地源熱泵系統能源站節能評估淺析

夏維　夏勇　胡梅　王菲　趙長海　姚金玲　宋曉龍　徐福鑫

（1農業部環境保護科研監測所天津3001912天津天發源環境保護事務代理中心有限公司天津300384）

地源熱泵系統能源站節能評估淺析

夏維1夏勇2胡梅1王菲1趙長海1姚金玲1宋曉龍1徐福鑫1

（1農業部環境保護科研監測所天津3001912天津天發源環境保護事務代理中心有限公司天津300384）

根據地源熱泵系統的特點，分析了地源熱泵系統能源站節能評估時各環節的需要重點關注的內容。

地源熱泵系統；能源站；節能評估

隨著我國經濟的高速發展與迅猛的城市化進程，在北方地區傳統集中供熱普及率不斷提高的基礎上，兼具供熱、供冷功能的區域能源系統，從無到有、長足發展。地源熱泵系統是隨著全球性的能源危機和環境問題出現而逐漸興起的一項熱泵技術。地源熱泵系統有著高效，節能，環保的特點，倍受全世界各國的青睞，出現良好的發展勢頭，現在被越來越多的在區域能源系統中廣泛應用。筆者根據地源熱泵系統的特點，簡要分析了在地源熱泵系統能源站節能評估中各環節的關注點。

1　能源供應情況分析評估

在對地源熱泵系統能源站進行能源供應情況分析評估時，除對當地電力、燃料等所用能源品種的情況進行分析評估，亦應對項目所在地的地熱資源條件進行分析評估。在進行地熱資源條件分析評估時，可詢問建設單位是否對工程場地進行了淺層地熱勘察，如果進行了淺層地熱勘察，可查看勘察報告結論，確定工程場地地熱條件是否滿足地源熱泵需求。如尚未進行工程場地淺層地熱勘察，則評估單位需要收集項目所在地淺層地熱資源相關資料，分析項目是否處于地源熱泵適宜區。

2　項目建設方案節能評估

評估單位在對地源熱泵系統能源站在進行建設方案節能評估時，應先對用戶側冷熱負荷需求及負荷特性、地埋管系統負荷進行分析。并以此為基礎，對能源站系統設計方案、運行控制策略進行節能評估。

2.1用戶側冷、熱負荷需求與負荷特性分析

能源站用戶側冷、熱負荷需求和負荷特性是確定能源站建設規模的重要依據。用戶側冷熱負荷預測不準確，冷、熱負荷變化情況不清楚，就無法確定能源站的建設規模，也無法對能源站供冷、供熱運行方案進行論證。為了確定能源站的冷、熱負荷需求和負荷特性，需要對能源站服務范圍內各用戶的分布位置和各用戶的動態負荷需求進行分析，并對各用戶綜合作用下的冷、熱負荷需求進行分析。一般能源站項目在進行可行性方案編制時，用戶側負荷預測會是其重要的一個環節。在進行能源站項目節能評估時，評估單位需要審核其負荷預測采用的方法是否準確，采用面積指標法校核其負荷預測結果是否合理。

2.2地埋管設計負荷分析

地埋管設計負荷決定了地埋管系統可承擔的用戶側冷熱負荷量，其大小由埋管數量、單位孔埋深排（取）熱量、熱泵機組制冷（熱）性能系數COP、循環水在輸送過程中的得熱量（失熱量）、水泵釋放熱量決定，其計算公式如下[1]。

式中：Q取—地埋管系統從土壤中最大取熱量

Q排—地埋管系統朝土壤中的最大排熱量

Q熱—地埋管系統可為用戶提供的最大熱負荷

Q冷—地埋管系統可為用戶提供的最大冷負荷

Q1—地源側循環水系統輸送過程中的失熱量

Q1‘—地源側循環水系統輸送過程中的得熱量

Q2—水泵釋放熱量

COP—地源熱泵機組制熱性能系數

EER—地源熱泵機組制冷性能系數

計算時，由于循環水在輸送過程中的得熱量（失熱量）和水泵釋放熱量所占比例很小，一般忽略不計。則地埋管設計負荷可根據系數設計埋管數量、埋管深度、地埋管單位孔深取（排）熱量、所選地源熱泵機組制冷（熱）性能系數計算。其中地埋管單位孔深取（排）熱量可根據地熱勘察報告獲得。

2.3項目選址、總平面布置節能評估

能源站項目進行選址、總平布置節能評估時，主要分析能源站是否處于負荷中心，從而降低輸送能耗和熱（冷）量損失。以及能源站布置是否有利于能源輸送。

2.4地熱平衡分析及系統方案節能評估

地源熱泵系統利用地下10m～20m以下土壤溫度一年四季相對穩定的特點，通過地埋管系統熱交換，利用熱泵冬季將地下熱量輸入到用戶端進行供熱，夏季將用戶端熱量輸送至地下。但是由于用戶端冷熱負荷的不同及供冷期和供熱期時長的差異，造成地埋管周圍土壤的取熱量和排熱量的季節不平衡性，導致地埋管周圍土壤溫度升高或降低，從而影響地源熱泵系統冬季或夏季效率。一般情況下，土壤溫度每升高1℃，會使制取同樣熱量的能耗增加3%～4%[2]。因此在進行節能評估時，需要注意對其方案設計中地熱平衡方案分析，并分析系統的輔助供熱（供能）方案。

2.5運行控制策略節能評估

地源熱泵系統運行控制策略、系統控制參數是影響整個系統運行性能和能耗重要影響因素。不同的運行控制策略，其系統的節能效果有很大的差異。因此在進行節能評估時，需要基于上述用戶側冷、熱負荷需求和負荷特性，分析并選取合理的運行控制策略。

3　全年能耗計算及系統能效評估

在常用的空調系統能耗計算有度日法、當量滿負荷運行時間法、負荷頻率法（BIN法）、計算機模擬法等。當計算地源熱泵系統能源站能耗時，建議選取BIN法或者動態模擬法。在選用BIN法選取氣象參數時，需要注意根據各終端用戶用能特點應選取相應供能時間段內的BIN氣象參數。然后利用動態模擬法或者BIN法計算的結果，根據冷（熱）源機組的變工況性能表查出相應工況下的機組耗能，與該工況下的供冷（熱）季小時頻率值相乘后累加即可計算出冷（熱）源設備的耗能量。其他輔助設備（水泵、冷卻塔）等可采用趙榮義所著簡明空調設計手冊中的空調系統能耗計算方法進行計算。

在進行地源熱泵系統能源站系統能效評估時，應分別計算系統供冷和供熱綜合能效，并計算用戶端水泵輸熱（冷）能效比。

4　節能措施評估

一般地源熱泵機組能耗占項目總能耗的60%，水泵系統能耗占項目的20%左右。在進行地源熱泵系統能源站節能技術措施評估時，應重點從地源熱泵機組和水泵的節能措施進行評估。例如地源熱泵機組采用軟啟動，用戶側水泵采用變頻水泵等措施。

地源熱泵系統能源站節能與否不僅取決的項目前期的系統設計，更取決于后期管理。與傳統供熱供冷系統相比，地源熱泵系統尚屬于新型供能系統，因此一般管理人員為非專業人員，建議地源熱泵系統能源站在運行時采用合同能源管理，提高項目在運行期的節能量。

地源熱泵系統能源站屬于區域供能系統，應根據系統特點配備齊全的能源計量儀器，并設置綜合能源監控管理系統，以為能源站運營后的系統優化運行提供數據支持。

夏維（1981—），女，天津，碩士研究生，助理研究員，研究方向：節能環保。

[1]地源熱泵系統工程技術規范GB50366-2009[S].

[2]魏唐棣.地源熱泵地下豎埋管換熱器性能研究[D].重慶:重慶大學,2001.