地源热泵系统检测及能效评估——以汇丰凯苑公寓式酒店为例

0 引言

当前，基于常规能源价格上涨、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。

图1 地源热泵机房系统图

表1 冷热源机组性能表

（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]。

表2 检测主要仪器

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=2.47Qs；SO2排放量QSO2=0.02Qs；粉尘减排量QFC=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—常规能源价格（元/ kW·h），本项目以煤作为常规能源，标准煤价格取值为1 000 元 /t。

表3 地源热泵系统常规能源替代量

表4 污染物减排量

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.