原创《地源热泵系统检测与能效评估以汇丰凯苑公寓式酒店为例》
该文是系统检测有关专科毕业论文范文和地源热泵和汇丰凯苑公寓和能效评估方面硕士论文开题报告范文。
【摘 要】 以汇丰凯苑公寓式酒店地源热泵系统为对象,按照相关标准的规定,对该系统冬、夏两季工况的运行参数进行检测,计算热泵机组的制冷能效比EER、制热性能系数COP和热泵系统的制冷能效比EERsys、制热性能系数COPsys,并对系统进行综合能效评估.结果表明：汇丰凯苑公寓式酒店地源热泵系统运行可靠,总体节能性和环保效果较好.
【关键词】地源热泵；性能检测；能效评估
【Abstract】 Take Huifengkaiyuan Apartment Hotel´s GSHP system as study subject, based on the relevant standards, this study inspects the operating parameters of the system in the winter and summer; calculates heat pump unit´s cooling energy efficiency ratio EER, heating coefficient of performance COP, heat pump system´s cooling energy efficiency ratio EERsys, heating coefficient of performance COPsys; and conducts system´s comprehensive energy efficiency evaluation. The results show that: Huifengkaiyuan Apartment Hotel´s GSHP system is reliable, and has a relatively good overall energy efficiency and environmental protection.
【Keywords】 ground source heat pump, performance test, energy efficiency evaluation
0 引言
当前,基于常规能源上涨、环境压力不断加大,在国家及地方政府的推动下,利用浅层地热能作为建筑物供冷、供热的地源热泵技术,其应用规模正不断扩大.至于在实际工程中,地源热泵系统运行效果究竟如何,是否能在满足室内舒适度要求的同时实现节能运行,则需要通过地源热泵系统现场检测、能效评估来进行验证.本文将以汇丰凯苑公寓式酒店为例,对其地源热泵系统冬、夏两季的运行工况进行检测,并根据现场检测情况,对机组、系统的性能系数及节能效果进行计算分析和评估.
1 项目概况
汇丰凯苑公寓式酒店系汇丰凯苑项目的主要商业配套之一,位于汇丰凯苑项目的东北角.项目建筑用地面积9 478m2,总建筑面积23 146m2,地上总建筑面积15 982m2,地下建筑总面积7 164m2.
汇丰凯苑公寓式酒店为框架剪力墙结构（局部钢结构）,建筑高度75.3m,地下2层,主楼地上16层,裙房地上3层；其中,1层主要为门厅,2层主要为餐饮,3、4层主要为活动室,5～15层主要为公寓式酒店,16层主要为会议室,地下层为停车库、水泵房、排风机房、地源热泵机房及设备房.
（1）本项目土壤源热泵系统采用垂直地埋管系统,双U型埋管,埋管深度100m,埋管间距4m×4m,总埋管数387根.制冷机房设置于地下2层,设置2台螺杆式地源热泵机组（带部分热回收型）提供空调冷热源,1台单冷螺杆式冷水机组（带冷却塔）提供空调冷源；另设置1台涡旋式地源热泵机组（不带热回收型）,常年提供生活热水,夏季提供部分空调系统冷量（图1、表1）.
（2）本项目空调水系统为两管制一级泵系统,采用变流量系统,裙房空调水管为异程,主楼的风机盘管空调水管为同程,冷冻水泵分为两用一备、一用一备、一用一备共3组,分别与螺杆式地源热泵机组（带热回收型）、单冷螺杆式冷水机组、涡旋式地源热泵机组（不带热回收型）对应运行.
（3）本项目小开间办公室等采用风机盘管加新风系统,风机盘管采用顶送风顶回风,新风直接送至室内；大空间部位采用全空气空调系统,高度大的多功能厅采用旋流风口顶送、顶回,新风采用全热交换器新风换气机.
2 检测、能效评估方案
2.1 检测、能效评估依据
根据《可再生能源建筑应用工程评价标准》（GB/T 50801—2013）（以下简称《标准》）的规定,可再生能源建筑应用竣工图纸、验收资料、运行调试资料等实施地源热泵系统检测、能效评估工作,其中,《标准》对地源热泵系统的检测及能效评估方法、内容等均做了规定.
2.2 检测、能效评估内容
按照标准的相关要求,本项目性能检测、能效评估的主要内容如下,且检测用主要仪器见表2（仪器均经过标定并在有效期内）.
（1）性能检测的主要内容包括热泵机组能效比、热泵系统能效比、室内温湿度等.
（2）能效评估的主要内容包括全年常规能源替代量、环境效益和经济效益等.
3 检测结果计算分析
3.1 检测要求
在冬、夏两季运行工况下,本项目地源热泵机组性能检测在机组稳定运行1h后,机组负荷达到机组额定值的80%以上时进行,且检测时间不少于2h；地源热泵系统性能检测在系统供冷或供热运行15d后,系统负荷率达到60%以上时进行,且检测时间不少于4d[1].
3.2检测结果计算分析
夏季工况检测期间,室外平均温度为35.0℃,平均相对湿度为58.2%；室内平均温度为25.4℃,平均相对湿度为56.3%.冬季工况检测期间,室外平均温度为2.5℃,平均相对湿度为60.9%；室内平均温度为20.3℃,平均相对湿度为 44.2%.
3.2.1 检测条件下热泵机组能效比
热泵机组制冷能效比、制热性能系数按公式（1）、（2）计算[1].
式中, EER—热泵机组的制冷能效比；
COP—热泵机组的制热性能系数；
Q—检测期间机组的平均制冷量或制热量
(kW)；
Ni—检测期间机组的平均输入功率（kW）；
V—热泵机组室内侧平均流量（m3/h）；
Δtw—热泵机组室内侧进出口介质平均温差
(℃)；
ρ—冷介质或热介质平均密度（kg/m3）；
c —冷介质或热介质平均定压比热
[kJ/（kg·℃）].
根据检测结果,按照公式（1）~（3）,计算出检测条件下,该地源热泵机组制冷能效比为6.12,制热性能系数为4.71,结果符合设计要求.
3.2.2 检测条件下热泵系统能效比
系统制冷能效比、系统制热性能系数按式（4）、（5）计算[1].
式中, EERsys—热泵系统的制冷能效比；
COPsys—热泵系统的制热性能系数；
Qsc—系统检测期间的制冷量累计值
（kW·h）；
QSH—系统检测期间的制热量累计值
（kW·h）；
ΣNi—系统检测期间,热泵机组电量消耗
累计值（kW·h）；
ΣNj—系统检测期间,水泵电量消耗累计
值（kW·h）.
根据检测结果,按照公式（4）~（7）,计算出检测期间,该地源热泵系统的制冷能效比为3.45、制热性能系数为3.30,检测结果满足《可再生能源建筑应用工程评价标准》（GB/T 50801—2013）中系统性能级别2级的要求.
4 能效评估
4.1 节能效益评估
节能效益主要为地源热泵系统常规能源替代量,即传统系统的总能耗与地源热泵系统总能耗之差.关键参数计算方法如下.
4.1.1 全年累计冷负荷、热负荷[1]
（1）根据检测期间室外气象参数以及地源热泵系统的实测制热量,采用度日法计算供暖季累计热负荷.
（2）根据检测期间室外气象参数以及地源热泵系统的实测制冷量,采用温频法计算供冷季累计冷负荷.
4.1.2 传统系统的总能耗
（1）供暖季采暖系统能耗：选取以煤作为传统能源的采暖系统为比较对象,采暖系统运行效率取0.70,标准煤热值取29.307MJ/kgce；
（2）供冷季空调系统能耗：选取常规制冷空调系统作为比较对象,常规制冷空调系统能效比取2.6（地源热泵机组容量为876.9kW）.
4.1.3 地源热泵系统全年能耗量
根据实测的地源热泵系统能效比与建筑全年累计冷、热负荷计算地源热泵系统全年能耗量.地源热泵系统常规能源替代量计算结果见表3.
4.2 环境效益评估
依据地源热泵系统节能效益计算结果,对CO2、SO2和粉尘的减排量进行评估：CO2减排量Qco2等于2.47Qs；SO2排放量QSO2等于0.02Qs ；粉尘减排量QFC等于0.01Qs.式中的2.47,0.02,0.01为标准煤的各污染物排放因子,计算结果见表4.
4.3 经济效益评估
地源热泵系统的年节约费用Cs按下式计算：[1]
式中, Cs—地源热泵系统年节约费用（元/年）；
Qs—常规能源替代量（kgce）；
q—标准煤热值（MJ/kgce）,取29.307MJ/
kgce；
P—常规能源（元/ kW·h）,本项目以
煤作为常规能源,标准煤取值为
1 000元/t.
经计算,本项目年节约费用约987 483元.
5 结语
综上所述,我们可以得到以下结论.
（1）地源热泵系统检测期间,该项目夏季室内平均温度25.4℃,平均相对湿度56.3%；冬季室内平均温度20.3℃,平均相对湿度44.2%.满足空调系统夏季室内设计温度25℃、相对湿度40%~65%,以及冬季室内设计温度20℃、相对湿度30%~60%的要求.
（2）根据冬、夏两季地源热泵系统检测结果,地源热泵机组制冷能效比为6.12,机组制热性能系数为4.71,地源热泵系统制冷能效比为3.45,系统制热性能系数为3.30.机组性能系数符合设计要求,系统性能系数达到《可再生能源建筑应用工程评价标准》中的2级要求.
（3）根据节能效益、环境效益和经济效益评估结果,地源热泵系统全年常规能源替代量为121.3tce,减排CO2299.6t ,减排SO22.4t ,减排粉尘1.2t ,可节约费用约98.75万元/a.
参考文献：
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T 50801—2013 可再生能源建筑应用工程评价标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.
（收稿日期：2017-07-25）
系统检测论文参考资料：
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