        2.4 熱泵實(shí)測(cè)運(yùn)行情況

        為真實(shí)反映兩類建筑地源熱泵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行性能,依據(jù)建筑物實(shí)測(cè)期間實(shí)際所需,按需運(yùn)行地源熱泵機(jī)組。實(shí)際測(cè)試期間,公共建筑地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行工況為:開(kāi)啟 2 臺(tái)地源熱泵機(jī)組(1 號(hào)和 2 號(hào)),2 臺(tái)地源側(cè)循環(huán)水泵,2 臺(tái)用戶側(cè)循環(huán)水泵。居住建筑地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行工況為:開(kāi)啟 1 臺(tái)地源熱泵機(jī)組,1 臺(tái)地源側(cè)循環(huán)水泵,1 臺(tái)用戶側(cè)循環(huán)水泵。

        2.5 數(shù)據(jù)處理計(jì)算方式

        為有效分析各類型建筑不同運(yùn)行工況下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),本次處理數(shù)據(jù)所需指標(biāo)分別如表 3 所示。

        表 3 處理計(jì)算指標(biāo)公式及參數(shù)定義

        3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

        為真實(shí)反映典型工況下地源熱泵機(jī)組及系統(tǒng)的運(yùn)行性能,計(jì)算分析了地埋管側(cè)和用戶側(cè)換熱量、機(jī)組負(fù)荷率、機(jī)組及系統(tǒng)性能系數(shù)等指標(biāo)。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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

        本次實(shí)測(cè)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(yùn)行性能分析

        計(jì)算夏季運(yùn)行工況和冬季運(yùn)行工況下兩類建筑地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行性能,分別如圖 1 和圖 2 所示。其中各機(jī)組性能系數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷率如表 5 所示。

        表 4 地源熱泵實(shí)測(cè)基礎(chǔ)參數(shù)表

        圖 1 典型不同類型建筑地源熱泵實(shí)測(cè)機(jī)組性能系數(shù)

        圖 2 典型不同類型建筑地源熱泵實(shí)測(cè)系統(tǒng)性能系數(shù)

        表 5 地源熱泵機(jī)組實(shí)際運(yùn)行負(fù)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》可知,案例中的公共建筑和居住建筑的地源熱泵系統(tǒng)實(shí)測(cè)性能系數(shù)均高于國(guó)標(biāo)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(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》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(shuō)明在上海地區(qū),根據(jù)建筑物實(shí)際所需,合理運(yùn)行地源熱泵系統(tǒng),可大幅提升系統(tǒng)運(yùn)行能效,降低建筑物整體能耗。此外,由圖 1 可知,機(jī)組在典型夏季和冬季工況下運(yùn)行時(shí),負(fù)荷率達(dá)到 70% 以上時(shí),機(jī)組性能系數(shù)分別保持在 4.4~5.1 和 5.1~5.3 之間,運(yùn)行效果良好。

        3.3 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

        分別根據(jù)實(shí)測(cè)機(jī)組及系統(tǒng)運(yùn)行性能,估算典型公共建筑每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用 58.99 萬(wàn)元,典型居住建筑每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用 43.90 萬(wàn)元,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        通過(guò)實(shí)測(cè)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(fù)荷率,應(yīng)制定有效的運(yùn)行策略,確保按需運(yùn)行。

        (2)實(shí)測(cè)典型公共建筑和居住建筑地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行工況下,可知機(jī)組夏季運(yùn)行性能系數(shù)可達(dá)到 4.4 以上,冬季運(yùn)行性能系數(shù)可達(dá) 5.1 以上,運(yùn)行效果良好;系統(tǒng)運(yùn)行能效夏季可達(dá)在 3.2 以上,冬季運(yùn)行能效可達(dá) 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(yùn)行費(fèi)用,有利于節(jié)約建筑整體能耗,減少一次能源消耗。

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