关于地下水源热泵空调系统的实测与能效研究

刘晓彬 吴雪

【摘要】具有较为明显节能性的地下水源热泵的实测研究并不多。本文针对地下水源热泵空调系统的实测与能效进行了具体的分析与研究。研究表明，固有的高能耗特征的空调主要集中在冬冷夏热的住宅建筑中。而地下水源热泵实测能效与理想能效相比，差距明显，却高于空气源空调器能效。在制热工况下，地下水热能有着较高的利用价值，且制热效率也较高，而热泵节能运行要点就是控制机组端差。

【关键词】地下水源；热泵；空调系统

随着近几年经济的发展，地源热泵技术的应用也逐渐发展起来，截止到2010年，国内地源热泵工程已有近上万个，而其中水源热泵空调则大约占百分之五十。地下水源热泵空调系统有着较高的能效比。虽然有关使用地下水源热泵的研究在很早就开展起来，但是对其能效尤其集中式主机形式的热泵能效的研究文献特别少。本文针对地下水源热泵空调系统的实测与能效，从系统结构与运行监测，实测与能效分析结果等方面进行了分析，以供参考。

一、系统结构与运行监测

本文针对某市小区三幢住宅楼，采用集中式地下水源热泵空调系统，并将3687kw设计为空调系统的冷负荷量，而热负荷为2950kw。图1是地下水源空调系统示意。该系统在对地下水进行抽取时，利用深井潜水泵，把其送入板式换热器中，在进行热量的交换以后，将其向回灌井中灌入，并要求回灌井的数量为五口，抽水井的数量是三口。在循环的地下水中，使地下水间接与热泵机进行换热得以实现的方式是设板式换热器，其可以使热泵避免发生腐蚀。而系统中的主机与水泵是其主要的耗能设备。通过一年的监测，数据记录为：地下水温度、热泵机组两侧的供回水温度，主机与水泵的用电量、热泵机组的蒸发以及蒸发器进出口水压力。

二、实测与能效分析结果

1、能耗与能效

电能是系统所消耗的能量。图2是每月累计耗电。系统全年平均各个设备能耗占总能耗的比例分别是：热泵机组60%，深井13%，空调侧的循环水泵25%，板式换热器的循环水泵2%。而在系统总能耗中，水泵能耗的年平均比例为百分之四十一。而水泵能耗在集中空调系统中，占其总能耗的20%-30%。由此得出，水泵高能耗是地下水源热泵系统中通常出现的问题。

室外平均气温对主机耗电与总耗电有着重要的影响。在各项日电耗的运行期间，其与平均气温有着如此联系：夏季制冷期主机耗电0.89、总耗电0.88；冬季供热期主机耗电0.89、总耗电0.86。在对整个系统节能性的影响中，水泵日能耗与平均气温较低的相关系数占重要的一部分。其主要由于水泵的流量控制无法将在系统负荷的改变中，对其进行及时的调整得以实现。在气象不同的条件下，在总能耗中，水泵能够所占的比重不同。当室外气候恶劣的温度下，比例较小，如图2所示的一月份与八月份；室外气候温和，则比例较大，如图2所示的三月份与十一月份。

2、利用系统分析计算参数确定

利用系统对最冷月与最热月数据进行分析计算。并按照对月平均主机高压与低压的实测，能够计算出与之相应的制冷剂蒸发、冷凝温度，与个工况点制冷剂物性参数，从而使压缩机理论功耗得以计算出来。并通过比较理论功耗与实际功耗，计算出绝热效率。而实际循环的个工况点物性参数，则是通过绝热效率对理论循环的修改计算出来的。

3、取消板式换热器

由于热泵机组的能效比降低，主要是由对板式热交换器的使用，使其接间换热而造成的。当地下水的矿化度比为每升三百五十毫克，系统可以进行直接连接而不加入换热器。而在具体工程中，对直接连接进行使用的也有一些系统。而对直接连接与间接连接，这两种方式的能效进行比较，对进行合理的选择适合的连接方式有一定的帮助。

实测系统热泵机组的板换侧在夏季，其平均温度为二十六摄氏度，而冬季的平均温度则为十九摄氏度；若是利用直接连接方式，在夏季，热泵机组进出口的井水平均温度为二十五度，在冬季则为二十度。此外，热泵机组COP在水温的变化中会发生改变。根据具体的计算可以得出，在夏季，其COP对加大百分之二，而在冬季，其COP则会加大百分之三左右。而且，若是将循环水泵取消，则会使相应的循环水泵电耗节省出来。从而能够降低系统全年总电耗。

4、通过计算得出的结论

通过进行一系列的计算，可得出如下几点结论：一是在冬冷夏热的住宅区中，实测的COP要低于按照机组样本预测的理想值，且高于空气源空调器能效。地下水源热泵的优势要比空气源热泵显著，尤其是在其冬季的运行期中。二是在制热工况下，地下水热能有着较高的利用价值，而制冷工况下，其有效能则较低，为此，其主要改进对象是冷凝器与蒸发器。三是将热泵机组端差进行控制，能够使系统有效能效率得以有效地提高。在该系统中，当端差为五摄氏度时，就可以降低系统的总电耗。四是采用直接方式進行连接，可以降低系统全年的总电耗。

结束语

本文以关于地下水源热泵空调系统的实测与能效的研究为切入点，从系统结构与运行监测、与实测与能效分析结果这两大方面进行了具体的分析与研究。并重点对实测与能效分析结果，从能耗与能效；利用系统分析计算参数确定；取消板式换热器；以及通过计算得出的结论这四个方面进行了具体的阐述。笔者希望通过上述分析研究，能够对相关工作者提供一定的有价值的信息，供其参考。

参考文献

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