解密长江流域大型地源热泵系统全年运行性能

客户行业：科技信息

客户类型：浙江省科技信息综合楼

客户规模：建筑面积为22,091 m 2

客户痛点：地源热泵的运行性能

方案亮点：该地源热泵系统的地埋换热管采用双U型竖埋，管材采用HDPE100管，地埋管热交换孔布置在建筑周围空地处，从地表算起的有效深度为150 m，孔间距4 m，共201个热交换孔。

地源热泵，彼之砒霜，吾之蜜糖。

地源热泵能全年出色运行吗？

真的节能吗？

“热堆积”现象有多严重？

本案例通过实测数据回答您。

本案例为浙江省科技信息综合楼（图1），位于杭州市滨江区。建筑面积为22,091平方米 ，其中地上建筑为五层，建筑面积17,642平方米，局部设一层地下室，建筑面积为4,449平方米。

　　

图 1 浙江省科技信息综合楼

该地源热泵系统的地埋换热管采用双U型竖埋，管材采用HDPE100管，地埋管热交换孔布置在建筑周围空地处，从地表算起的有效深度为150 m，孔间距4m，共201个热交换孔，具体布置如图2所示。

每个房间采用单独控制的风机盘管系统，主机采用两台相同型号的螺杆式地源热泵机组，最高制冷、制热功率分别可达930 kW和940 kW，系统运行原理如图3所示。冷热水机组采用水—水螺杆冷热水机组两台，水泵包括用户端空调冷热水循环泵和地埋管端冷却水泵各三台（二用一备），机组的标准设计工况性能如表1。

监测网络监测的数据包括温度、压力、流量、用电量。

　　

图 2 地埋管热交换孔俯视图（圆圈为热交换孔截面）

　　

图 3 系统运行原理图

　　

表 1 热泵机组设计工况参数

测试工作从 2015 年春季开始至 2016 年春季截止，测量参数主要包括用户端和地源端水温、流量，以及机组和水泵耗电量。水温采用 PT1000 铂电阻温度变送器采集，精度为±0.05 ℃；流量采用DWM2000 型电磁流量计，精度±1%；机组及水泵耗电量用精度为±1%钳形功率表计量。

实验测试及数据采集系统

测试仪器

数据采集系统介绍

数据采集系统首先由相关传感器、数据采集器完成数据采集工作，然后数据采集器将相关数据发送到电脑并通过西门子 WINCC 软件进行数据展示，而后将数据传输到监测总站。最后，在监测总站电脑端使用美国 Iconcions 公司GENESIS64 软件进行数据的最终处理、展示、储存。数据储存频率可自由设定，本次测试的系统设计为每 5 min 储存一次数据，数据保存年限为三年。

全年运行性能结果

系统分析指标

系统的分析指标主要有三个：

1、系统的冷热负荷，夏季制冷时体现为制冷量，冬季供热时体现为供热量，冷热负荷直接体现了对系统制冷和供热能力的要求；

2、地埋换热器侧热流量，夏季制冷时表示系统向地排热量，冬季供热时表示系统从地吸热量，地埋换热器侧热流量对地下温度场的影响很大，直接或间接地影响了周围的生态环境，是该系统与环境热传递的主要部分；

3、机组或系统的能效比（COP），机组能效比为制冷量（供热量）与机组耗电量之比，系统能效比为制冷量（供热量）与系统总耗电量（包括机组和水泵耗电量）之比，能效比直接反映了机组或系统的能量转换效率，是评价一个热泵系统好坏最为直接的性能指标。

三个分析指标的计算公式如下：

（1）

式中：

Q 1 ——制冷（供热）量，kW·h；

P 1 ——用户端水密度，kg/m 3 ；

V 1 ——用户端水流量，m 3 /s；

C p1 ——用户端水比热容，kJ/(kg·℃)；

T 2 ——用户端回水温度，℃；

T 1 ——用户端供水温度，℃；

t——系统运行时间，h。

（2）

式中：

Q 2 ——放热（吸热）量，kW·h；

P 2 ——地源端水密度，kg/m 3 ；

V 2 ——地源端水流量，m 3 /s；

C p2 ——地源端水比热容，kJ/(kg·℃)；

T 2 ′——地源端供水温度，℃；

T 1 ′——地源端回水温度，℃；

t——系统运行时间，h。

（3）

式中：

COP——能效比，无量纲；

Q 1 ——制冷（供热）量，kW·h；

W——机组或系统耗电量，kW·h。

供冷季、供热季典型日地源热泵系统运行性能；

供冷季、供热季运行实验结果；

全年运行性能分析；