地源热泵系统实际应用中运行问题的解决方案

刘业彬

（江苏天康能源环境工程有限公司，江苏 无锡 214201）

1 工程概况

新增公寓前地源热泵机房内已有地源热泵机组1（制冷量552.5 kW/制热量564.3 kW）和地源热泵机组2（制冷量489.7 kW/制热量520.0 kW），共2 台。原机组2 为空调冷热源；机组1全年运行提供生活用热水。

新增公寓后改为地源热泵机组1 为空调主用，夏、冬季运行，提供老综合楼和新建公寓空调冷热水；地源热泵机组2 为热水供应主用，全年运行，提供生活用热水。如果夏、冬季空调出现高峰冷、热负荷时，2 台地源热泵机组全部用于空调，浴池热水及采暖在此期间不提供[1]。

2 运行使用状况

根据现在空调使用情况知新大楼、老大楼都在满负荷使用，现在的一号主机（制冷量552.5 kW/制热量564.3 kW）为2 栋楼提供冷量、热量，较总计算冷负荷相差42%，与热负荷相差18%。2 号主机每天累计开启时间8 h 左右制取热水，空调24 h 使用，1 号主机几乎24 h100%运行，产生空调效果达不到设计要求，生活热水在使用高峰时，温度偏低的问题。

根据运行几年的综合比较，以及售后人员对于地埋管供回水温度反映，在新增加公寓当年，地埋管供回水温度提升了4 ℃～5 ℃，原没增加前，运行地埋管出水温度在27 ℃～28 ℃，增加新建公寓后地埋管出水温度在33 ℃～34 ℃，说明地埋管量偏少，整个主机负荷的负荷衰减约10%～15%。

1 台主机容量不能满足空调冷热负荷；目前空调系统地源侧水温基本处于偏高范围，按照目前使用情况，未来几年水温会继续升高，主机效率会逐渐降低，最终将失去节能目的。

3 地埋管换热情况校对

针对以上使用情况说明，我们根据土壤源换热量夏季排热量50 W/m，冬季按热量取值40 W/m 来校对一下埋管量，夏季空调计算冷负荷950 kW，冬季热负荷690 kW，热水负荷122.6 kW。

地源热泵机组夏季性能系数为：5.4，冬季性能系数为：4.8.。

最大释热量：Q1=夏季总冷负荷×（1+1/5.4）=960×1.185=1137.6 kW

最大吸热量：Q2=冬季总热负荷×（1-1/5.1）=690×0.8=552 kW

按夏季最大释热量计算钻孔个数：1137×1000/80×50=284.25 个

以满足最大钻孔个数，按夏季钻孔个数进行布孔，该项目钻孔个数需要284.25 个。原设计总量240 个，偏少，且并无考虑余量5%～10%的数量，综合比较，增加48 个孔。增加系统的安全可靠性。

4 热平衡分析

该建筑空调夏季运行120 d，每天运行24 h；冬季运行120 d，每天运行12 h； 过度季125 d，建筑负荷夏季冷负荷：950 kW，冬季热负荷：690 kW。

生活热水：热水温度55℃，生活热水最大日用水量15 t，夏季初始温度按20℃计算，热水加热量为610 kW/d；过渡季节初始温度按10℃计算，热水加热量为961 kW/d；冬季初始温度按5℃计算，热水加热量为1 067 kW/d。

按照动态负荷计算方法，可计算出热泵系统全年向地下的累计排热量和吸热量见表1。

由上述计算可见，释热量基本与取热量持平，在实际运行中还要通过管理者通过运行策略来达到平衡目的，建议运行策略方案如下。1）夏季初级及末期15 d，建议用1 台热泵机组制冷，另1 台机组制热水。高峰时2 d 机组同时制冷。制热水采用风冷热水机组制热水。2）过度季节采用地源热泵机组制热水。3）冬季1 台机组制热，另一台机组制取热水。4）加强运行管理，避免能源浪费。

表1 全年向地下的累计排热量和吸热量

5 解决方案

5.1 增加井数

为达到空调正常使用功能及节能效果，室外增加井数按照二次改造图纸进行，新增48 口井。

5.2 增加空气源热水机组

由于该项目新增公寓后在空调使用高峰期供两栋楼的生活热水不能满足。在此增加一台制热量150 kW 的空气源热水机组，实现夏冬季空调高峰期的热水补充供应。2 台主机高峰期同时为2 栋楼供冷供暖。为了达到地埋管取热和放热的冷热平衡及节能的目的，在平时工况下依然使用地源热泵机组2 来制取热水。增加2 台热水循环泵，一用一备，用于热水箱和空气源热泵之间循环动力。

5.3 主要设备参数

空气源热泵机组：制热量 150 kW，输入功率41 kW，水流量22.8 m3/h；热水循环泵参数：2 台立式离心泵：G=25 m3/h，H=12.5 m，N=1.5 kW。

5.4 设备安装位置选择

由于热水箱为开式水箱，热水泵回水管需落地安装，为避免地面开挖空气源热泵机组及热水循环泵安装位置选择在机房北面附近。水泵单独搭设防雨措施。控制柜安装在机房内。

5.5 电容要求

主机耗电功率41 kW，水泵耗电功率1.5 kW，总耗电功率42.5 kW。需提供50 kW 电容量的电源。

6 结语

在节能空调工程的实际应用中，对于运行中产生的问题，要逐一排查，发现问题，及时解决，针对该工程运行中的问题，首先要针对性地对项目的概况及设计做详细了解，并及时掌握在运行中产生的问题，进行逐一分析，以初投资比较小的代价，来保证整个系统稳定的运行，确保项目的节能效率最大化，并对工程后期设计中产生的问题提供参考价值。