地源热泵系统实例分析

地源热泵系统实例分析
内容介绍
➢ 工程概况 ➢ 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
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。
实际运行天数
189
122
单位用电量
（kW·h/m2·d） （kW·h/m2·d）
0.138 0.113
0.073 0.06
含末端 不含末端
折算标煤
源自文库
（Kg/m2·a）
9.21
（Kg/m2·a）
7.59
3.15
含末端
2.58
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。
142.72 135.58
120
100
80
60
40
21.73
20
17.35 16.33 26.03
0
城市热网（Kg/m²·a） 电热膜(kW·h/m²·a) 直燃机(Nm³/m²·a)
1 蓄热式电锅炉(kW·h/m²·a)
壁挂式燃气炉(Nm³/m²·a)
本系统(地源热泵)(kW·h/m²·a)
图表2
四、本系统与改造前系统对比
表2：
对比项目 投入设备
改造前后设备投运情况对比
改造前 改造后 改造后节省
备注
热泵机组kW
123
深井泵kW
4*37
井水侧二次循环泵kW 3*15
末端循环泵kW
3*18.5
合 计kW
371.5
日耗电量kW·h
3715
耗电量 供暖季kW·h 702135
制冷季kW·h 453230
六、本系统与其它采暖空调系统对比
不同采暖方式单位面积能耗对比（折算标煤）
60
57.1
54.23
50
40
30
21.73
20
10
20.82
19.59
9.21
0
单位(Kg /m².a)
城市热网 蓄热式电锅炉 电热膜 壁挂式燃气炉 直燃机 本系统(地源热泵)
图表3
六、本系统与其它采暖空调系统对比
本系统供暖季能耗折合为煤耗为9.21Kg/m2•季，与 其它采暖方式相比能耗最低。与城市热网采暖相比每平 方米每季少耗煤12.52Kg/m2•季，节能58%，每平方米 每季少排二氧化硫326克/m2•季、氮氧化物121.7克/m2• 季、烟尘34.8克/m2•季；与蓄热式电锅炉相比每平方米 每季少耗煤47.89Kg/m2•季，节能83.9%；与电热膜相比 每平方米每季少耗煤45.02Kg/m2•季，节能83%；与壁 挂式燃气炉相比每平方米每季少耗煤11.61Kg/m2•季，节 能55.8%，每平方米每季少排氮氧化物43.4克/m2•季、 烟尘2.95克/m2•季；与直燃机相比每平方米每季少耗煤 10.38Kg/m2•季，节能53%，每平方米每季少排氮氧化 物40.8克/m2•季、烟尘2.8克/m2•季。
四、本系统与改造前系统对比
3、运行维护不得力。运维人员未定期除 沙，对系统运行原理理解不够，造成系统管路 严重堵塞（如图1），增加了水阻而降低了深 井泵的运行效率；在井水供应不足的条件下增 开末端循环泵，造成末端系统大流量小温差运 行。
四、本系统与改造前系统对比
五、本系统与其它地源热泵系统对比
0.8
直燃机
16.33(Nm3/m2·a)
0.85
本系统
(地源热泵) 26.03(kW·h/m2·a)
3.5
21.73
57.1 54.23 20.82 19.59 9.21
326
121.7 34.8
43.4
2.95
40.8
2.8
六、本系统与其它采暖空调系统对比
不同采暖方式单位面积能耗统计
160 140
六、本系统与其它采暖空调系统对比
与其它采暖系统进行对比的资料为： 中国国际工程咨询公司2001年所做的《北 京城市采暖供热方式研究》，该报告中计 算了各种采暖方式折合为标准煤的能耗和 污染物的排放量。
六、本系统与其它采暖空调系统对比
表4：
指标 采暖方式
本系统采暖与其它系统采暖能耗及污染物排放表
单位面积 能耗
0
702135
系统改造前后电耗对比
393120 309015
453230 253760
199470
供暖季电耗KW.H
制冷季电耗KW.H
改造前电耗 改造后电耗 改造后节能
图表1
四、本系统与改造前系统对比
通过以上数据表明系统改造是成功的。按 表中计算系统供暖季节电393120度；制冷季 节电253760度，全年共节电646880度，比原 系统节电56%。
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
相关参数
运行工况
供暖季
制冷季
备注
主楼建筑面积（m2）
28000
28000
冷暖机房（kW·h）
600255
204233.4
用电量
末 端（kW·h） 128596.9
44155.4
小 计（kW·h） 728851.9
248388.8 含过渡季通风电耗
六、本系统与其它采暖空调系统对比
表5：
本系统制冷与冷水机组制冷能耗表
采暖方式
指标
单位面积能耗
冷水机组
19.89(kW·h/m2·a)
本系统(地源热泵)
27
0.073
0.06
122
五、本系统与其它地源热泵系统对比
从表3可知，本系统供暖季电耗 0.113kW·h/(m2·d)，接近同系统最小值；比同系 统平均值节电59.9%，供暖季合计少耗电 890040 kW·h；比同系统最大值节电78.6%。制 冷季电耗0.06 kW·h/(m2·d)，低于同系统最小值； 比同系统平均值节电65.5%，制冷季合计少耗电 387747.5 kW·h；比同系统最大值节电84%。 热泵系统单位面积电耗差距较大。供暖季最大 值是最小值的4.75倍；制冷季最大值是最小值 的6.37倍。
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。
三、本系统运行情况
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。
四、本系统与改造前系统对比
表2列出了改造前后一台热泵机组满负荷运 行工况下所投入的设备，图表1为改造前后节能 情况对比。其中改造后的深井泵供一台热泵机 组运行时只需给定70%的负荷，此时电流约为 43A（在开式系统中适当下延回水管可降低深井 泵扬程以达到节电的目的），合功率约22kW， 故表2中改造后深井泵功率按22kW计算。
本次同系统对比分析数据来源于北京市地 质调查研究院王泽龙工程师所做的《北京市平 原区浅层地温能资源地质勘查项目－浅层地温 能资源开发利用经济效益分析研究》。文中参 与分析研究的项目为30个，其中地埋管地源热 泵项目5个，地下水地源热泵25个；有制冷数据 的项目27个，有采暖数据的项目29个。
因多数项目的末端风机盘管或新风机组的电耗 没有单独计量，故在本节的对比分析中不计算 末端设备能耗。
四、本系统与改造前系统对比
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
原系统于2004年6月建成并部分投入使用。运 行中地下井水能量短路及含沙量严重超标，加上板 换两侧流体之间的换热效率低下、运行维护不善， 致使系统井水侧水路严重堵塞。系统长期处于大流 量小温差运行状态：为满足一台热泵机组的正常工 作需开启深井泵4台、井水侧二次循环泵3台、末端 循环泵3台，井水侧及板换侧温差均工作在2℃以下。 末端温度不能有效提升，为满足末端负荷需求进而 增开末端循环泵，无形之中又增加了热泵对冷热源 需求。如此反复恶性循环，造成系统运行效率低下、 热泵机组启停频繁、外管线土方塌陷等问题。
四、本系统与改造前系统对比
通过对比，可以分析得出原系统出现高能耗 的原因： 1、系统设计不合理。单台深井泵抽水后经一台 板换换热后回灌，能量利用不够充分；地下水系 统存在能量短路现象。 2、施工组织不得力，成井质量不高。井水含沙 量严重超标，造成井周围抽空导致地面塌陷。提 高成井质量可以解决井水含沙量过大的问题，可 去除井水侧的二次循环设备能耗及板换换热的温 差损失，有利于实现井水的100%回灌。
五、本系统与其它地源热泵系统对比
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
最大值
参与分析项目电耗 平均值 最小值
样本数
含末端
本系统 不含末端 运行天数
供暖季
kW·h/(m2•d) 0.527 0.281 0.111
29
0.138 0.113
189
制冷季
kW·h/(m2•d) 0.382 0.174 0.067
五、本系统与其它地源热泵系统对比
以此分析数据可以看出： 1、热泵系统运行能耗效率差距较大，在日后的 推广与发展中还需不断进行优化与完善。 2、热泵系统专业性强。为充分发挥其节能、环 保等优势，还需我们延伸服务范围，从项目全 寿命周期出发，加强日后运行维护管理队伍的 建设，以充分体现地源热泵工程的价值。 3、热泵系统是一项好技术，但是能否达到节能 效果，则需要对项目实施的各个阶段严格把关， 最重要的环节是地下系统的施工质量。
123 55/22 无 18.5 163.5 1635 309015 199470
无 126 45 37 208 2080 393120 253760
频率给定70%
按每天工作10h 07年供暖189天 08年制冷122天
四、本系统与改造前系统对比
800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000
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。
热效率
折算标煤
So2
Nox
烟尘
(Kg /m2.a) (g /m2.a) (g /m2.a) (g /m2.a)
城市热网 21.73（Kg/m2·a） 0.65～0.85
蓄热式
电锅炉
142.72(kW·h/m2·a)
0.95
电热膜 135.58(kW·h/m2·a)
1
壁挂式
燃气炉
17.35(Nm3/m2·a)
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。
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。