重慶市既有可再生能源建筑應用項目運行后評估

葉強，丁勇，劉垚，鐘云翔

（1重慶大學 城市建設與環境工程學院，重慶 400045；2重慶市城鄉建設委員會，重慶 400014）

重慶市既有可再生能源建筑應用項目運行后評估

葉強1，2，丁勇1，劉垚1，鐘云翔1

（1重慶大學 城市建設與環境工程學院，重慶 400045；2重慶市城鄉建設委員會，重慶 400014）

通過給定評估指標，針對不同類型的可再生能源建筑應用項目實際情況展開后評估測試，對重慶既有可再生能源建筑應用項目實際運行效果進行研究，得出目前既有可再生能源建筑應用項目投入運行各時間段后的實際狀態及能效問題，并針對現存的問題提出改善措施和建議。

重慶市；可再生能源；后評估；評估指標；運行效果

0 引言

重慶市可再生能源資源具有較大的應用潛力，2009年，重慶市被財政部、住房和城鄉建設部批準為“可再生能源建筑應用全國示范城市”，獲得專項補助資金7000萬元用于發展可再生能源建筑應用建設。2010年，重慶市的巫溪縣和云陽縣成功申報“全國可再生能源建筑應用示范縣”，分別獲得950萬元、1100萬元的國家財政專項資金補貼，用于縣級可再生能源建筑建設[1]。

在重慶可再生能源建設中，主要為太陽能熱利用和地源熱泵兩大類形式。太陽能熱利用方面，重慶地區目前已有大規模的太陽能應用工程，尤其是太陽能熱水工程，涵蓋學校、醫院、酒店、住宅等建筑應用，已經形成市級示范項目一個；地源熱泵方面，重慶自2006年開始組織實施地表水源熱泵、地埋管地源熱泵等可再生能源建筑應用試點工作，已經有若干地源熱泵系統示范工程的開展，地源熱泵技術應用在重慶已呈現規模化的發展勢頭[2]。

隨著各類可再生能源建筑應用示范項目的建成和投入運行，對于已建成的可再生能源建筑應用項目是否達到示范效果？其運行狀態和運行效果如何？其能耗狀況、節能效果如何？這都需要對既有可再生能源建筑應用項目進行后評估，了解示范項目的實際運行現狀和節能效果，并提出可行的節能措施和意見。

1 評估內容

針對重慶市既有可再生能源項目，課題組主要對太陽能熱水系統和地源熱泵系統進行系統運行后評估分析。根據《可再生能源建筑應用工程評價標準》GB/T50801-2013及《可再生能源建筑應用示范項目數據監測系統技術導則》（試行）得出系統測試評估內容。

1.1 太陽能熱水系統[3-4]

1.1.1 系統性能

集熱系統得熱量，常規能源消耗量，貯熱水箱熱損系數，集熱系統效率，太陽能保證率。

1.1.2 環境效益

太陽能熱水系統利用太陽能進行加熱熱水，過程中幾乎沒有污染氣體的排放，故其具有較好的環境效益，對其環境效益的評價主要從二氧化碳、二氧化硫和粉塵減排量方面進行。

1.1.3 經濟效益

太陽能熱水系統因其不消耗或者消耗常規能源較少，故其相比于常規能源熱水系統具有良好的經濟效益，對其經濟效益的評價主要從常規能源替代量（噸標準煤）、項目費效比等方面進行。

1.2 地源熱泵系統

基于地源熱泵系統的特點，根據 《公共建筑節能檢測標準》、《可再生能源建筑應用工程評價標準》GB/T50801-2013及《可再生能源建筑應用示范項目數據監測系統技術導則》（試行），在對其進行運行評估時需要從其運行過程中對機組性能、系統性能、環境影響三方面來進行評估，具體的評估內容如下：

1.2.1 機組性能[6]

地源熱泵系統機組是反映系統運行狀態的重要部分，也是系統能耗的主要方面。對于地源熱泵系統機組性能的評估主要包括：機組制冷（熱）量、制冷制熱消耗功率、機組性能系數。

1.2.2 熱泵系統性能

熱泵系統性能主要由熱泵系統制冷能效比和制熱性能系數體現，應根據測試結果按下式計算[3]：

QSC——系統測試期間的累計制冷量（kWh）；QSH——系統測試期間的累計制熱量（kWh）；

ΣNi——系統測試期間所有熱泵機組累計消耗電量（kWh）；

ΣNj——系統測試期間所有水泵累計消耗電量（kWh）。

1.2.3 環境影響

重慶地源熱泵系統主要形式為地埋管地源熱泵系統和地表水源熱泵系統，不同的系統形式有不同的環境影響評價。

（1）地埋管地源熱泵系統對環境的影響即是對地下巖土熱環境的影響[2]。對于地下巖土熱環境的評價，主要是通過對換熱器周圍巖土溫度的不斷監測得出。通過監測巖土的溫度，了解全年地下換熱器的平衡狀況，并及時采取有效措施防止地埋管換熱器周圍巖土的溫度隨著系統的運行逐年升高或是降低。

（2）地表水源熱泵系統對環境的影響可分為兩部分，一方面是由于地表水源熱泵的熱源/熱匯是地表水體，系統運行過程中，要向水體中釋放或吸收熱量，因而會或多或少地對地表水體的水溫有所影響（尤其是靜止水體，系統的連續運行，會使水體溫度有明顯的上升），所以在系統運行過程中應對水溫、水質進行檢測，包括水溫、富營養化狀態、水質質量、水生生物質量等指標[6]；另一方面，地表水源熱泵作為一種可再生能源建筑應用形式，對于減少二氧化碳、粉塵等的排放具有重要意義，故其具有一定的環境效益。

2 太陽能熱水系統運行后評估

為了了解重慶市太陽能熱水系統的實際運行狀態，課題研究組對重慶市兩個太陽能熱水系統進行了實際測試評估分析。

根據《可再生能源建筑應用示范項目測評導則》（試行）的要求，課題組對項目一太陽能熱水系統進行測試，測試主要內容包括太陽輻射量、太陽能集熱系統集熱量、輔助熱源加熱量、水箱熱損、空氣溫度、風速等[3]。

項目二主要針對重慶夏季天氣條件下的太陽能熱水應用的特性進行測試。主要對太陽能熱水系統的全天產熱水量、太陽能集熱效率、太陽能保證率等進行測試評估。

通過對兩個項目的測試分析得出重慶地區太陽能熱水應用的效果，本文主要從太陽能保證率和集熱效率兩方面進行系統性能的評價。

2.1 太陽能保證率

通過測試數據分析得出，項目一太陽能熱水系統全年平均太陽能保證率為36.68%；項目二夏季太陽能平均保證率為70.4%。因此，從全年來看，太陽能熱水系統的保證率符合《可再生能源建筑應用工程評價標準》GB/T50801-2013中對重慶地區太陽能熱應用保證率≥30%的規定；而從太陽能較好的夏季來看，夏季太陽能熱水保證率較高，能在很大程度上保證熱水負荷的需求。

2.2 集熱效率

通過測試數據分析得出，項目一太陽能熱水系統全年平均集熱效率為56.11%；項目二所測試的夏季典型多云天氣條件下，系統全天的集熱效率可達58.4%。兩個系統的集熱效率相差不大，均符合 《可再生能源建筑應用工程評價標準》GB/T50801-2013中的要求。也說明了太陽能熱水系統集熱效率較為穩定，受環境條件的影響較小。

從以上兩個太陽能熱水項目的測試評估分析得出，重慶地區太陽能熱水系統運行狀態良好，太陽能保證率和系統集熱效率均能滿足規范要求，同時在夏季具有較高的保證率，有較好的階段應用性。

3 地源熱泵系統運行后評估

為了解既有地源熱泵項目的實際運行現狀和節能效果，課題研究組選取了四個典型地源熱泵項目進行測試，四個熱泵項目為重慶市可再生能源示范項目，依次分別為湖水源熱泵、江水源熱泵、土壤源熱泵和河水源熱泵項目，對其進行了夏季的測試，對其運行狀態、運行效果以及現存的問題進行評估分析。

3.1 系統性能現狀

3.1.1 主機和系統能效比

根據測試數據整理得出四個系統的主機和系統能效比如圖1所示。

圖1 各系統主機和系統能效比

從圖1中看出，系統1的主機能效比偏低，其他三個系統的主機能效比較高；系統1和系統2的系統能效比較低。

3.1.2 系統節能率分析

空調源水側和冷凍側水系統輸送能效比的計算公式分別為：

式中：ER1—源水側的輸送能效比；

ER2—冷凍側的輸送能效比；

COP—測試期間熱泵機組的平均能效比；

EW—源水側水泵耗電量，kW·h；

EM—冷凍側水泵耗電量，kW·h；

QN—空調系統供冷量，kW·h。

從式中看出，在系統一定的情況下，水泵輸送能效比越高，則說明水泵耗能較大。

采用下式計算水地源熱泵系統相對常規空調系統的節能率[7]：

式中：ESR—熱泵系統節能率；

ECb—常規空調系統能耗，kW·h；

ECg—熱泵空調系統能耗，kW·h。

其中空調系統能耗EC與水泵耗電量E相關，也即是水泵能耗對節能率有一定的影響。根據測試數據代入公式得到水泵輸送能效比ER和節能率如2圖所示。

圖2 各系統水泵輸送能效比和節能率

結合圖1和圖2可以看出，系統1的水泵輸送能效比相對其他系統較低，但是其節能率反而較低，這主要由于其主機COP較低造成；系統2主機COP較高，達到4.24，但是系統節能率僅有12.75%，主要是由于系統輸送能效比過高造成的，輸送能效比最高，達到0.0786，可見輸送能效比對系統節能率具有較大影響；系統4節能率最高，主要是由于一方面其機組COP較高，另一方面其輸送能效比也較低。總的來看，四個系統平均節能率較低，約為17%，這與主機性能和輸送能耗有關。

3.1.3 系統性能分析

通過以上分析得出，所測試的水源熱泵、土壤源熱泵項目平均節能率較低，主機COP較低和輸送能效比較高是兩個主要原因。而根據系統的實際情況分析可知，造成主機COP較低的原因大多數是系統機組在設計時冷量選取過大而實際運行時負荷率較低；輸送能效比較高主要是由于水泵揚程較高或者冷凍側溫差較小，形成“小溫差大流量”的現象。

3.2 水處理現狀

課題研究組經過調查得出重慶市既有水源熱泵示范項目的運行情況，反映出各水源熱泵項目的水處理狀態。

重慶市既有水源熱泵示范項目大多數已在取水系統安裝有水處理設備（主要為除砂設備、水處理儀等）實現取水水質的處理。但調查之中也發現，幾乎沒有一個水源熱泵系統對水處理設備運行狀態進行監測，沒有能夠實時反映水處理的狀態以及水源水質的變化情況，僅是在方案初設階段對水源水質進行過評估分析。

3.3 改善措施和建議

根據測試分析得出的既有地源熱泵項目的運行現狀，課題組對其節能性、運行特性的改善提出一些措施和建議。

（1）提高機組工作性能COP。提高機組COP首先需要在系統設計時，熱泵機組的選型應注意建筑負荷與機組容量的合理匹配，當使用單臺機組不能滿足需求時，盡量采用“大機組和小機組搭配”的模式使各機組都能處在較高的負荷率下運行；其次，提高機組COP可以從降低機組冷卻水的入口溫度出發，冷卻水進水溫度越低，機組制冷量越大，同時機組功率越小，如此機組COP便會提高。

（2）降低輸配系統能效比ER[7]。應合理選擇水泵的揚程，盡量選用工作點效率較高的水泵；通過提高板換效率來提高水源側和冷凍側的進出水溫差，以避免“小溫差，大流量”的現象；降低管路系統的阻力，可以通過選擇阻力較低的空調設備或閥門、適當放大管道的管徑來實現。

（3）水處理監測系統的安裝。水源熱泵取水水質的好壞對系統換熱性能、系統運行效果等都具有一定影響。重慶市兩江水水質并非所有參數、所有時間段都不滿足機組和換熱器要求[2]，故水源熱泵系統應該設置水處理監測系統，實時監測水質變化情況，得出水處理運行狀態和運行規律，根據所需要處理的水質參數和處理時間段合理地安排水處理策略，從而可以降低水處理系統的運行維護成本，使之發揮最大的水處理效果。

4 結論

通過對重慶市既有可再生能源建筑應用項目的后評估測試分析得出，太陽能熱水系統運行狀態良好，全年太陽能保證率可達到36.68%，夏季太陽能保證率可達到70.4%，夏季大部分時間能很好地滿足熱水負荷，具有較好的階段性應用效果；太陽能熱水系統全年平均集熱效率在50%以上，滿足規范的要求。

通過對四個典型地源熱泵系統的測試分析發現，所測試的系統主機COP較低、輸送能效比較高，從而造成系統平均節能率較低，系統性能有待提高。針對地源熱泵系統的運行現狀，文中也給出了相應的改善措施和建議。

[1]華龍網.重慶市成為可再生能源建筑應用全國示范城市[EB/OL].(2009-12-8)[2014-05-18].http://news.sina.com.cn/c/2009-12-08/105119214282.shtm l.

[2]丁勇，李百戰.重慶地區地源熱泵系統技術應用[M].重慶：重慶大學出版社，2012.

[3]住房和城鄉建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T50801-2013可再生能源建筑應用工程評價標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[4]可再生能源建筑應用示范項目數據監測系統技術導則:試行[S].住房和城鄉建設部，2009.

[5]住房和城鄉建設部.JGJ-T177-2009公共建筑節能檢測標準[S].北京：中國建設工業出版社，2009.

[6]DBJ50-117-2010地表水水源熱泵系統適應性評估標準[S].重慶市城鄉建設委員會，2010.

[7]陳曉,肖雙江.輸送能耗對地源熱泵系統節能率的影響分析[J].流體機械，2011.39(8).

Post-evaluation on the Existing Programsof Buildingsw ith Renewable Energy in Chongqing

W ith evaluation indexes given firstly,the evaluation experimentswere done to measure the buildingsw ith renewable energy in Chongqing.The results show the actual performance and energy efficiency problemsof the existing programs.Some correspondent improvementmeasuresand suggestionsare presented.

Chongqing；renewableenergy；post-evaluation；evaluation index；operation effect

中圖文類號：TU111

A

1671-9107（2014）06-0057-03

基金論文：該論文為國家科技支撐計劃——建筑室內空氣污染監測及運營管理技術研究項目(項目編號：2012BAJ02B06)和重慶市可再生能源建筑應用城市示范配套能力建設項目論文之一。

10.3969/j.issn.1671-9107.2014.06.057

2014-05-09

葉強（1983-），男，重慶人，本科，副主任科員，主要從事建筑節能和可再生能源管理工作。

丁勇(1975-)，男，山東黃縣人，博士、教授，主要從事可持續建筑環境與建筑節能方面的研究。

孫蘇，李紅