深层水源热泵系统供暖效果测试与综合分析

李洪雁

辽河油田供水公司 , 辽宁 盘锦 124010

摘要：近些年，国内经济发展形势一片大好，GDP年增长速度很快，为了改善环境，治理污染，减少燃煤排放量，2016年中国煤炭消耗量连续三年下跌。2015年煤炭占我国能源消耗总量比例高达64%，2016年下降到62%，预计未来几年中国煤炭的消耗量将会继续下降，到2020年这一比例将会下降至55%。与此同时，与2015年相比，2016年中国新能源消耗量比例上涨了1.7%，占中国所有能源消耗总量的19.7%。这些新能源主要以太阳能、风能、浅层地热能、海洋能、生物质能为主，深层地热并没被完全重视和利用。

关键词：深层水源热泵系统；供暖效果测试；综合分析

引言

水源热泵作为一项可再生能源利用技术具有高效节能、环保洁净、用途广泛、运行可靠、灵活安全的优点，近几年得到快速的发展。但是水源热泵技术在勘察设计、施工工艺、运行管理等方面还有很多问题需要解决，水源热泵技术应用效果、效率、节能性和经济性是用户普遍关心的问题，通过对水源热泵系统的应用效果、效率、节能性和经济性进行测试和分析，发现其中存在的问题，找出原因，进而提出解决的方法，提高系统的效率。

1太阳能辅助水源热泵供暖系统运行模式

因为太阳能不是全天不间断的，因为我们还必须要考虑在出现各种情况以后，该系统还能够实现供暖。这样就能够提升该系统的使用效率，还可以减少电能的损耗。尤其是在冬季，这个系统可以通过测试水箱出口的温度来自行选择运行模式，这个模式一共有四种：直接供暖、串联热泵供暖、间接加热源侧水的热泵供暖、水源热泵单独供暖。接下来将对这几个模式做一个简单的介绍：直接供暖模式：在整个供暖过程中，最开始的时候和最后结束的时候，这两个时期的负荷相对不高，而且太阳能的辐射度在这个时候也很好这个时候的水箱温度也相对较高，当温度大于最后的供水温度的时候，就可以直接使用太阳能来进行供热，这种情况就可以不使用热泵。太阳能串联热聚供暖模式：当阳光的辐射强度不是很高的时候，可能会出现虽然水箱出口的温度要比低温热源的温度高，但是水箱出口的温度又比热泵的最高工作温度低的情况，这个时候就不是直接用太阳能进行供热，而是采用太阳能热泵。水源热泵单独供暖模式：第三种情况就是当水箱出口的温度比热源在低温模式下的温度还要低的时候，系统就不再通过水箱来供热，而是直接使用热泵蒸发器，通过蒸发器的热量进行供热。太阳能间接加热源测水的热泵供暖模式：最后一种情况是当水箱出口温度比直接使用太阳能的温度要低，但是又比热泵开始工作的最高温度要高的时候，就会开启间接加热的模式。主要是水箱的流体通过交换器把热量传导给低温热源，这样就能够提高其通过热泵时候的温度。

2项目概况

该中深层地热供热项目位于太原市某小区内，打井深度1500m,使用两眼出水井供水、两眼回灌井回水，均为新建居住建筑，总供热面积为20.19万m²。设计总热负荷7.27MW，平均热负荷36.01W/m²。本项目运用了“一采一灌”,“多采多灌”等先进技术，实现了100%同层回灌，有效地解决了使地热位快速下降的问题，实现了保护环境、清洁发展、资源可持续利用。

3深层水源热泵系统供暖效果测试

本系统制热性能测试时间为2016年12月6日17:00~12月8日17:00。测试期间系统按照相关标准要求，全天候不间断运行。测试期间室内外温度采用自动记录设备，按照供热站系统的实际运行状态进行测试，测试期间：1#一级板式换热器、1#二级板式换热器连续运行；1#热泵机组连续运行；1#用户侧循环泵连续运行；1#中间循环泵连续运行；2台地源侧循环泵连续运行。本项目的系统测试与评价从四个方面进行：（1）室内、外温度，为了监控深层地热的供暖效果，本次选取了8个住户作为温度监控的对象，查看室内温度是否满足供热要求；（2）供热站换热器测试，主要包括：热源侧供、回水温度和流量；（3）用户侧供、回水温度和流量；供热量；（4）热泵机组性能测试，主要包括：机组用户侧进、出口水温和流量；机组地源侧进、出口水温和流量；机组输入功率；（5）供热站系统性能测试，主要包括：系统总供热量；机组总耗电量；水泵总耗电量。

4换热器性能测试和分析

测试期间，在板式换热器实际运行工况下，1#一级板式换热器平均换热量为1558.2kW，换热器传热系数为1422.4W/(m2·℃)，具体测试结果见表1，1#二级板式换热器平均换热量为992.3kW，换热器传热系数为1652.1W/(m2·℃)，具体测试结果见表2。

表11#一级板式换热器实际运行工况下的性能测试结果

表21#二级板式换热器实际运行工况下的性能测试结果

5能效评估

5.1节能效益评估

根据测试结果以及采用度日法，计算出该地热供热系统年消耗一次能源量为冬季605.59吨标准煤（折算）。依据GB/T50801-2013《可再生能源建筑应用工程评价标准》，冬季选取燃煤锅炉（效率取0.7），年消耗一次能源量为1721.15吨标准煤（折算）。由此计算得出该可再生能源示范项目每年节约1115.56吨标准煤。制热性能效率比普通水源热泵高出60%。

5.2环境效益评估

环境效益主要评估CO2，SO2和粉尘减排量。取标准煤的CO2、SO2和粉尘减排量排放因子分别为2.47、0.02和0.01。CO2全年减排量为2755.44吨，SO2全年减排量为22.31吨，粉尘减排量为11.16吨。

5.3经济效益分析

经济效益主要评估年节约费用、静态投资回收年限。根据项目常规能源替代量的计算结果，该工程每年节约1115.56吨标准煤。供热站系统的年节约费用CS应按下式计算：

式中：

Cs——供热站系统的年节约费用，元/年；

Qs——常规能源替代量，kgce；

q——标准煤热值，MJ/kgce，取q=29.307MJ/kgce；

P——常规能源的价格，0.6元/kWh；

M——每年运行维护增加费用，元，由建设单位委

托运行维护部门测算得出，本项目取0。

计算得出供热站系统的年节约费用为66.94万元。

结语

通过对该系统供热范围内的室内温度进行监测和分析可知，供热区域房间温度都满足GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中对民用建筑室内温度环境的要求。房间温度相对比较稳定，同一房间温度变化在±2℃之间，本次监控的房间整体波动也只有±4℃。该系统的冬季制热性能系数为5.83，制热性能效率比普通水源热泵高出60%以上。该项目实施量为20.19万m2，经过节能效益，环境效益和经济效益分析可知：全年常规能源替代量为1115.56tce，CO2减排量为2755.44tce，SO2减排量为22.31tce，粉尘减排量为11.16tce，年节约费用66.94万元。由以上分析可知，该中深层地热供热项目不仅运行稳定，制热效果良好，而且有较好的节能环保和经济效益。

参考文献

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