重庆市重庆市2013年年地源热泵地源热泵发展发展与应用后评估与应用后评估丁丁丁丁 勇勇勇勇 重庆大学重庆大学重庆大学重庆大学 教授教授教授教授重庆市绿色建筑专业委员会重庆市绿色建筑专业委员会重庆市绿色建筑专业委员会重庆市绿色建筑专业委员会 常务副秘书长常务副秘书长常务副秘书长常务副秘书长2013.82013.82013.82013.8主要内容主要内容32重庆市地源热泵建筑应用概况重庆市地源热泵建筑应用概况重庆市地源热泵建筑应用概况重庆市地源热泵建筑应用概况1地源热泵系统运行后评估地源热泵系统运行后评估地源热泵系统运行后评估地源热泵系统运行后评估解决方法的研究解决方法的研究解决方法的研究解决方法的研究重庆市地源热泵建筑应用概况重庆市地源热泵建筑应用概况2009年，重庆市被住建部和财政部确定为全国可再生能源建筑应用示范城市以来，积极推动项目建设，共组织26个项目388万平方米建筑开展了以水源热泵、土壤源热泵技术为主的工程应用示范。重庆市地源热泵发展进程2010年，重庆市巫溪、云阳两县成功申请全国可再生能源建筑应用农村地区县级示范，两县将结合自身优势，充分运用太阳能、江河水等特色资源，开展可再生能源建筑应用，预期分别建设30、34万平方米的可再生能源建筑应用示范工程。2011年至2012年期间，可再生能源建筑规模化应用面积达180万平方米，其中水源热泵系统建筑应用面积达到120万平方米，地源热泵系统建筑应用面积达到30万平方米。4重庆市地源热泵发展进程2013年至2015年期间，可再生能源建筑规模化应用面积将达270万平方米，其中水源热泵系统建筑应用面积达到180万平方米，地源热泵系统建筑应用面积达到50万平方米。重重庆庆市市制制定定了了一一系系列列的的发发展展规规划划、管管理理办办法法、地地方方标标准准以以规规范范工工程程项项目目的的设设计计及及质质量量验验收收。重重庆庆市市制定发布了重庆市可再生能源建筑应用示范项目管理办法和重庆市可再生能源建筑应用中长期规划，完成了地表水水源热泵系统设计标准等多个标准的编制工作。重庆市可再生能源建筑应用中长期发展规划规划期分为十一五和2020年。到2010年，浅层地能等可再生能源建筑应用面积占新建建筑面积达到25%以上；形成可再生能源建筑应用技术的法规、技术和标准体系等。到2020年，浅层地热能可再生能源建筑应用面积占新建建筑面积达到50%以上；形成产业链完整，达到国际化水平的可再生能源应用产业基地等。重庆市可再生能源建筑应用示范项目管理办法该办法主要对土壤源热泵、水源热泵和太阳能一体化示范项目申报流程、专项补助资金申请等方面做出了规范性要求。地方标准管理促进重庆市建筑节能“十二五”专项规划重庆市建委于2011年3月发布，回顾总结“十一五”建设经验和教训的同时，提出了“十二五”建筑节能总目标：实现新建城镇建筑施工阶段建筑节能标准执行率达到99%；建立发展低碳建筑评价体系；新建绿色建筑1000万m2，既有建筑节能改造350万m2 ，可再生能源建筑应用450万m2 ；采用新型节能墙体材料应用比例达到65%以上。预计到“十二五”期末，重庆市建筑领域累计形成年节能446万吨标煤，减排当量CO2 1016万吨的能力。地表水水源热泵系统施工质量验收标准 DBJ50 -116-2010 2010年由重庆市城乡建设委员会发布，标准对项目工程施工质量验收过程中水源热泵系统的取排水系统，换热系统安装，冷热源机房等进行了规范化要求。于2011年3月起实施，该标准为工程建设强制性标准。地表水水源热泵系统设计标准 DBJ50 -115-2010 2010年由重庆市城乡建设委员会发布，标准对水源热泵系统的取水，水处理，排水，换热系统等进行了说明和要求。于2011年3月起实施，该标准为工程建设强制性标准。地表水水源热泵系统适应性评估标准DBJ50 -117-2010 2010年由重庆市城乡建设委员会发布，标准对系统预评估及后评估的内容和方法进行了规范化要求。于2011年3月起实施，该标准为工程建设强制性标准。地表水源热泵系统运行管理技术规程DBJ50 -118-2010 2010年由重庆市城乡建设委员会发布，标准对水源热泵系统运行管理，包括换热系统，主机以及建筑物供冷（热）系统运行管理做出了要求。于2011年3月起实施，该标准为工程建设强制性标准。瑞安瑞安重庆重庆天地天地开县开县人民人民医院医院秀山锰都酒店秀山锰都酒店秀山人民医院秀山人民医院迁建工程迁建工程彭水两江假日酒店彭水两江假日酒店永川永川港联港联检大检大楼楼合川合川华地华地酒店酒店南川区市民广场与商务中心南川区市民广场与商务中心忠县人民医院迁扩建项目忠县人民医院迁扩建项目永川区会议永川区会议服务中心及服务中心及司法综合办司法综合办公大楼公大楼国家示范项目国家示范项目序号序号项目名称项目名称示范类型示范类型示范面积（）示范面积（）项目情况项目情况1瑞安重庆天地水源热泵54000已完工准备验收资料2开县人民医院水源热泵38000已验收3南江水文地质工程地址对集资楼土壤源热泵32300已完工准备验收资料4重庆大剧院水源热泵82600已验收5祁年悦城土壤源热泵108943.32已完工准备验收资料6涪陵CBD中央商务区集中供冷供热二期工程（日兴大厦、南门山商业街、金科酒店）160800目前正在进行取水船招标、配电系统设计等工作合计476643.3210城市级示范项目城市级示范项目11序号序号项目名称项目名称示范类型示范类型示范面积（）示范面积（）项目情况项目情况1彭水自治县乌江明珠大酒店水源热泵11995.9已验收2中国人民银行重庆营业管理部新建附属用房及其他特殊用房项目土壤源热泵6554已验收3希尔顿体育度假中心体育设施房A湖水源+土壤源热泵10000已竣工并投入使用4涪陵CBD中央商务区（文化艺术中心、景观大道A区）水源热泵49168已竣工，进入调试阶段5重庆市江北城CBD区域江水源热泵集中供冷供热项目二期工程水源热泵1460000能源站已完成，进入调试阶段6万州清江金水御景水源热泵302670.34已竣工，进入调试阶段7国汇中心太阳能光电29197已竣工，进入调试阶段8云阳县市民活动中心水源热泵13197已竣工，进入调试阶段9后勤工程学院绿色建筑示范楼土壤源热泵11600已验收10潼南县人民医院土壤源热泵28829.3已竣工，进入调试阶段城市级示范项目城市级示范项目12序号序号项目名称项目名称示范类型示范类型示范面积（）示范面积（）项目情况项目情况11合川华地王朝大酒店水源热泵49053.42已验收12秀山人民医院迁建工程水源热泵59142机组安装阶段13涪陵CBD中央商务区（金科超高层、海怡天等）水源热泵153976目前正在进行取水船招标、配电系统设计等工作。14重庆大学主教学楼节能改造工程湖水源热泵55155已竣工，进入验收阶段15重庆大学农学院及生命科学研究院复合式土壤源热泵10493已竣工，进入调试阶段16永川港联检大楼水源热泵14294.5目前正在进行设备询价阶段17重庆市CBD总部文化创意经济区水源热泵800000施工阶段18秀山锰都大酒店河水+污水源热泵11914已验收19南温泉主题公园温泉废水水源热泵11148已验收20重庆轨道交通大竹林车辆段综合楼土壤源热泵45485已竣工，进入调试阶段城市级示范项目城市级示范项目13序号序号项目名称项目名称示范类型示范类型示范面积（）示范面积（）项目情况项目情况21南川区市民广场与商务中心水源热泵43000设备安装前期准备工作22永川产业大厦土壤源热泵10188施工阶段23永川区新城服务外包产业楼土壤源热泵98020施工阶段24彭水两江假日酒店水源热泵34096设计阶段25双桥区企业服务中心水源热泵33483施工阶段26忠县人民医院迁扩建项目土壤源热泵+冷却塔复合式10634.7设计阶段27永川区会议服务中心及司法综合办公大楼土壤源热泵42899施工阶段28重庆盘溪水产品综合批发市场水源热泵82030.39施工阶段29重庆市会议展览馆二期项目地源热泵22000通过可研评审合计3510223.55 重庆市地源热泵项目增长迅速，在2008年，2009年的基础上翻了一番，2012年延续了2010年良好的发展态势，一方面是政策扶持的结果，一方面是越来越多的投资商认识了解到地源热泵系统的巨大节能潜力。10项9项11项249万106万43万地源热泵地源热泵系统运行后评估系统运行后评估通过验收的项目开县人民医院（水源热泵）彭水自治县乌江明珠大酒店（水源热泵）重庆大剧院（水源热泵）合川华地王朝大酒店（水源热泵）秀山锰都大酒店（水源热泵）南温泉主题公园（水源热泵）后勤工程学院绿色建筑示范楼（土壤源热泵）中国人民银行重庆营业管理部新建附属用房及其他特殊用房项目（土壤源泵）n测试时间：2011年8月n工程信息： 2007年国家可再生能源建筑应用示范工程实施计划项目，空调面积24247.8m2，空调设计冷负荷2912.7kW，设计热负荷1117.2kW。17某湖水源热泵项目 采用紧邻水库作为系统冷热源，系统采用分体式水源热泵机组，水库水容量常年维持在约1622万m3范围内，水体表面积约33000 m2，水体深度常年保持57.5m，水质较好。系统原理图工作原理：系统从水库取水经板式换热器与空调侧了冷却水换热，空调侧冷却水进入分水器至系统末端，末端机组工作制冷直接对末端降温。系统能效系统能效设计系统能效比：3.3 实测系统能效比：2.3水源热泵系统运行时实测机组负荷率仅为30%。系统能效系统能效该水源热泵系统夏季设计冷负荷为2912.7kW，冷负荷指标为120.1W/，机组装机制冷量为3318kW实测制冷量平均为1000kW，最高不到1800kW，负荷率也仅为41%能效测评要求负荷率80%21可行性分析中夏季水体为1830。实测机组冷却水进水温度为35，出水温度为37，取水水温过高。设计取水温差为4，实测温差为2，温差过小。问题总结问题总结后评估实测：后评估实测：n n测试期间测试期间系统系统平均能效比为平均能效比为2.592.59，平均负荷率为，平均负荷率为31%31%，n n第一天第一天8 8：00220022：3030，系统平均能效系统平均能效比为比为2.322.32，平均负荷率为，平均负荷率为26%26%；n n第二天第二天8 8：30173017：0000，系统能效比平均为系统能效比平均为2.362.36，平均负荷率为，平均负荷率为28%28%，机组负荷率过低 机组低负荷率运行，原始设计负荷计算存在偏大的问题，导致机组选型偏大，导致机组在全年周期内始终处于半负荷甚至低负荷运行工况，导致节能效果下降。问题总结问题总结冷却水温过高冷却水温过高 冷冷却却水水取取水水温温度度3535，高高于于可可行行性性分分析析中中明明确确夏夏季季水水温温的的18301830 ，机机组组冷凝温度偏高，制冷能力下降，节能效果下降冷凝温度偏高，制冷能力下降，节能效果下降。冷却水温差过小冷却水温差过小 冷冷却却水水进进出出水水温温差差仅仅有有2 2，低低于于原原工工程程设设计计温温差差4 4，低低温温差差导导致致冷冷却却水水、冷冻水输送泵流量增大，进而能耗增大，导致节能冷冻水输送泵流量增大，进而能耗增大，导致节能效果下降。效果下降。某水源热泵系统某水源热泵系统l测试时间：2010年8月l工程信息： 总建筑面积为17963.45m2，中央空调系统2008年7月开始改造，改造将原有水冷螺杆制冷机组变更为螺杆水源热泵机组，直接从江水中获得冷热量实现冬季供热、夏季供冷，而春秋过渡季节，则采用梅江河水直接交换热量（即不开机组）实现供冷。改造于2008年11月竣工。 空 调 系 统 采 用 制 冷 量904.5kw、制热量926.9kw的双机头水源热泵单螺杆机组一台。螺杆水源热泵机组运行状况根据负荷大小，分别采取单机头与双机头运行模式。检测期间水源热泵空调系统处于正常使用状态。l水源热泵主机夏季制冷能效比主机平均能效比：4.1l水源热泵系统夏季制冷能效比系统整体平均能效比：3.9l测试期间室内外温湿度室外温湿度参数：检测对象检测对象平均值平均值最高值最高值最低值最低值室外温度（）35.437.832.8室外相对湿度（%）49.960.239检测结果检测结果室外温度变化曲线系统存在的一些问题系统存在的一些问题 水源热泵能耗测试结果说明系统运行效果很好，但系统运行中仍然存在部分问题：l不同房间温差大 从室内空调温度汇总表中可以看出，室内各房间平均温度最高为27.6，最低为22.9，总体温度偏低。l压缩机卸载不及时 该酒店采用的是双机头螺杆式机组，单机头和双机头切换是根据冷冻水进回水温差自动调节的。测试过程中发现，由于系统自带温度测量装置老化等原因，制冷机自控存在问题，当末端负荷下降到单机头工况时，压缩机并不能按要求卸载。本来出于节能考虑的自控系统反而导致了能耗上升，机组整体性能下降。27某土壤源热泵项目l测试时间：2010年8月l工程信息： 该土壤源热泵项目是2009年重庆市市级可再生能源示范工程项目，位于重庆市区，项目性质为办公综合楼，总建筑面积13410.3m2，共7层，地下2层，地上5层，建筑高度19.8m。项目采用地源热泵三联供空调系统，满足制冷、采暖和卫生热水需求。主机采用地源热泵机组，末端采用风机盘管加新风系统。经过对本建筑进行逐时负荷计算，夏季冷负荷为713KW，冬季热负荷为313KW。28测试参数及能效该工程设计冷冻水温差为 45，实测冷冻水温差：429机组制冷量和功率机组额定制冷量为503.5kW，实测制冷量平均为350kW 实测机组平均负荷率：70%机组COP和系统COP系统能效平均为3.19机组平均能效为4.00测试时间9：0017：00测试期间机组温差维持在45。机组制冷量维持在350KW左右，功率为90kw左右，该机组额定制冷量为503.5kw，负荷率维持在70%左右。测试期间系统能效平均为3.19，机组平均能效为4.00。埋管出水温度维持在22度左右，埋管进水温度维持在28度左右，进出水温差维持在6度左右。 该地源热泵系统该地源热泵系统能效比测试能效比测试效果较为理想，其决定效果较为理想，其决定因素有以下几点：因素有以下几点：问题总结地埋管回水温度恒定 由于系统运行特点，地埋管所在片区土壤可以利用夜间和周末机组停机时间充分得以恢复，使得地热资源得以缓解，保证了机组运行时地埋管回水温度稳定。空调机组负荷率较高空调机组负荷率较高 负负荷荷率率保保持持在在70%70%左左右右的的水水平平，并并且且机机组组持持续续运运行行，保保证证了了机机组的稳定性，从而使得机组组的稳定性，从而使得机组COPCOP水平较好。水平较好。某土壤源热泵工程某土壤源热泵工程测试时间：测试时间：20132013年年1 1月月工程信息：工程信息： 位于重庆市北部新区，紧邻机场高速，占地面积25610，建筑面积约3.6万，有四栋建筑组成，建筑按功能划分为3类：1、2号楼为科研办公楼，3号楼为员工公寓及专家公寓，裙房设餐厅和物业配套，4号楼为具有国际练习场标准的羽毛球运动中心，内设有乒乓球室、健身房、水吧、桑拿等，该中心于2009年3月建成，总投资约2亿元。 3233机组能效与负荷率 机组额定COP为4.19 实测结果机组COP为3.5系统设计COP为2.86，实测结果COP为2.3机组COP平均水平保持在3.0左右，机组频繁启停机，采用间歇运行形式，负荷率从0-33%-66%-100%变动地埋管供回水温度地埋管供回水温度地埋管供回水温度地埋管供回水温度工程设计冬季地埋管进水温度为10.9，出水温度为13.9。实测结果显示地埋管进水温度为12.3，出水温度为14。虽然采用机组间歇运行，但负荷率仍然小于设计状态35初始地温初始地温原始地温与目前地温原始地温与目前地温原始地温与目前地温原始地温与目前地温目前地温目前地温 原始地温各个深度的温度分层现象不明显，保持在20.0。经冬季运行后，地温出现明显分层现象，地下15m深度的温度变化最大，温度降幅有4左右，地下5m深度温降3，地下35m处温降1.5，地下50m处温降3，地下平均温度水平保持在16.5，相较原始地温20，下降了34。 该该地地源源热热泵泵系系统统能能效效比比偏偏低低，其其导导致致原原因因主主要要集集中中在在技技术术层层面面和和管理层面：管理层面：问题总结问题总结系统运行状态不合理 地源热泵系统在末端负荷偏小时，系统无法及时调节采用单台机组运行来达到减少机组开停机次数的需要，同时机组间歇运行时，循环泵恒定运行导致循环泵能耗比重增大，整体能效降低。机组频繁启停 由于负荷率的关系，该系统机组运行23-30分钟，停机7-10分钟，运行周期为30-40分钟，在启停机节点附近，机组COP在0.1左右，从一个运行周期看，机组启动，负荷率从33%到66%到满负荷，机组COP在机组停机前基本处于逐渐增大的趋势，未平稳就已停机，导致整体水平下降。解决方法的研究解决方法的研究系统能效的影响因素耦合系统能效的影响因素耦合 动态负荷环境参数空气温度冷却水的状态输送能效系统主机工况冷水供回水温度蒸发器工作状态冷凝器工作状态输送水泵工况地表水取水流量主机能效系统能效性能曲线系统监测参数系统监测参数n n室内温湿度室内温湿度n n热泵机组电耗热泵机组电耗n n机组蒸发器侧进出水温度机组蒸发器侧进出水温度n n机组蒸发器机组蒸发器侧水流量、流速侧水流量、流速n n机组冷凝器侧进出水温度机组冷凝器侧进出水温度n n机组冷凝器侧水流量、流速机组冷凝器侧水流量、流速n n水源热泵取水泵功率、电耗水源热泵取水泵功率、电耗可再生能源建筑应用工程评价标准GB/T50801-2013系统运行调节策略系统运行调节策略n n室外空气温湿室外空气温湿度度n n水源水源热泵取水流量热泵取水流量n n水源热泵取排水温度水源热泵取排水温度n n末端冷冻水输送泵功率、电耗末端冷冻水输送泵功率、电耗n n土壤源热泵地埋管侧进出水温度土壤源热泵地埋管侧进出水温度n n地埋管侧水流量地埋管侧水流量n n地埋管侧岩土温度地埋管侧岩土温度系统监测参数系统监测参数n n室内温湿度室内温湿度n n热泵机组电耗热泵机组电耗n n机组蒸发器侧进出水温度机组蒸发器侧进出水温度n n机组蒸发器机组蒸发器侧水流量、流速侧水流量、流速n n机组冷凝器侧进出水温度机组冷凝器侧进出水温度n n机组冷凝器侧水流量、流速机组冷凝器侧水流量、流速n n水源热泵取水泵功率、电耗水源热泵取水泵功率、电耗谢 谢！