地源热泵系统操作管理过程中的问题

地源热泵系统操作管理过程中的问题

摘要：本文根据作者的工作经验，对地源热泵系统在操作管理过程中常常出现的问题做出了分析。

关键词：地源热泵，节能，分析

引言

上个世纪70年代以来，随着能源和环境问题的日益重要，在各个方面也更多的考虑节能，再生的浅层地热为冷热源的地源热泵引起了人们的重视，尤其是近年来，随着能源和环境问题的日益显出，地源热泵的研究和应用快速发展，政府也出台了相对的政策支持地源热泵的推广与应用。由于地源热泵属于新型节能型中央空调系统，目前一般运行管理人员不熟悉系统运行管理节能技巧，因此，我公司取决于对于已实施的地源热泵项目运行情况进行多年跟踪测试，总结地源热泵系统运行管理过程中易出现的问题，深入分析其影响系统能效的原因，并提出相应的节能运行管理措施，以指导地源热泵系统节能运行管理。

1.地源热泵系统原理

其原理示意图如图１所示，冬季，地源热泵以土壤为热源，系统运行时利用地下换热器把土壤中的热量“取”出来，经热泵机组提高温度后，供给室内采暖；夏季，地源热泵以土壤为冷源，系统运行时空调循环水通过末端把室内的热量

“取”出来，经热泵机组换热后，释放到土壤中。冬夏季运行模式通过水路系统阀门切换实现，详见图１

2.地源热泵在操作管理常遇难题的分析

（1）系统地源侧流速

地源侧流速是地源热泵系统设计重点计算参数，一般地源热泵工程系统设计地源侧速均在合理范围内。但实际项目中地源热泵系统并不一定按照设计流速运行，原因主要有两方面：一是部分负荷运行时，地埋循环泵部分开启，而地源孔

仍然全部投入运行，从而导致地源侧流速过低。目前地源热泵系统运行人员大部分为非专业人员，普遍认为系统运行时投入的地源孔越多，换热效果越好，而且地源孔已经存在，不利用也是资源浪费，因此部分负荷运行时只调节地埋泵的开启台数而不相应关闭地源孔埋管阀门，导致地源侧流速过低地源热泵系统换热效果下降。二是地源侧水力不平衡，导致部分地源孔流速过低。地源侧流速对地源热泵系统换热效果影响较大[1]，实测地源孔流速对换热效果的影响如表1所示。

测试结果表明，地源侧流速降低37％，地源孔换热量下降18％。因此地源热泵系统运行避免地源侧过低流速，其节能潜力较大。具体节能管理措施是在停运部分地埋泵的同时关闭相应的地源孔埋管阀门，并调节系统水力平衡。

（2）负荷调节

热泵主机本身自控系统非常完善，可以利用其自控系统调节输入电量。主机自控调节方式有两种手段，一是根据实际负荷调节，二是根据回水温度调节。运行管理只要合理利用回水温度设定，再结合热泵机组实际负荷调节，就能起到运行节能管理的效果。运行管理一般根据末端系统设备类型进行回水温度值的设定，一旦设定回水温度，将长期按此设定运行；节能管理需要根据负荷需求实时调整回水温度设定值，负荷小时适当降低回水温度，这样一方面机组在低温供暖（高温供冷）时能效比较高，另一方面回水温度的合理设定可以控制室内供暖

（冷）温度，基本上做到按需供暖（冷），避免室温过高或过低和开窗现象，从而实现系统节能。供冷时室内温度降升高1℃，地源热泵系统节能5％左右，供暖时室内温度降低1℃，地源热泵系统节能1.5％左右，综合考虑回水温度调节机组性能提高以及回水温度设定可以避免供暖时因室温过高开窗散热等因素，回水温度设定调节控制能够节能

5％左右，节能潜力较大，同时合理设定回水温度，从热源端控制供热量和室内温度，能够提高室内舒适性。

（3）设备高效运行

地源热泵系统设备主要有地源热泵机组、循环水泵和末端设备，设备节能运行管理主要从以下几方面入手：Ａ.热泵机组的节能运行管理

①根据负荷调整热泵机组的开启台数，使热泵机组在高效负荷区运行；

②合理设定机组回水温度，上述根据负荷调节分析，合理设定回水温度能够实现系统节能5％左右的显著效果；

③避免主机无效旁通。主机开启台数系统与循环泵开启数量相对应，当主机部分开启时，相应的循环水泵也部分开启，未开启的主机进出口阀门应关闭，避免系统循环水无效旁通，导致开启的主机水流量不足，供冷（热）能力下降。

④避免主机频繁启停，降低主机开机能耗。

Ｂ.循环水泵的节能运行管理

由于地源热泵系统地埋管敷设面积较大，系统阻力与设计方案、施工调试水平均有关，为保证系统正常运行，地埋泵的选型尤其是扬程一般过大；运行过程中部分负荷运行时地埋泵只部分开启，而地埋管一般全部投运，故地埋侧管路水力特性变化较大。鉴于以上两方面的原因，水泵偏离工况点是地源热泵系统运行常见的问题，由此导致地源热泵系统

能耗增大。为探寻地源热泵系统循环水泵运行能耗，我公司对某地源热泵系统地埋泵运行情况进行测试，测试结果见表2。

由此可见地埋泵远离设计工况点运行是导致系统能耗增加、系统能效比下降的主要原因之一；末端循环泵也存在部分设备运行时偏离设计工况点的情况，因此加强循环水泵的运行管理、改善循环泵的运行工况，节能潜力较大。循环水泵节能运行管理主要是通过调节管路阀门使其处于高效运行工况点；对于地埋泵部分循环运行时，应关闭相应的地埋管阀门，使地埋侧系统管路水力特性不发生太大的改变，从而保证地埋泵处于高效运行工况点；对于选型过大的循环水泵加装变频器进行流量和扬程的调节，必要时可更换合适的水泵实现循环水泵的运行管理节能。

Ｃ.末端设备的节能运行管理

地源热泵系统末端设备节能运行管理与常规中央空调系统末端设备节能运行管理相同。

（4）设备运行电压

地源热泵系统运行人员一般只关注热泵系统运行参数，对于供电电压容易忽视，但作为系统运行节能管理却不能不关注设备运行电压，因为设备的运行功率即耗电量与电压成

正比，电压偏高是导致设备能耗增大的直接因素，若额定电压380V的用电设备若运行电压为410V，则系统整体能耗增加8％左右，因此对于运行电压偏高的地源热泵系统进行电压调整存在一定的节能潜力。另外电压偏高，不仅使地源热泵系统设备耗电量增大，而且设备超负荷运行，寿命下降。因此地源热泵系统运行需关注供电电压并采取一定措施防止电压偏高。对于电压偏高的节能管理，主要措施有改变变压器高压侧接头位置将供电电压调低，以节约用电量和提高设备寿命。

3.地源热泵系统自动化运行管理

建立一套完整的地源热泵节能管理系统，可以根据室内外环境和空调系统运行状况在保证舒适度的前提下，选择系统的最优运行策略，使地源热泵系统整体能效比达到最高，实现地源热泵系统的动态控制与管理，以冷源、传输系统、末端设备的负荷平衡、需求匹配来提高地源热泵系统的整体能效，同时可实现有效降低地源热泵系统运行时的负荷指标，达到系统节能的总体目标。使用能源管理系统可避免上述系统运行的各种问题，实现如下具体节能效果：

①地源热泵系统高效运行：中央自动控制系统实现系统高效节能运行。

②热泵机组群控节能运行：优化机组开机台数，实现机组群的高效节能运行。