地源热泵系统变水温控制节电效果分析

黄峰

山东地矿新能源有限公司山东济南250013

摘要：当今时代，我国经济发展势头大好，为建筑行业提供了广阔空间，受到越来越多人的重视。建筑行业的发展，不仅可以推动我国国民经济的发展，还能够满足人们对建筑物的个性化需求。建筑行业在施工过程中，能源消耗一直以来都是非常重要的问题。特别是暖通工程施工过程中，在其中所占据的能耗非常大，基本上可以被看作是所有工程项目在施工过程中的最大消耗。绿色环保的发展理念已经深入人心，为了实现节能减排的根本目的，要积极采取有针对性的措施，促使暖通工程施工过程中，也可以体现出节能环保的理念和要求。

关键词：地源热泵系统；变水温控制；节电效果

引言

全球经济一体化的迅速来临以及人们生活水平的日益提高，人们对环境保护、能源合理利用等各方面问题的关注程度也在不断提高。地源热泵技术作为一项节能环保效果显著的技术，虽然经过不断的发展已经被广泛应用于建筑工程中，但是目前该技术在发展和应用的过程中仍然存在着诸多急需解决的问题。

1地源热泵系统优势

1.1可再生利用、环保长效

地源热泵技术所利用的地热能，是目前使用比较广泛的可再生能源，它是一种能够将太阳能转变为地能的可再生的能源，具有取之不尽、用之不竭的优点，而地源热泵技术正是利用了地热能的这一优点，实现暖通工程的有效建设，从而大大节省了不可再生能源，符合可持续发展的战略。与此同时地源热泵技术还具有长效利用的特点，因为地热能可以在全年中产生和利用，所以地源热泵技术也可以在一整年中对地热能进行循坏利用。由此可见，地源热泵技术具有可再生利用和环保长效的明显优势。

1.2节能减排、经济高效

随着世界经济的进步和发展，不可再生能源的可使用年限为世界各个国家所重视，可再生能源的开发和合理运用已经是全人类内所关注的重点话题。其中地源热泵技术就是可再生能源中的一种，地源热泵是通过地下浅层的地热资源来实现和利用。由于利用其他资源进行地源热泵空调系统会耗费掉大量的能源，随着城市建设的不断发展，地源热泵空调系统的能源需求越来越大，因此利用地热资源来维持整个系统的运行，能够达到节能减排的作用，节约资源，减少排放。同时地热资源的利用还减少了对空气的污染，因为地热资源在释放时不会产生温室气体，所以不会对大气层造成破坏。地源热泵技术的应用还具有经济高效的优点，因为地源热泵技术的管理不需要燃料的燃烧，所以地源热泵系统的运行对能源的需求较小。因此，地源热泵技术具有节能减排和经济高效的特点和优势。

2项目概况

本文以某地源热泵系统为研究对象，通过对夏季工况的测试，分析其变水温调节节能效果，并运用TRNSYS仿真平台模拟该系统长期连续运行，分析对比了不同运行策略下变水温调节的节能效果。

3变水温控制策略

该系统采取变水温控制策略前，冷冻水供水温度恒定为7℃。由于实际工况下，为满足所有人员需求，系统全天连续运行，因此系统大部分时间处于部分负荷下运行，冷水机组性能系数偏低，造成了一定的冷量浪费。系统负荷率跟室外温度成相应比例，因此根据室外温度针对不同负荷率工况制定变水温控制策略，具体供水温度设定如表1所示。冷冻水的供水设定温度是满足室内人员舒适度前提的最高供水温度。

4地源热泵系统变水温控制节电效果

4.1数据处理

4.1.1负荷

热泵机组制冷量计算公式为

热泵机组是系统能耗的主要组成部分，因此冷水机组性能系数变化是影响变水温控制策略节能效果的重要因素。

4.2实测数据分析

表2给出了夏季工况下，变水温控制前后系统冷冻水供水温度变化以及机组性能系数对比数据。结果显示采用变水温控制策略后，热泵机组性能系数显著提高，热泵机组COP平均值由2.93升高至3.86，采用变水温控制前冷冻水供水平均温度为8.3℃，采用变水温控制后冷冻水供水平均温度为10.6℃，较之前升高2.3℃。根据监测系统提供的数据通过式（2）和式（3）计算得出热泵系统的耗电量，具体结果如图2所示。从图2中可以看出变水温调节后，相同室外温度下系统每日耗电量相比变水温调节前略微降低。数据显示，变水温调节前一年的平均每日耗电量为367kW·h，变水温调节后平均每日耗电量为295kW·h，节能量达到19.6%。夏季工况测试期共持续90天，累计节电约6480kW·h，若按平均电价0.8183元/(kW·h)计，累计节约电费5302元，折合0.06元/(m2·d)。

5基于TRNSYS的地源热泵系统仿真模拟

5.1仿真模拟平台的搭建

以TRNSYS软件为仿真模拟平台，搭建变水温控制地源热泵仿真模拟系统。模拟系统主要运用到的模块有热泵模块、定频泵模块、地埋管模块、控制器模块以及数据读取模块等。变水温控制模块的模拟主要通过对室外气象参数文件的读取和对热泵系统负荷率的判断来实现对供水设定温度的控制。模拟时长为87600h（10年），步长为1h。起始时间为1月1日，工况为冬季制热工况。模拟运行总共设定四种工况，工况1～4分别对应为采取连续运行策略、采取间歇运行策略、变水温控制下采取连续运行策略以及变水温控制下采取间歇运行策略。其中间歇运行策略表示热泵系统工作时间为每天8:00～17:00，连续运行策略表示热泵系统全天连续运行。该系统变水温调节前采用工况1，变水温调节后采用工况3。

5.2变水温控制策略长期运行节电效果分析

图3给出变水温调节后即工况3模拟运行10年系统耗电量和机组COP变化。数据显示，系统运行10年机组COP逐年降低，平均COP为3.90，系统运行能耗逐年增加，但整体呈减缓趋势，第10年耗电量达117756kW·h，10年平均耗电量为113478kW·h/y。四种不同运行工况下，地源热泵系统运行10年土壤平均温升均不超过8℃，满足实际运行要求。最低机组平均COP出现在工况1，为2.86，工况4下机组平均COP最高，达4.21。变水温调节后，运行第10年系统耗电量较第1年高出9723kW·h，10年累计耗电为1111719kW·h，相比变水温调节前节电281412kW·h，约20.2%。若采取系统间歇运行策略，运行10年累计能耗减少约29.2%。结果表明地源热泵系统采取变水温控制不仅能够提高热泵机组性能系数，而且能够降低系统运行能耗，减缓系统长期运行土壤温升，若采取间歇运行策略将获得更进一步的节能效果。

结束语

仿真模拟结果表明采用变水温控制，不仅能够取得一定的节能效果，而且能够减缓系统长期运行而导致的土壤温升。机组连续运行10年可节能281412kW·h，节能率达20.2%，若该地源热泵系统基于变水温控制采用间歇运行策略，将进一步减少大约9%的系统能耗。

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