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夏热冬冷地区地源热泵系统节能性分析

  • 作者:
  • 中国暖通空调网
  • 发布时间:
  • 2019-08-12

杭州大湛机电科技有限公司      严伟

杭州清稞节能环保科技有限公司      赵先明

摘   要:当下,地源热泵技术作为一项可再生能源技术在夏热冬冷地区大力推进。本文针对夏热冬冷地区的气候特点,从一次能耗的角度,对比分析了地源热泵系统与冷水机组加锅炉、风冷热泵三种空调冷热源的节能效果,可为夏热冬地区合理应用地源热泵技术提供参考。

关键词: 建筑节能;地源热泵;夏热冬冷;设计方法;一次能耗分析

基金项目:浙江清华长三角研究院杭州分院“绿色人居环境研究中心”产学研一体化平台搭建 。

       0   引言

       由于浅层地层温度常年基本稳定,接近当地气象年平均温度,冬季浅层地层温度比室外环境空气温度高,夏季浅层地层温度比室外环境温度低。理论上,地源热泵机组的能效应高于空气源热泵。此外,地源热泵机组加装冷凝热回收装置后可实现一机多用,既可夏季供冷、冬季供热、全年供应生活热水,在需要时还可同时供冷、供热、供生活热水,做到能量总体平衡[1-2]。作为空调冷热源的地源热泵系统,消耗电能,利用部分浅层地层的蓄热能(可再生能源的一种)给空调系统提供热水和冷冻水。系统的节能效果应体现在最终的一次能源总消耗量上。

       为了说明问题,我们从一次能耗的角度,将地源热泵系统与冷水机组加锅炉、风冷热泵三种空调冷热源作对比节能性分析。

       1   制冷工况节能性分析

       制冷工况时,耗电可分为三部分:

     (1)向系统外散热装置的耗电;

     (2)冷却水循环系统的耗电;

     (3)制冷系统制冷机的耗电。

       由这三部分耗电总量分摊到单位制冷量,就可计算得到整个冷源的综合制冷性能系数(SCOP)。在新修订的《公共建筑节能设计标准》(GB 50189—2015)中,明确了各类冷源的综合制冷性能系数(SCOP)限值,详见表1。

表1   冷源的综合制冷性能系数(SCOP)限值[3]

       对于地源热泵系统来讲,由于冷却水循环系统的耗电比传统的冷却塔冷却水系统的耗电要高,并且地源热泵机组制冷工况时的单机COP也低于水冷冷水机组的COP。因此该系统的综合制冷性能系数也较水冷冷水机组低。在《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801中地源热泵系统性能级别划分详见表2[4]

表2   地源热泵系统性能级别划分[4]

       综上分析,在夏热冬冷地区冷源的综合制冷性能系数汇总详见表3。

表3   夏热冬冷地区冷源的综合制冷性能系数汇总

       2   制热工况节能性分析

       制热工况时,锅炉耗用燃料、热泵耗用电耗均折算成标煤进行比较。燃料热值按低位发热量计算,电耗以0.33kgce/kW·h推算(发电效率37.23%)。

       锅炉作为热源时,其效率规定为88%,则热源的制热性能系数为0.88;热泵的COP均乘以0.3723计入[5]

       综上分析,热源的制热性能系数汇总详见表4。

表4   热源制热性能系数汇总表

       综合制冷工况和制热工况的对比分析结果,可知:

     (1)地源热泵系统优于空气源热泵系统,相比之下节能明显。

     (2)地源热泵系统在制热工况时由于吸收了浅层地层中的低温热,系统的制热性能系数最高,是锅炉供热系统的1.27~1.48倍。在制冷工况时,由于对系统外散热部分的冷媒输配耗能大,地源热泵系统的电耗比水冷式冷水机组制冷系统的要大。因此,对于具体工程要作全年负荷变化计算和一次能耗分析后再做定论。

       3   结论及建议

       本文针对夏热冬冷地区的气候特点,从一次能耗的角度,将地源热泵系统与冷水机组加锅炉、风冷热泵三种空调冷热源作对比节能性分析,主要结论和建议如下:

       (1)地源热泵系统优于空气源热泵系统,其全年运行能耗较低、节能量明显。

       (2)在制热工况时,地源热泵系统与锅炉供热系统相比一次能耗低,节能显著;而在制冷工况时,地源热泵系统综合制冷性能系数低于常规的水冷冷水机组。因此,具体工程应根据负荷分布特性,进而作一次能耗分析计算后取优。

参考文献

       [1] 徐伟, 邹瑜, 徐宏庆等. 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范技术指南》[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012: 468–474.

       [2] 唐峰, 胡吉士. 浙江地区地源热泵系统适应性研究和设计方法[J]. 建筑节能, 2014,12(4):25–30.

       [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2015)[S]. 北京: 2016.

       [4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 《可再生能源建筑应用工程评价标准》(GB/T 50801—2013)[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.

       [5] 中华人民共和国建设部.《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366—2005(2009版)[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009.

备注:本文收录于《建筑环境与能源》2017年2月刊总第2期。
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