浅谈地源热泵系统的节能运行管理

浅谈地源热泵系统的节能运行管理

王阳阳

摘要：地源热泵是一种可再生的能源利用技术，由于具有高效节能、稳定可靠、无环境污染、维护费用低、使用寿命长等优点，近年来在国内外得到了广泛的推广和应用。针对包神铁路公司沿线地源热泵系统的运行情况进行反复研究和测试，本文客观分析了影响地源热泵系统能耗的主要因素，从这些因素着手，建立一套规范的节能运行管理体系，不仅能够有效避免能源的浪费，促使设备更加高效、稳定运行，而且还为以后热泵系统的节能运行提供了实践经验。

关键词：地源热泵节能运行实践经验

1 地源热泵简介和原理介绍

地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，是热泵的一种，热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。地源热泵通常是指能转移地下土壤中的冷量和热量到所需要的地方。通常热泵都是用来作为空调制冷和采暖用的。地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环。

2 系统运行节能分析

2.1 系统能耗的主要组成

该系统是以消耗电能的方式，实现冷量和热量的转移，即夏季将从房间获取的热量释放到浅层土壤中，冬季再将土壤中储存

的热量提升到房间内。在这个过程中，系统能耗主要由地源热泵机组能耗（压缩机能耗），空调、地藕循环泵能耗，末端设备（风机盘管）能耗，换热器的传热能耗等因素组成。

2.2 热泵机组能耗

综合多个参考资料，地源热泵机组的能耗约占系统总能耗的40％，空调、地藕循环泵能耗和换热器的传热能耗约占20％，换热器的传热能耗等约占20％，由此可见热泵机组能耗的高低是影响系统能耗的最主要因素。

2.2.1 供电电压对热泵机组能耗的影响

一般情况下，地源热泵维保人员往往太过于关注热泵机组的运行参数和报警故障，而忽视了电网的供电电压，但在系统的节能运行管理中，必须要求维保人员及时关注压缩机的供电电压。由于设备在运行过程中，耗电量与运行电压成正比，供电电压过高就会直接导致热泵机组能耗的增大。如额定电压为380V的地源热泵机组如果在410V的实际电压中运行，该系统的能耗就会增加8％。因此，对热泵机组供电电压的调整将会直接影响系统的节能性。另外，供电电压过高不仅会增加热泵系统用电设备的耗电量，而且，机组长时间在超电压的环境下超负荷运行，也会减少使用的寿命。这就要求地源热泵维保人员，在日常巡检过程中要定期检查和测量热泵系统的供电电压，如发现供电电压过

高、相电压不平衡率超过允许范围等情况，要及时向分管领导反映，并采取有效措施进行处理。

2.2.2 热泵机组的性能参数

参考《空调制冷系统运行管理与节能》可知，夏季制冷模式中的地藕侧水温温度和冬季制热模式中的空调侧水温温度，对热泵机组性能系数影响较大。在制热过程中，供暖时每降低1℃，节能效果将提高5％至10%；在制冷过程中，供冷时每提高1℃，节能效果将提高10％至20%左右。

根据地源热泵维保人员的多年经验和对多个文献的参考，在冬季采暖季，如果将冬季供暖的空调侧热水温度设定为30℃，并清洗风机盘管的进回水过滤网和换热翅片，维持其良好换热效果，消除一定的热损失和其它正常状态下的能耗，就能够保证冬季室内温度维持在20℃以上，总节能率能达到31.6％；同理，在夏季制冷季，将夏季制冷的空调侧冷水温度设定为20℃，保证风机盘管和其它能耗的正常状态，将能够保证夏季室内温度维持在26℃以下，总节能率将提高18％，充分满足系统节能运行的要求。两种模式的回归温差均设定为1.5℃。

2.2.3 末端设备（风机盘管）能耗

包神铁路公司沿线统一采用风机盘管加新风的末端设备空气处理装置。房间内均有三档开关手动控制，不能根据用户的需

求进行自动调节，而造成热量和冷量的不必要损耗，若采用双位控制二管制变流量系统对风机盘管空调系统进行自动调节，可避免能耗的浪费。即风机盘管采用二管制水系统，二通电动调节阀调节，房间温度控制器采用简单的双位调节形式，手动三档开关选择风机的转速，由室内空气温度控制电动二通阀的启和闭。以夏季制冷为例，当室温高于空气温度设定上限值时，控制器TC 输出信号，使电动调节阀打开，冷冻水进入换热器，房间温度降低；当室温低于空气温度设定下限值时，控制器TC输出信号，二通阀断电，自动切断水路。风机电路和水路电动调节阀门连锁，二通阀断电时，风机停转。

同时，对于冬季长期不用的房间，可将温度设定为防冻状态，通过变流量、变风速度、防冻运行模式的自动控制，保障房间末端设备能耗最低，且达到安全运行的目的。

2.2.4 空调、地藕循环水泵能耗

对于三相空调、地藕侧立式单级离心泵，要经常进行供电电压和运行电流的测量。供电电压对水泵的影响与对热泵机组能耗的影响相似，运行电流是一个随电机负荷变化而变化的重要参数，运行电流值越大，主电机负荷就越重。因此，当发现循环泵电动机的电压和电流出现大幅度波动时，应及时查明原因，避免不必要的电耗。

此外，还要对循环泵进行每年一次的保养和检修。如水泵底

座有污垢、叶轮安装角度不一致，轴承润滑不良、滚珠松动，扫水轮表面结垢，密封环间隙增大等因素都会造成水泵在工作时电耗增大，出水量小。因此，对运行过程中噪音较大、出水压力较小的离心泵，还要进行及时保养、检修，检修时要仔细测量、打磨和润滑并正确安装，充分保证离心泵在高效低耗的状态下正常运转。

2.2.5 换热器的传热能耗

不同厚度的污垢对冷凝器换热效率的影响

污垢厚度mm 传热系数W/（㎡×℃）传热损失系数％

0 526.8 0

0.3 418.7 21

0.6 347.1 34

0.9 296.4 44

1.2 258.9 56

1.6 224.4 57

换热器表面的污垢、水垢，虽然厚度不大，但导热系数很小，是传热工程中的主要热阻。尤其是地源热泵系统的冷凝器板换，污垢对换热效率的影响如上图所示，通过分析得知，1.2mm的污垢厚度能使热损失降低56％，相当于40mm厚度钢板的热阻。因此在热泵机组的运行中，应对冷却水进行严格的处理，以减少水垢的形成，此外，地源热泵维保人员在日常的维保过程中，应定