地下水源熱泵能效測試與研究

李宏坤+邊冰

（華北理工大學，河北 唐山 063009）

摘要：地下水源熱泵系統技術以其節能、環保、可利用低位熱能的特性被廣泛應用于建筑工程項目中，對系統的優化運行，對節能減排有著至關重要的作用。擬對唐山某單位建筑的地下水源熱泵系統實際工況進行監測，通過相關測試儀器采集足夠組數的地下水溫度，水源側進回水溫度、流量，用戶側供回水溫度、流量，室外溫度等參數，計算不同條件、不同需求下的系統能效比，分析相關參數和系統能效比的關系，從而在系統實際運行時選擇最節能的運行方式，達到最好的控制效果。

關鍵詞：水源熱泵；能效比；節能

Energy Efficiency Test and Research of Underground Water Source Heat Pump

Li Hongkun Bian Bing

Electrical Engineering College of North China University of Science and Technology

Abstract： Underground water source heat pump system technology is widely used in building engineering projects with the characteristics of energy saving， environmental protection and low heat energy， which has a vital role in the optimization of the system. The actual condition of underground water source heat pump system of Tangshan a unit building monitoring， groundwater temperature by measuring instrument to collect enough number of groups， the water side into the backwater temperature， flow rate， the user side of the supply and return water temperature and flow parameters， outdoor temperature， different calculation conditions， the energy efficiency of the system under the different demand ratio analysis the related parameters and the energy efficiency ratio of the system， so as to choose the most efficient mode of operation in the actual operation of the system， to achieve the best control effect.

Key words： Water source heat pump spary； Energy efficiency ratio； Energy conservation

中圖分類號：TU831.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2016）11-0245-02

引言

地下水源熱泵系統是地源熱泵系統的一種形式， 是一種利用淺層地能的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統[1-3]。直接以地下水為熱源，地下水井深度一般小于等于400 m，一年四季地下水水溫相對恒定，為水源熱泵機組提供較低的冷凝溫度和較高的蒸發溫度，使水源熱泵具有較高的制冷、制熱性能系數[4]。

按照國際通行的分類方法，空調系統在住宅建筑能耗中占據43%，商業建筑能耗中占有 33%的份額。在削減建筑能耗方面，暖通空調首當其沖，成為建筑節能研究的熱點問題[5-7]。地下水源熱泵系統以地球水體所儲藏的太陽能資源為冷熱源，通過輸入少量的高品位能源（電能），實現低溫位熱能向高溫位熱能的轉移[8]。利用地下水源的熱泵系統屬于可再生能源利用技術。由于系統只需輸入少量高品位電能，因此不會產生有害氣體，對大氣不造成污染，是真正的環保節能型空調系統[9]。

一、地下水源熱泵系統測試內容

唐山某單位建筑使用的地下水源熱泵系統，地源熱泵系統完全回灌地下用水，不會造成水源的流失，但是按照國家相關規定，會收取0.6元/立方米的費用，該建筑每年將交付24萬元左右的水費。根據不同運行工況條件、不同用戶負荷需求，選擇最節能的運行方式，達到最好的控制效果，是該單位節能減排的迫切訴求，具有現實的指導意義。

根據GB/T 50801.2013中相應標準，結合本文實際情況，依托相關測試設備，在夏季系統運行時的相鄰時間段采集：地下水溫度，水源側進回水溫度、流量，用戶側供回水溫度、流量，室外溫度等數據。

測試時間：每天上午8：30至18：00，每30分鐘記錄一次相關數據。

二、測試結果及分析

（一）地下水源熱泵系統測試期間系統能效計算。

選取夏季6月11日至30日共20天對唐山某單位建筑的地下水源熱泵系統實際工況的監測研究，通過記錄的相應數據，計算其能效比：

表1 測試期間系統能效計算

日期 11日 12日 13日 14日 15日 16日 17日 18日 19日 20日

用戶側平均流量（m?/h） 100.4 102.1 100.3 101.0 101.0 106.0 102.6 102.0 116.0 103.0

系統EER 3.0 2.1 1.9 2.2 2.2 2.3 2.2 1.9 2.5 2.1

日期 21日 22日 23日 24日 25日 26日 27日 28日 29日 30日

用戶側平均流量（m?/h） 102.1 102.5 105.6 102.0 105.5 106.2 106.0 106.0 105.9 107.0

系統EER 2.1 1.8 1.9 2.1 2.2 2.1 2.1 2.1 2.2 1.9

依據GB/T 50801.2013中常規制冷空調系統能效比EER的規定，分析6月份20天中的測試數據：通過監測數據計算得到的系統能效比EER除11日、16日、19日外均小于2.3，未達到國家標準能效比，沒有完全實現地下水源熱泵的節能要求。

（二）各參數對地下水源熱泵系統能效的影響分析。

通過監測得到的數據研究各參數對地下水源熱泵系統能效的影響分析在對測試結果進行分析時時，為了減小其它因素的影響，選擇機組運行以及用戶側進出水溫差相對穩定測試的數據進行研究。

選取6月27日監測結果進行研究，計算其能效比：

1.熱源側進出水溫度與系統EER之間的關系。

圖1 熱源側進出水溫度與系統EER之間的關系

夏季，地下水熱源泵制冷，熱源側水溫的高低影響著水源熱泵機組的換熱效果，從圖1中分析得出，在機組運行穩定，用戶室溫達到室溫要求后，隨著熱源側進出水溫度的升高，系統EER呈現降低的趨勢，當熱源側進出水溫度降低時，系統EER呈現上升的趨勢。

2.系統用戶側流量與系統EER之間的關系。

系統用戶側流量與系統EER之間的關系

根據GB/T 50801.2013中相應公式，系統用戶側流量影響著水源熱泵系統的EER，并且在其它參數一定的情況下，系統EER結果與系統用戶側流量成正比。從圖2中研究發現，在機組穩定運行下，地下水熱源泵系統EER與系統用戶側流量幾乎呈同向變化趨勢。用戶側流量增加，系統EER升高；用戶側流量減小，系統EER降低。

3.系統用戶側進出水溫差與系統EER之間的關系。

系統用戶側進出水溫差與系統EER之間的關系

根據GB/T 50801.2013中相應公式，系統用戶側進出水溫差影響著水源熱泵系統的EER，并且在其它參數一定的情況下，系統EER結果與系統用戶側進出水溫差成正比。從圖3中研究發現，在12：00時用戶側進出水溫差和系統EER測試結果均出現相對突出的最大值，但地下水熱源泵系統EER與系統用戶側進出水溫差幾乎呈同向變化趨勢，用戶側進出水溫差增加，系統EER升高；用戶側進出水溫減小，系統EER降低。

三、結論

1.唐山某單位建筑6月份20天中的測試數據結果表明其能效比沒有完全實現地下水源熱泵的節能要求。

2.選取6月27日機組運行以及用戶側進出水溫差相對穩定的監測結果進行研究，各參數對其系統能效比有如下影像：

（1）熱源側進出水溫度與系統EER之間的關系：隨著熱源側進出水溫度的升高，系統EER呈現降低的趨勢，當熱源側進出水溫度降低時，系統EER呈現上升的趨勢。

（2）系統用戶側流量與系統EER之間的關系：地下水熱源泵系統EER與系統用戶側流量幾乎呈同向變化趨勢。用戶側流量增加，系統EER升高；用戶側流量減小，系統EER降低。

（3）系統用戶側進出水溫差與系統EER之間的關系：在12：00時用戶側進出水溫差和系統EER測試結果均出現相對突出的最大值，但地下水熱源泵系統EER與系統用戶側進出水溫差幾乎呈同向變化趨勢，用戶側進出水溫差增加，系統EER升高；用戶側進出水溫減小，系統EER降低。

參考文獻

[1]姚楊，馬最良. 淺議熱泵定義[J]. 暖通空調，2002.2：32-33.

[2]王陳棟. 地下水源熱泵系統的節能診斷與優化[D]. 北京：北京工業大學，2008：65-69.

[3]薛玉偉. 地下水水源熱泵的水源問題研究[J]. 能源與探討，2003.2：10-11.

[4]鐘國安. 試論變頻水泵的選型[J]. 暖通空調，2010.1：17-18.

[5]BP. Statisical Review of World Energy 2015. BP. Statistical Review of World Energy 2015[C]. Physics Procedia， 2015， 01-20.

[6]陳在康， 丁力行. 空調過程設計與建筑節能[M]. 北京：中國電力出版社， 2004：11.

[7]李德英. 建筑節能技術[M]. 北京：機械工業出版社， 2010.

[8]ABDEEN MUSTASA OMER. Ground-source Heat Pumps Systems and Applications[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2008， 12： 344-371.

[9]LEI Fei， HU Pingfang. Energy and Exergy Analysis of a Ground Water Heat Pump System[J]. Physics Procedia， 2012， 24：169-175.

作者簡介：邊冰，（1965），男，河北唐山，博士，教授，研究方向：檢測技術及智能裝置。