夏維　夏勇　胡梅　王菲　趙長海　姚金玲　宋曉龍　徐福鑫

（1農業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所天津3001912天津天發(fā)源環(huán)境保護事務代理中心有限公司天津300384）

地源熱泵系統(tǒng)能源站節(jié)能評估淺析

夏維1夏勇2胡梅1王菲1趙長海1姚金玲1宋曉龍1徐福鑫1

（1農業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所天津3001912天津天發(fā)源環(huán)境保護事務代理中心有限公司天津300384）

根據地源熱泵系統(tǒng)的特點，分析了地源熱泵系統(tǒng)能源站節(jié)能評估時各環(huán)節(jié)的需要重點關注的內容。

地源熱泵系統(tǒng)；能源站；節(jié)能評估

隨著我國經濟的高速發(fā)展與迅猛的城市化進程，在北方地區(qū)傳統(tǒng)集中供熱普及率不斷提高的基礎上，兼具供熱、供冷功能的區(qū)域能源系統(tǒng)，從無到有、長足發(fā)展。地源熱泵系統(tǒng)是隨著全球性的能源危機和環(huán)境問題出現而逐漸興起的一項熱泵技術。地源熱泵系統(tǒng)有著高效，節(jié)能，環(huán)保的特點，倍受全世界各國的青睞，出現良好的發(fā)展勢頭，現在被越來越多的在區(qū)域能源系統(tǒng)中廣泛應用。筆者根據地源熱泵系統(tǒng)的特點，簡要分析了在地源熱泵系統(tǒng)能源站節(jié)能評估中各環(huán)節(jié)的關注點。

1　能源供應情況分析評估

在對地源熱泵系統(tǒng)能源站進行能源供應情況分析評估時，除對當地電力、燃料等所用能源品種的情況進行分析評估，亦應對項目所在地的地熱資源條件進行分析評估。在進行地熱資源條件分析評估時，可詢問建設單位是否對工程場地進行了淺層地熱勘察，如果進行了淺層地熱勘察，可查看勘察報告結論，確定工程場地地熱條件是否滿足地源熱泵需求。如尚未進行工程場地淺層地熱勘察，則評估單位需要收集項目所在地淺層地熱資源相關資料，分析項目是否處于地源熱泵適宜區(qū)。

2　項目建設方案節(jié)能評估

評估單位在對地源熱泵系統(tǒng)能源站在進行建設方案節(jié)能評估時，應先對用戶側冷熱負荷需求及負荷特性、地埋管系統(tǒng)負荷進行分析。并以此為基礎，對能源站系統(tǒng)設計方案、運行控制策略進行節(jié)能評估。

2.1用戶側冷、熱負荷需求與負荷特性分析

能源站用戶側冷、熱負荷需求和負荷特性是確定能源站建設規(guī)模的重要依據。用戶側冷熱負荷預測不準確，冷、熱負荷變化情況不清楚，就無法確定能源站的建設規(guī)模，也無法對能源站供冷、供熱運行方案進行論證。為了確定能源站的冷、熱負荷需求和負荷特性，需要對能源站服務范圍內各用戶的分布位置和各用戶的動態(tài)負荷需求進行分析，并對各用戶綜合作用下的冷、熱負荷需求進行分析。一般能源站項目在進行可行性方案編制時，用戶側負荷預測會是其重要的一個環(huán)節(jié)。在進行能源站項目節(jié)能評估時，評估單位需要審核其負荷預測采用的方法是否準確，采用面積指標法校核其負荷預測結果是否合理。

2.2地埋管設計負荷分析

地埋管設計負荷決定了地埋管系統(tǒng)可承擔的用戶側冷熱負荷量，其大小由埋管數量、單位孔埋深排（?。崃?、熱泵機組制冷（熱）性能系數COP、循環(huán)水在輸送過程中的得熱量（失熱量）、水泵釋放熱量決定，其計算公式如下[1]。

式中：Q取—地埋管系統(tǒng)從土壤中最大取熱量

Q排—地埋管系統(tǒng)朝土壤中的最大排熱量

Q熱—地埋管系統(tǒng)可為用戶提供的最大熱負荷

Q冷—地埋管系統(tǒng)可為用戶提供的最大冷負荷

Q1—地源側循環(huán)水系統(tǒng)輸送過程中的失熱量

Q1‘—地源側循環(huán)水系統(tǒng)輸送過程中的得熱量

Q2—水泵釋放熱量

COP—地源熱泵機組制熱性能系數

EER—地源熱泵機組制冷性能系數

計算時，由于循環(huán)水在輸送過程中的得熱量（失熱量）和水泵釋放熱量所占比例很小，一般忽略不計。則地埋管設計負荷可根據系數設計埋管數量、埋管深度、地埋管單位孔深?。ㄅ牛崃俊⑺x地源熱泵機組制冷（熱）性能系數計算。其中地埋管單位孔深?。ㄅ牛崃靠筛鶕責峥辈靾蟾娅@得。

2.3項目選址、總平面布置節(jié)能評估

能源站項目進行選址、總平布置節(jié)能評估時，主要分析能源站是否處于負荷中心，從而降低輸送能耗和熱（冷）量損失。以及能源站布置是否有利于能源輸送。

2.4地熱平衡分析及系統(tǒng)方案節(jié)能評估

地源熱泵系統(tǒng)利用地下10m～20m以下土壤溫度一年四季相對穩(wěn)定的特點，通過地埋管系統(tǒng)熱交換，利用熱泵冬季將地下熱量輸入到用戶端進行供熱，夏季將用戶端熱量輸送至地下。但是由于用戶端冷熱負荷的不同及供冷期和供熱期時長的差異，造成地埋管周圍土壤的取熱量和排熱量的季節(jié)不平衡性，導致地埋管周圍土壤溫度升高或降低，從而影響地源熱泵系統(tǒng)冬季或夏季效率。一般情況下，土壤溫度每升高1℃，會使制取同樣熱量的能耗增加3%～4%[2]。因此在進行節(jié)能評估時，需要注意對其方案設計中地熱平衡方案分析，并分析系統(tǒng)的輔助供熱（供能）方案。

2.5運行控制策略節(jié)能評估

地源熱泵系統(tǒng)運行控制策略、系統(tǒng)控制參數是影響整個系統(tǒng)運行性能和能耗重要影響因素。不同的運行控制策略，其系統(tǒng)的節(jié)能效果有很大的差異。因此在進行節(jié)能評估時，需要基于上述用戶側冷、熱負荷需求和負荷特性，分析并選取合理的運行控制策略。

3　全年能耗計算及系統(tǒng)能效評估

在常用的空調系統(tǒng)能耗計算有度日法、當量滿負荷運行時間法、負荷頻率法（BIN法）、計算機模擬法等。當計算地源熱泵系統(tǒng)能源站能耗時，建議選取BIN法或者動態(tài)模擬法。在選用BIN法選取氣象參數時，需要注意根據各終端用戶用能特點應選取相應供能時間段內的BIN氣象參數。然后利用動態(tài)模擬法或者BIN法計算的結果，根據冷（熱）源機組的變工況性能表查出相應工況下的機組耗能，與該工況下的供冷（熱）季小時頻率值相乘后累加即可計算出冷（熱）源設備的耗能量。其他輔助設備（水泵、冷卻塔）等可采用趙榮義所著簡明空調設計手冊中的空調系統(tǒng)能耗計算方法進行計算。

在進行地源熱泵系統(tǒng)能源站系統(tǒng)能效評估時，應分別計算系統(tǒng)供冷和供熱綜合能效，并計算用戶端水泵輸熱（冷）能效比。

4　節(jié)能措施評估

一般地源熱泵機組能耗占項目總能耗的60%，水泵系統(tǒng)能耗占項目的20%左右。在進行地源熱泵系統(tǒng)能源站節(jié)能技術措施評估時，應重點從地源熱泵機組和水泵的節(jié)能措施進行評估。例如地源熱泵機組采用軟啟動，用戶側水泵采用變頻水泵等措施。

地源熱泵系統(tǒng)能源站節(jié)能與否不僅取決的項目前期的系統(tǒng)設計，更取決于后期管理。與傳統(tǒng)供熱供冷系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)尚屬于新型供能系統(tǒng)，因此一般管理人員為非專業(yè)人員，建議地源熱泵系統(tǒng)能源站在運行時采用合同能源管理，提高項目在運行期的節(jié)能量。

地源熱泵系統(tǒng)能源站屬于區(qū)域供能系統(tǒng)，應根據系統(tǒng)特點配備齊全的能源計量儀器，并設置綜合能源監(jiān)控管理系統(tǒng)，以為能源站運營后的系統(tǒng)優(yōu)化運行提供數據支持。

夏維（1981—），女，天津，碩士研究生，助理研究員，研究方向：節(jié)能環(huán)保。

[1]地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范GB50366-2009[S].

[2]魏唐棣.地源熱泵地下豎埋管換熱器性能研究[D].重慶:重慶大學,2001.