杭州大湛機電科技有限公司      嚴偉

杭州清稞節能環?？萍加邢薰?nbsp;     趙先明

摘   要：當下，地源熱泵技術作為一項可再生能源技術在夏熱冬冷地區大力推進。本文針對夏熱冬冷地區的氣候特點，從一次能耗的角度，對比分析了地源熱泵系統與冷水機組加鍋爐、風冷熱泵三種空調冷熱源的節能效果，可為夏熱冬地區合理應用地源熱泵技術提供參考。

關鍵詞： 建筑節能；地源熱泵；夏熱冬冷；設計方法；一次能耗分析

基金項目：浙江清華長三角研究院杭州分院“綠色人居環境研究中心”產學研一體化平臺搭建 。

       0   引言

       由于淺層地層溫度常年基本穩定，接近當地氣象年平均溫度，冬季淺層地層溫度比室外環境空氣溫度高，夏季淺層地層溫度比室外環境溫度低。理論上，地源熱泵機組的能效應高于空氣源熱泵。此外，地源熱泵機組加裝冷凝熱回收裝置后可實現一機多用，既可夏季供冷、冬季供熱、全年供應生活熱水，在需要時還可同時供冷、供熱、供生活熱水，做到能量總體平衡[1-2]。作為空調冷熱源的地源熱泵系統，消耗電能，利用部分淺層地層的蓄熱能（可再生能源的一種）給空調系統提供熱水和冷凍水。系統的節能效果應體現在最終的一次能源總消耗量上。

       為了說明問題，我們從一次能耗的角度，將地源熱泵系統與冷水機組加鍋爐、風冷熱泵三種空調冷熱源作對比節能性分析。

       1   制冷工況節能性分析

       制冷工況時，耗電可分為三部分：

     （1）向系統外散熱裝置的耗電；

     （2）冷卻水循環系統的耗電；

     （3）制冷系統制冷機的耗電。

       由這三部分耗電總量分攤到單位制冷量，就可計算得到整個冷源的綜合制冷性能系數（SCOP）。在新修訂的《公共建筑節能設計標準》（GB 50189—2015）中，明確了各類冷源的綜合制冷性能系數（SCOP）限值，詳見表1。

表1   冷源的綜合制冷性能系數（SCOP）限值^[3]

       對于地源熱泵系統來講，由于冷卻水循環系統的耗電比傳統的冷卻塔冷卻水系統的耗電要高，并且地源熱泵機組制冷工況時的單機COP也低于水冷冷水機組的COP。因此該系統的綜合制冷性能系數也較水冷冷水機組低。在《可再生能源建筑應用工程評價標準》GB/T 50801中地源熱泵系統性能級別劃分詳見表2^[4]。

表2   地源熱泵系統性能級別劃分^[4]

       綜上分析，在夏熱冬冷地區冷源的綜合制冷性能系數匯總詳見表3。

表3   夏熱冬冷地區冷源的綜合制冷性能系數匯總

       2   制熱工況節能性分析

       制熱工況時，鍋爐耗用燃料、熱泵耗用電耗均折算成標煤進行比較。燃料熱值按低位發熱量計算，電耗以0.33kgce/kW·h推算（發電效率37.23%）。

       鍋爐作為熱源時，其效率規定為88%，則熱源的制熱性能系數為0.88；熱泵的COP均乘以0.3723計入^[5]。

       綜上分析，熱源的制熱性能系數匯總詳見表4。

表4   熱源制熱性能系數匯總表

       綜合制冷工況和制熱工況的對比分析結果，可知：

     （1）地源熱泵系統優于空氣源熱泵系統，相比之下節能明顯。

     （2）地源熱泵系統在制熱工況時由于吸收了淺層地層中的低溫熱，系統的制熱性能系數最高，是鍋爐供熱系統的1.27~1.48倍。在制冷工況時，由于對系統外散熱部分的冷媒輸配耗能大，地源熱泵系統的電耗比水冷式冷水機組制冷系統的要大。因此，對于具體工程要作全年負荷變化計算和一次能耗分析后再做定論。

       3   結論及建議

       本文針對夏熱冬冷地區的氣候特點，從一次能耗的角度，將地源熱泵系統與冷水機組加鍋爐、風冷熱泵三種空調冷熱源作對比節能性分析，主要結論和建議如下：

       （1）地源熱泵系統優于空氣源熱泵系統，其全年運行能耗較低、節能量明顯。

       （2）在制熱工況時，地源熱泵系統與鍋爐供熱系統相比一次能耗低，節能顯著；而在制冷工況時，地源熱泵系統綜合制冷性能系數低于常規的水冷冷水機組。因此，具體工程應根據負荷分布特性，進而作一次能耗分析計算后取優。

參考文獻

       [1] 徐偉, 鄒瑜, 徐宏慶等. 《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范技術指南》[M]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2012: 468–474.

       [2] 唐峰, 胡吉士. 浙江地區地源熱泵系統適應性研究和設計方法[J]. 建筑節能, 2014,12(4):25–30.

       [3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. 《公共建筑節能設計標準》（GB 50189-2015）[S]. 北京: 2016.

       [4] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. 《可再生能源建筑應用工程評價標準》（GB/T 50801—2013）[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2012.

       [5] 中華人民共和國建設部.《地源熱泵系統工程技術規范》GB 50366—2005（2009版）[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2009.

備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2017年2月刊總第2期。
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