北京某地源热泵系统实例讲义

地源热泵系统实例分析

2009年2月工程概况内容介绍实际运行情况现行运行数据与改造前对比分析本系统与其它热泵系统对比分析本系统与其它空调系统对比分析开头语一、引言

建设工程项目成功与否的标志在于项目的目标能否实现。而在项目实施的过程中，影响项目目标实现的因素众多，其中包括组织因素、人的因素以及使用的方法与工具等。开头语

地源热泵系统是将低品位热量转换成高品位热量进行供热、制冷的新型能源利用方式之一。与使用燃煤、燃气、燃油等常规能源方式相比，其能量利用率为3.5以上(燃煤为0.65～0.85；燃油炉为0.7～0.9；燃气炉为0.8～0.85；电锅炉电热膜的理想值也只能接近于1；空气源热泵系统可做到2.5，但在恶劣天气下效率低，甚至无法启动)。地源热泵系统以其环保、节能、一机多用、维护量小、系统运行稳定、能源重复利用等优点而得以推广。据美国环保署估计，一套设计安装良好的地源热泵系统平均可以节约(30～40)%的运行费用，可减少污染物排放高达70%以上。开头语

然而在实际工程应用中，很多地源热泵项目因设计、施工及运行管理等问题，远远没有发挥其应有的优势。下面通过对我单位实施的某地下水源热泵系统改造前后的运行数据进行对比，以及与其它地源热泵项目、与其他空调形式进行对比，说明了地源热泵系统在运行中的经济性及影响其经济性的相关因素。二、工程概况

该项目位于海淀区，原地源热泵系统由北京某地源热泵施工单位承建，总建筑面积4.2万平方米，其中主楼2.8万平方米，裙楼1.4万平方米。共设LWP1800.2型水源热泵机组7台，单台标称功率123kW；凿井7眼，深井泵7台，单台标称功率37kW；抽取的地下水除沙后分别经7台板式换热器与机组进行热交换，作为机组的冷热源；井水侧二次水循环泵7台，单台标称功率15kW；末端循环泵7台，单台标称功率18.5kW。系统于2004年6月建成并部分投入使用，运行效果较差，不能满足正常的使用要求。二、工程概况

2006年初由建研院空调所进行热泵系统改造设计、北京市地质矿产勘查开发总公司进行了系统改造施工、调试，并承担了空调系统的日常运行维护管理工作。改造后主楼利用原有水源热泵机组5台，钻凿抽水井3眼、回灌井3眼、水量调节池1眼，新安装深井泵3台，标称功率55kW并配ABB变频器3台，井水经除沙器及电子水处理仪处理后直接进入机组，无井水侧二次循环泵；使用原末端循环泵5台；末端设备采用新风机组加风机盘管进行冬季供暖及夏季供冷。其中新风机组17台，合计71.1kW；风机盘管542台，合计20.3kW。裙楼利用原有水源热泵机组2台；井水部分与主楼共用，使用原末端循环泵2台。二、工程概况

本文以主楼地源热泵系统07年冬季及08年夏季运行数据进行分析，在下文中将改造后的主楼地源热泵空调系统简称为本系统。本系统运行以来，井水出水温度最高16.3℃，最低15.3℃；利用温差大多在3.5～7℃之间；单井出水量大于180m3/h；静水位30.15m、动水位约30.5m；抽水降深为0.35m±8%；水量调节池静水位为12.13m、动水位15.3m，差为3.17m；井水含沙量小于二十万分之一。依此数据判定地下水系统运行较为稳定。三、本系统运行情况热泵机组开启3台的时间占总运行时间7%以下、开启2台时间占74.5%、开启1台时间占18.5%；深井泵及变频器从06年10月运行以来最多开启1台，夏季平均运行频率为74%、冬季平均运行频率为77.2%；末端循环泵最多开启2台。末端供回水温差大多在2.5～4.8℃之间，系统运行效率较高。三、本系统运行情况三、本系统运行情况表1：07年供暖季及08年制冷季统计数据运行工况相关参数供暖季制冷季备注主楼建筑面积（m2）2800028000

用电量冷暖机房（kW·h）600255204233.4

末端（kW·h）128596.944155.4

小计（kW·h）728851.9248388.8含过渡季通风电耗实际运行天数189122

单位用电量（kW·h/m2·d）0.1380.073含末端（kW·h/m2·d）0.1130.06不含末端折算标煤（Kg/m2·a）9.213.15含末端（Kg/m2·a）7.592.58不含末端备注：为方便对比分析，在本文中对同一系统进行对比时，折合电耗单位为千瓦·时/每平方米·每天（kW·h/m2·d）；对不同系统进行对比时，折合为标煤千克/每平方米·每年（Kg/m2·a），在将电耗折合成标煤数据参考2004年全国平均火力发电煤耗，即1kWh电力折合为354g标准煤。表1分别统计了机房与末端的电耗数据。由于原系统运行能耗数据无从考究，在与原系统进行对比过程中，根据原运行人员口述系统设备投入运行的情况做简要对比。四、本系统与改造前系统对比原系供统于20支04年6月建绵成并饰部分君投入唤使用醉。运脑行中松地下吵井水方能量叼短路茧及含耐沙量方严重款超标决，加弓上板素换两译侧流粱体之互间的影换热柔效率阅低下导、运思行维互护不撤善，俭致使肝系统麻井水尖侧水纽奉路严趁重堵枝塞。顿系统斥长期球处于腥大流厉量小凳温差沟运行武状态鼓：为翼满足烈一台塌热泵间机组林的正匙常工减作需碰开启棕深井传泵4台、仅井水括侧二故次循索环泵3台、轻末端污循环荡泵3台，沿井水腿侧及央板换厚侧温显差均升工作急在2℃以下悲。末天端温糟度不油能有廉效提种升，掀为满凉足末闪端负追荷需简求进宝而增叼开末劣端循陷环泵驾，无弱形之丙中又鸡增加俘了热肢泵对纷冷热歪源需衡求。鼻如此费反复绪恶性偷循环村，造蹈成系莫统运袄行效栗率低际下、谈热泵荒机组欠启停写频繁钢、外所管线瞒土方瓶塌陷贪等问嚼题。四、肠本系东统与蜡改造昨前系尝统对暗比表2列出昏了改厦造前舌后一馋台热恢泵机晋组满废负荷蜻运行灭工况咏下所美投入吼的设留备，敞图表1为改葱造前奇后节周能情疯况对筑比。镰其中庭改造舱后的浙深井恢泵供峰一台血热泵垄机组撤运行钩时只计需给阔定70挨%的负壮荷，券此时抛电流册约为43低A（在兄开式省系统刻中适斑当下警延回亲水管痛可降离低深链井泵位扬程小以达酬到节李电的是目的爬），特合功鸭率约22垦kW，故旁表2中改疑造后锈深井秘泵功笼率按22因kW计算鼠。四、恶本系地统与拍改造施前系补统对膏比四、从本系录统与掌改造巩前系坐统对唐比表2：改造前后设备投运情况对比对比项目投入设备改造前改造后改造后节省备

注热泵机组kW123123无

深井泵kW4*3755/22126频率给定70%井水侧二次循环泵kW3*15无45

末端循环泵kW3*18.518.537

合

计kW371.5163.5208

日耗电量kW·h371516352080按每天工作10h耗电量供暖季kW·h70213530901539312007年供暖189天制冷季kW·h45323019947025376008年制冷122天四、明本系针统与化改造亭前系克统对樱比图表1四、企本系窑统与贼改造气前系掘统对殃比通过伯以上鸣数据燃表明湾系统沙改造检是成私功的蛙。按隔表中染计算揪系统掌供暖糟季节峰电39吩31艰20度；凳制冷纺季节燥电25仇37魄60度，访全年怖共节贼电64坏68领80度，刑比原吸系统嘴节电56威%。四、隙本系炉统与仍改造窃前系未统对大比通过刑对比嚼，可悦以分振析得脱出原蛮系统剂出现愿高能骄耗的盼原因袖：1、系拒统设魔计不担合理特。单立台深耐井泵挑抽水聪后经城一台禽板换味换热廉后回农灌，颂能量惩利用飘不够抬充分栗；地篇下水捕系统赶存在流能量凯短路医现象秃。2、施屋工组名织不伙得力粗，成哪井质刚量不够高。遍井水骂含沙连量严砍重超乎标，白造成燃井周冬围抽壶空导栏致地初面塌凑陷。移提高止成井倾质量惊可以畅解决尸井水逗含沙水量过光大的西问题画，可忆去除盲井水羞侧的毯二次曾循环德设备奖能耗百及板子换换摸热的屑温差毯损失冰，有军利于摘实现奋井水殃的10絮0%回灌外。四、岸本系加统与盆改造竞前系酸统对讽比3、运叔行维软护不小得力涨。运章维人颗员未俭定期形除沙镜，对攀系统兵运行低原理贩理解末不够漂，造题成系刑统管依路严由重堵附塞（插如图1），苹增加爬了水都阻而扔降低急了深回井泵洋的运亡行效携率；都在井愈水供脉应不狗足的肃条件旺下增昂开末适端循再环泵奥，造傅成末穗端系桌统大困流量肤小温贱差运腾行。四、砖本系骄统与插改造牢前系缩慧统对依比本次金同系恒统对殊比分博析数京据来笑源于似北京援市地净质调旷查研嗽究院难王泽布龙工陈程师筒所做勤的《北京姑市平理原区击浅层乓地温绪能资惜源地遇质勘司查项捎目－杰浅层间地温雁能资惊源开狡发利祝用经们济效们益分难析研肉究》。文贵中参丘与分织析研照究的铅项目汪为30个，烛其中班地埋您管地帮源热竟泵项齿目5个，绿地下狐水地宅源热智泵25个；行有制弹冷数令据的塌项目27个，困有采算暖数执据的杯项目29个。因多趋数项榨目的哈末端桐风机辅盘管正或新鲁风机稳组的俯电耗案没有粪单独浅计量衰，故购在本赛节的脖对比秘分析球中不沙计算吹末端扰设备斑能耗货。五、下本系窃统与卖其它剪地源棵热泵争系统忽对比表3本系统电耗与其它地源热泵系统电耗对比项目指标运行工况参与分析项目电耗本系统最大值平均值最小值样本数含末端不含末端运行天数供暖季kW·h/(m2•d)0.5270.2810.111290.1380.113189制冷季kW·h/(m2•d)0.3820.1740.067270.0730.06122五、仔本系驾统与凑其它妻地源咱热泵叔系统灵对比从表3可知象，本别系统青供暖六季电就耗0.佩11贺3k窝W·昂h/玩(m2·d东)，接辅近同偷系统况最小鼻值；辨比同驻系统确平均勺值节膏电59嫩.9抛%，供追暖季西合计卸少耗尺电89贩00董40腊k晃W·致h；比晋同系权统最本大值瓣节电78屑.6植%。制劝冷季态电耗0.槐06蚂k兴W·御h/障(m2·d解)，低盖于同戴系统驶最小斥值；逃比同想系统酒平均联值节坐电65海.5张%，制割冷季辽合计搏少耗挪电38林77维47删.5算k命W·琴h；比雨同系旅统最满大值档节电84批%。热泵递系统罪单位高面积淹电耗惧差距渡较大尤。供岭暖季宵最大即值是及最小叠值的4.秘75倍；蒜制冷晃季最顿大值依是最值小值鞭的6.海37倍。五、喉本系客统与昆其它听地源深热泵价系统夫对比以此毙分析描数据腔可以货看出索：1、热劈燕泵系霞统运挤行能松耗效唱率差副距较致大，它在日顶后的沸推广隆与发捞展中裳还需棉不断奏进行暮优化盲与完匠善。2、热盆泵系叹统专市业性锦强。古为充泼分发班挥其盾节能拢、环究保等摧优势肚，还只需我清们延贷伸服缩慧务范鬼围，流从项爸目全湖寿命悔周期雕出发哄，加愉强日隐后运斥行维伞护管渣理队斤伍的车建设玻，以旦充分犁体现迎地源厉热泵蛮工程铲的价关值。3、热坝泵系故统是以一项志好技惊术，阻但是评能否筝达到弯节能匆效果岁，则盆需要默对项届目实偏施的危各个督阶段熄严格辨把关汗，最消重要贸的环齿节是世地下她系统偷的施穗工质使量。五、洪本系错统与强其它毅地源察热泵摧系统准对比与其来它采惯暖系难统进妥行对扯比的贼资料衣为：职中国赢国际储工程蛛咨询质公司20萄01年所余做的《北京驴城市莫采暖愿供热静方式谋研究》，该仔报告毕中计件算了稍各种庆采暖集方式舟折合举为标菊准煤剧的能尊耗和公污染眉物的乳排放枕量。六、端本系木统与宴其它吩采暖阿空调疗系统兔对比六、陕本系肿统与协其它朱采暖揭空调早系统蠢对比

表4：本系统采暖与其它系统采暖能耗及污染物排放表指标采暖方式单位面积能耗热效率折算标煤(Kg/m2.a)So2

(g/m2.a)Nox

(g/m2.a)烟尘

(g/m2.a)城市热网21.73（Kg/m2·a）0.65～0.8521.73326121.734.8蓄热式

电锅炉142.72(kW·h/m2·a)0.9557.1

电热膜135.58(kW·h/m2·a)154.23

壁挂式

燃气炉17.35(Nm3/m2·a)0.820.8243.42.95直燃机16.33(Nm3/m2·a)0.8519.5940.82.8本系统

(地源热泵)26.03(kW·h/m2·a)3.59.21六、披本系秘统与革其它若采暖靠空调迎系统衫对比图表2六、等本系仁统与腹其它皇采暖休空调密系统糠对比图表3本系弓统供晚暖季隔能耗开折合竹为煤炼耗为9.乏21伞Kg叫/m2•季，执与其纠它采很暖方孕式相榜比能达耗最简低。雪与城速市热榨网采埋暖相究比每涂平方帐米每挑季少里耗煤12殃.5牢2K迟g/屿m2•季，茧节能58阿%，每扇平方灾米每牧季少扣排二参氧化辆硫32杠6克/m2•季、奥氮氧详化物12膊1.圾7克/m2•季、蚁烟尘34百.8克/m2•季；卫与蓄聪热式逮电锅丈炉相坦比每刺平方船米每氧季少塑耗煤47肾.8参9K厘g/既m2•季，颈节能83烘.9堤%；与驰电热雕膜相丈比每忙平方紫米每苹季少捕耗煤45低.0买2K贪g/吹m2•季，变节能83录%；与够壁挂挪式燃虏气炉氏相比帽每平别方米臂每季踢少耗奋煤11坐.6墙1K之g/丽m2•季，递节能55达.8尊%，每隙平方索米每攻季少体排氮董氧化宋物43访.4克/m2•季、旱烟尘2.熊95克/m2•季；观与直铅燃机纷相比砍每平脸方米对每季角少耗子煤10绍.3译8K远g/驴m2•季，新节能53铸%，每年平方标米每冷季少格排氮拉氧化蹈物40需.8克/m2•季、鹿烟尘2.定8克/m2•季。六、闪本系货统与膊其它葱采暖扬空调朝系统始对比六、挠本系巡寿统与摘其它新采暖疤空调警系统圣对比表5：本系统制冷与冷水机组制冷能耗表指标采暖方式单位面积能耗折算标煤(Kg/m2.a)冷水机组19.89(kW·h/m2·a)7.04本系统(地源热泵)8.87(kW·h/m2·a)3.15六、禽本系勇统与匠其它失采暖抓空调屑系统般对比图表4本系殿统制煤冷季且折合折煤耗夸为3.旨15饱K疗g/胖m2弹•季，院与冷扣水机说组制施冷相惯比少浊耗煤3.牌89乱Kg养/m糠2•季，欣节能55边.3骆%。六、锋本系恒统与摩其它橡采暖母空调肾系统裹对比

表6：不同空调系统总能耗统计表统计周期

系统类型采暖季折算标准煤(Kg/m2.a)制冷季折算标准煤(Kg/m2.a)年折算标准煤(Kg/m2.a)城市热网+冷水机组21.737.0428.77蓄热式电锅炉+冷水机组57.17.0464.14电热膜+冷水机组54.237.0461.27壁挂式燃气炉+冷水机组20.827.0427.86直燃机+冷水机组19.597.0426.63本系统(地源热泵)9.213.1512.36六、捕本系昂统与剩其它饿采暖猫空调寻系统炮对比图表5本系物统年第能耗仙折合仇标煤帮为12闭.3朵6K钞g/容m2•年。圈与城纵市热穗网+冷水屯机组琴相比为少耗艇煤16泥.4她1K碗g/甩m2•年，持节能57应%；与拍蓄热耕式电柱锅炉+冷水膀机组警相比退少耗悔煤51披.7啄8K佣g/否m2•年，玩节能80不.7岁%；与垫电热志膜+冷水绩机组赴相比啄少耗灯煤48械.9彩1K盛g/絮m2•年，撇节能79腐.8特%；与途壁挂巾式燃那气炉+冷水悠机组层相比硬少耗爆煤15杜.5赏Kg朵/m2•年，筒节能55酿.6爬%；与韵直燃臂机+冷水盗机组骆相比不少耗珠煤14宋.2巩7K温g/弓m2•年，复节能53爷.6讯%。六、局本系恐统与挎其它斗采暖特空调北系统菠对比从以愚上分凡析数势据可怪以看察出：1、地砍源热们泵空挤调系惑统运小行费跌用最廉低。其其全追寿命程周期班价值介可因沟此而宴趋于惕最佳仙。系斩统的纱经济森性可摩根据替建设搜投资英、运其行成宇本及踪蝶使用遍年限爹进行埋评价歉。2、对粒于空否调系活统中薯，系仰统的母节能淡与减渡排具忙有统潮一性承。热尖泵系在统没且有直座接排作放、用其能棍耗小柄