土壤源热泵地面辐射供暖系统测试分析.pdfVIP

3 0 4 建 筑 技 术 Ar ch it e ct u r e T e ch n o l o g y 第 4 5 卷第4期 2 0 1 4年 4月 Vo 1 4 5 No 4 Ap r 2 0 1 4 土壤源热泵地面辐射供暖系统J g l i 分析 朱晓姣 中国建筑科学研究院 1 0 0 0 1 3 北京 摘要 以河北某住宅小区为例 对土壤源热泵与低温地面辐射采暖系统进行测试 对系统性能 能耗及运 行状况进行分析 分析采取该技术室内温度 地源热泵机组运行效率 节能性 环保减排与经济性 并对系统运行 可行性 适宜地区 适宜建筑类型 系统形式 系统运行管理给出了建议 关键词 土壤源热泵 地面辐射供暖 节能 中图分类号 T U 8 3 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 7 2 6 2 0 1 4 0 4 0 3 0 4 0 3 TEST AND ANALYS I S ON GROUND S OURCE HEAT PUM P RADI ANT F LOOR HEATI NG S YSTEM Z H U X i a o j i a o C h i n a Aca d e my o f B u i l d i n g R e s e a r ch 1 0 0 0 1 3 B e i j in g C h i n a Ab s t r a ct A r e s id e n t ia l co mmu n it y o f He b e i P r o v i n ce is t a k e n a s a n e x a mp l e t o t e s t s y s t e m p e r f o r ma nce e n e r g y co n s u mp t io n a n d o p e r a t io n co n d it io n o f g r o u n d s o u r ce h e a t p u mp a n d l o w t e mp e r a t u r e r a d i a n t flo o r h e a t i n g s y s t e m a n d t o a n a l y z e i n d o o r t e mp e r a t u r e o p e r a t i o n e ff icie n cy e n e r gy c o n s e r v a t io n e mis s io n r e d u ct io n e n v i r o n me n t a l p r o t e ct io n a n d e co n o mi c e ffi cie n cy o f e a r t h s o u r ce h e a t p u mp s y s t e m S u g g e s t io n s a r e ma d e t o f e a s i b il i t y r e g io n al a p p l ica b i l i t y a p p l i c a b l e b u il d in g t y p e s s y s t e m mo d e o p e r a t io n a n d ma n a g e me n t o f t h is s y s t e m Ke y wo r ds g r o u n d s o u r ce h e a t p u mp r a d i a n t f l o o r h e a t in g e n e r gy co n s e r v a t io n 1 工程概况 1 1 小 区建筑 概况 河北邢台某小区由6 栋6 层住宅和 1 栋2 层商业建筑 组成 总建筑面积为4 5 0 0 0 m 室内采用地面辐射采暖 方式 热源采用土壤源热泵系统 采暖期约1 0 5 d 建筑 采用外墙外保温 外窗采用双层玻璃 建筑采暖热指标 按2 4 w m设 计 1 2 供热采暖系统 该小区热源采用土壤源热泵系统 末端采用地面 辐射供暖系统 土壤源热泵系统与地暖系统直接连接 无换热 地源侧 用户侧水泵均为定频 室外供热管网 采用钢管直埋敷设方式 普通手动调节阀调节水力平 衡 建筑采暖末端采用地面辐射供暖系统 埋管回形敷 设 同程式系统 设备型号见表1 土壤源侧换热采用垂直埋管 共布井2 4 0 个 井深 1 0 0 1 2 0 m 采用P E 8 0 D 3 2 管材 利用小区中间的4 个 建筑物间距 每个间距布井6 O 个 1 3测试 目的及研究内容 通过对土壤源热泵地面辐射供暖系统进行现场测 试 对系统性能 能耗及运行状况进行分析 总结该系 收稿 15 t 期 2 0 1 3 1 2 2 8 作者简介 朱晓姣 1 9 8 2 一 女 黑龙江哈尔滨人 工程师 主要研究方向 为建筑节能 供暖空调技术 e m a il z x j o y ce 1 6 3 co i n 表1 设备型号参数 设 备 型号 数量 性能参数 制冷剂R 2 2 制冷量1 0 4 4 k W 制冷功章 热泵机组 M S R B 9 O T 2 1 8 6 k W 制热量 1 1 4 8 k W 制热功率2 5 3 k 供暖循环泵 W1 5 0 2 5 0 2 流量2 0 0 In 3 h 扬程2 O I n 功率1 8 5 k W 地源循环泵 W2 O HD 2 5 0 2 流量4 0 0In 3 h 扬程2 0 m 功率3 0 k W 补水泵 1 流量1 2 5In 3 h 扬程2 0 m 功率 1 5 k W 统形式存在的问题和解决措施 主要研究内容包括 室 内温度情况 热泵机组的供热量 热泵机组的实际性能 系数C O P 地源热泵 系统能效 水泵效 率和地源热泵地 面辐射供暖系统节能性 2 土壤源热泵地面辐射供暖系统形式 本测试目的是研究采用土壤源热泵系统作为低温 地板辐射采暖的热源 为简化系统设置 将系统形式设 计为单独供热系统 不考虑夏季供冷 循环介质在地埋 管换热器中与土壤交换热量 通过集水器进入热泵机 组的冷凝器 在热泵机组中与供暖系统循环水进行热 量交换 提升供暖循环水到一定温度 由于地源侧采用 闭式系统 系统水质好 可与热泵机组直接连接不进行 热交换 采暖循环侧 由于末端采用地面辐射供暖系 统 系统供水温度宜采用3 5 5 0 土壤源热泵为低温 供暖设备 一般热泵机组出水温度在4 5 5 8 之间 且 2 0 1 4年4月 朱晓姣 土壤源热泵地面辐射供暖系统测试分析 3 0 5 供暖系统要求的供水温度越低 热泵机组的C O P 值越 高 运行越经济 因此 地面辐射供暖系统选择土壤源 热泵作为热源 无需进行换热可直接使用 节省了设备 投资 提高了运行效率 降低了运行费用 3 测试结果分析 3 1 测试项目系统运行情况 该项目采用2 台热泵机组并联运行 采取控制供暖 系统供水温度控制机组开关 供水温度高于4 5 时停 机 测试人员于l 2 月7 曰至次年3 月l 5 日期间进行测试 根据采暖季跟踪测试系统供回水温度 在初寒 末寒时 期 热泵机组1 2 0 0 1 6 0 0 停机 其他时间运行2 台或1 台热泵机组 在严寒 时期 热 泵机 组在9 0 0 1 6 0 0 和 2 2 0 0 5 0 0 运行l 台 其他时间运行2 台 测试期间 采 暖供回水温差平均为4 7 最大供回水温差8 3 o C 地 源 侧供 回水温 差平 均为2 6 o C 最大供 回水温 差 为 4 4 项 目运行期间 采暖供水温度一般为2 5 3 9 大 部分时间低于3 5 供回水温差平均为4 6 o C 地源侧 供水温度一般在5 7 l 2 3 之间 供回水温差平均为 2 7 oC 采暖供水温度较低 不符合 辐射供暖供冷技术 规程 J G J 1 4 2 2 0 l 2 中宜采用3 5 5 0 供回水温差 不宜小于5 的要求 3 2室内外温度测试 通过对该小区室内温度和室外温度进行逐时采集 测试 选取1 d 的数据进行分析 1 2 月7 日室外温度变化 曲线见图l 室内各测点平均温度见图2 所有测点温度 最高值 最低值和平均值见表2 测试最低温度均达到 l 6 以上 平均温度在1 6 7 2 2 1 之间 室内温度达 到标准要求 时间 图l l 2 月7 日室外温度变化曲线 垂 I 1 I 1 1 卧室1 卧室2 卧室3 卧室4 客厅1 客厅2 客厅3 客厅4 地点 图2 1 2 月7 日测点室内平均温度 表2 1 2 BT B测点室内温度 南向 南向 南向 南向 北向 北向 南向 北向 参数 卧室1 卧室2 卧室3 卧室4 客厅5 客厅6 客厅7 客厅8 最高温度 2 2 3 l 8 7 2 1 8 l 8 5 1 7 6 1 8 2 l 7 5 2 1 0 最低温度 2 1 6 l 7 1 2 0 7 1 6 8 1 6 2 1 6 I 4 1 6 1 1 9 4 平均温度 2 2 1 1 8 2 2 1 4 1 7 7 1 6 7 1 7 4 l 7 1 2 0 l2 3 3 地源热泵机组能效测试 对地源热泵机组两种运行模式的能效进行测试 模式一 1 台热泵机组运行 采暖水泵两台并联运行 地 源侧水泵运行1 台 模式二 两台热泵机组运行 采暖水 泵两台并联运行 地源侧水泵运行两台 表3 模式一测试参数 墙 t 出 机 水 甄 3 水 私 水 2 测试时间 m3 h k W k W k W k W 1 6 0 5 2 0 o 5 4 2 2 3 2 6 8 1 48 2 1 3 8 5 1 4 1 2 2 7 2 1 6 1 0 2 0 2 3 6 2 2 5 2 7 1 4 7 9 1 3 8 5 1 4 2 2 2 7 5 1 6 1 5 2 0 3 2 8 2 2 5 2 7 1 1 4 8 2 1 3 7 6 1 4 2l 2 7 1 1 6 2 5 2 0 o 3 6 2 2 9 2 7 1 1 4 9 1 l 3 9 4 1 4 2 4 2 7 2 1 6 3 5 2 0 4 6 8 8 2 3 2 7 4 1 5 0 0 l 3 9 2 1 4 1 9 2 6 9 1 6 4 5 2 0 3 5 61 2 3 1 2 7 5 1 5 0 2 1 3 9 7 1 4 2 6 2 6 8 1 6 5 5 2 0 4 2 9 6 2 3 1 2 7 5 1 5 0 6 1 4 1 4 3 2 7 1 1 7 o o 2 0 5 4 7 2 23 2 2 7 6 1 5 1 40 1 4 1 4 2 6 2 7 平均值 2 0 3 0 7 2 2 8 3 2 7 2 5 1 4 9 4 5 1 3 9 1 4 2 2 7 1 在模式一状态下热泵机组的测试参数见表3 经计 算 模式一状态下热泵机组的实际性能系数C O P 为 3 5 5 根据 水源热泵机组 G B T 1 9 4 0 9 2 0 0 3 对冷热 水型机组陛能系数规定 名义制冷量大于2 3 万w的地 下环路式冷热水机组性能系数大于3 1 5 测试机组性 能系数满足标准要求 3 4 地源热泵系统能效测试 经计算 在模式一状态下热泵机组的系统能效系 数为2 6 对模式一测试结束后开启热泵机组2 运行0 5 h 稳 定后 1 7 3 0 开始对模式二情况下系统运行参数进行测 试 测试参数见表4 经计算 在模式二状态下热泵机组 的系统能效系数为2 3 3 5 水泵效率测试 在模式一隋况下 测试采暖给水泵的运行效率为 0 65 8 3 6 地源热泵地面辐射供暖系统节能性测试 3 6 1 地 源热 泵地 面辐射 供 暖 系统能耗 对测试小区进行全年能耗估算 由于该项 目设备 机房未安装分项电表 根据小区设计热指标对小区的 耗热量进行估算 小区全年热负荷为2 7 2 1 6 0 0 k W h n 按机组性能系数C D P d t g o 3 5 5 计算 并考虑5 的 赠隶删 3 0 6 建筑技术 第 4 5 卷第 4期 表4 模式二测试参数 进 出 l 2 1 2 釉 K 泵d 濒 0 试时间 m 3 h E k W k W k W k W k W k W 1 7 3 0 3 o 5 5 2 5 2 3 2 9 1 5 7 2 1 5 5 7 1 4I 2 8 1 4 6 7 2 3 7 2 2 6 1 7 4 0 3 0 6 8 2 5 9 3 3 6 1 5 8 8 1 5 6 4 1 4 4 6 1 4 6 9 2 3 6 2 2 7 1 7 5 O 3 o 6 3 2 6 3 3 4 1 5 8 8 1 5 7 2 1 4 52 1 4 8 2 3 6 2 2 6 1 8 o o 3 0 7 7 2 6 7 3 4 4 l 6 0 6 1 5 7 9 1 4 55 1 4 8 3 2 3 5 2 2 5 1 8 1 0 3 0 8 4 2 7 3 4 6 1 61 1 5 9 3 1 4 4 4 1 4 7 5 2 3 3 2 2 4 l 8 2 0 3 05 7 2 7 3 4 8 1 61 5 1 5 9 6 1 4 5 1 4 7 3 2 3 1 2 2 2 1 8 3 0 3 0 7 9 2 7 5 3 5 5 1 6 2 4 1 6 0 1 1 4 5l 1 4 7 5 2 3 3 2 2 6 平均值 3 o 6 9 2 6 5 3 4 2 1 6 0 1 5 8 1 4 5 1 4 8 2 3 4 2 2 5 管网热损失 则机组全年耗电量为8 0 6 9 9 8 k W h 若将 用电量转换为1 次能源 按火力发电厂的热效率进行计 算 则机组全年折合消耗2 8 8 t 标煤 3 6 2 传统燃煤锅炉供暖 系统能耗 若该项目采用传统燃煤锅炉供暖 根据小区全年 热负荷 按7 0 的燃煤锅炉效率 5 的管网热损失率 估算小区全年耗煤量约为5 0 3 t 标煤 3 6 3 地 源热泵 系统节能量估算 经计算 测试小区地源热泵低温地面辐射供暖系 统较传统燃煤锅炉供暖系统节能量约为4 2 7 3 7 经济性分析 地源热泵地面辐射供暖系统较燃煤锅炉地面辐射 供暖系统年节约标准煤2 1 5 1 t 节约原煤约3 0 1 1 t 按 1 0 0 0 元 t 计算 测试小区可每年节省运行费用3 0 万元 该项 目建设费用约为4 5 5 万元 年运行费用约为4 5 万 元 而相应规格的燃煤锅炉房建设费用约为1 0 0 万元 包括户内系统的总建设费用约为2 5 5 万元 虽然地源热 泵地面辐射供暖系统初投资较高 但是运行费用低 维 护简单 7 年多就能收回成本 4 结论和建议 4 1系统运行可行性 测试期间 测试项目地源侧水温范围在7 1 2 之 间 满足地源热泵供暖对水温的要求 本测试项目运行 1 年多 系统运行稳定 可满足采暖需求 虽然由于运行 管理等原因造成供暖室内温度较低 但通过系统调试 和加强管理实现了较好的运行状态 4 2 系统适用范围及建筑类型 4 2 1适 宜地 区 通过测试分析 土壤源热泵地面辐射供暖系统适 宜在寒冷地区使用 系统运行稳定 运行费用低 寒冷 地区城市集中供热系统较完善 但仍有部分建筑需独 立热源采暖 土壤源热泵系统适宜作为在寒冷地区替 代小型燃煤锅炉房的热源方式 低温地板辐射供暖系 统温度高 在北方地区已有广泛应用 土壤源热泵地面 辐射供暖系统供水温度可达到3 5 以上 满足地面辐 射供暖的水温需求 无须热交换可直接使用 节省了设 备投资 提高了热效率 4 2 2 适 宜建筑类型 通过测试 土壤源热泵地面辐射供暖系统较适于 大中型供暖系统使用 可在大型住宅建筑群推广应用 独栋别墅建筑由于冷热负荷较小 一般采用小型热泵 机组 运行效率较大型系统低 机组调节性差 建议多 栋别墅集中使用冷热源 4 3系统形式 4 3 1 带辅助热源的 系统 当建筑物冬季采暖热负荷远大于夏季冷负荷时 为使土壤在冬夏热