地下水源热泵能效测试与研究

李宏坤+边冰

（华北理工大学，河北 唐山 063009）

摘要：地下水源热泵系统技术以其节能、环保、可利用低位热能的特性被广泛应用于建筑工程项目中，对系统的优化运行，对节能减排有着至关重要的作用。拟对唐山某单位建筑的地下水源热泵系统实际工况进行监测，通过相关测试仪器采集足够组数的地下水温度，水源侧进回水温度、流量，用户侧供回水温度、流量，室外温度等参数，计算不同条件、不同需求下的系统能效比，分析相关参数和系统能效比的关系，从而在系统实际运行时选择最节能的运行方式，达到最好的控制效果。

关键词：水源热泵；能效比；节能

Energy Efficiency Test and Research of Underground Water Source Heat Pump

Li Hongkun Bian Bing

Electrical Engineering College of North China University of Science and Technology

Abstract： Underground water source heat pump system technology is widely used in building engineering projects with the characteristics of energy saving， environmental protection and low heat energy， which has a vital role in the optimization of the system. The actual condition of underground water source heat pump system of Tangshan a unit building monitoring， groundwater temperature by measuring instrument to collect enough number of groups， the water side into the backwater temperature， flow rate， the user side of the supply and return water temperature and flow parameters， outdoor temperature， different calculation conditions， the energy efficiency of the system under the different demand ratio analysis the related parameters and the energy efficiency ratio of the system， so as to choose the most efficient mode of operation in the actual operation of the system， to achieve the best control effect.

Key words： Water source heat pump spary； Energy efficiency ratio； Energy conservation

中图分类号：TU831.3 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）11-0245-02

引言

地下水源熱泵系统是地源热泵系统的一种形式， 是一种利用浅层地能的既可供热又可制冷的高效节能空调系统[1-3]。直接以地下水为热源，地下水井深度一般小于等于400 m，一年四季地下水水温相对恒定，为水源热泵机组提供较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，使水源热泵具有较高的制冷、制热性能系数[4]。

按照国际通行的分类方法，空调系统在住宅建筑能耗中占据43%，商业建筑能耗中占有 33%的份额。在削减建筑能耗方面，暖通空调首当其冲，成为建筑节能研究的热点问题[5-7]。地下水源热泵系统以地球水体所储藏的太阳能资源为冷热源，通过输入少量的高品位能源（电能），实现低温位热能向高温位热能的转移[8]。利用地下水源的热泵系统属于可再生能源利用技术。由于系统只需输入少量高品位电能，因此不会产生有害气体，对大气不造成污染，是真正的环保节能型空调系统[9]。

一、地下水源热泵系统测试内容

唐山某单位建筑使用的地下水源热泵系统，地源热泵系统完全回灌地下用水，不会造成水源的流失，但是按照国家相关规定，会收取0.6元/立方米的费用，该建筑每年将交付24万元左右的水费。根据不同运行工况条件、不同用户负荷需求，选择最节能的运行方式，达到最好的控制效果，是该单位节能减排的迫切诉求，具有现实的指导意义。

根据GB/T 50801.2013中相应标准，结合本文实际情况，依托相关测试设备，在夏季系统运行时的相邻时间段采集：地下水温度，水源侧进回水温度、流量，用户侧供回水温度、流量，室外温度等数据。

测试时间：每天上午8：30至18：00，每30分钟记录一次相关数据。

二、测试结果及分析

（一）地下水源热泵系统测试期间系统能效计算。

选取夏季6月11日至30日共20天对唐山某单位建筑的地下水源热泵系统实际工况的监测研究，通过记录的相应数据，计算其能效比：

表1 测试期间系统能效计算

日期 11日 12日 13日 14日 15日 16日 17日 18日 19日 20日

用户侧平均流量（m?/h） 100.4 102.1 100.3 101.0 101.0 106.0 102.6 102.0 116.0 103.0

系统EER 3.0 2.1 1.9 2.2 2.2 2.3 2.2 1.9 2.5 2.1

日期 21日 22日 23日 24日 25日 26日 27日 28日 29日 30日

用户侧平均流量（m?/h） 102.1 102.5 105.6 102.0 105.5 106.2 106.0 106.0 105.9 107.0

系统EER 2.1 1.8 1.9 2.1 2.2 2.1 2.1 2.1 2.2 1.9

依据GB/T 50801.2013中常规制冷空调系统能效比EER的规定，分析6月份20天中的测试数据：通过监测数据计算得到的系统能效比EER除11日、16日、19日外均小于2.3，未达到国家标准能效比，没有完全实现地下水源热泵的节能要求。

（二）各参数对地下水源热泵系统能效的影响分析。

通过监测得到的数据研究各参数对地下水源热泵系统能效的影响分析在对测试结果进行分析时时，为了减小其它因素的影响，选择机组运行以及用户侧进出水温差相对稳定测试的数据进行研究。

选取6月27日监测结果进行研究，计算其能效比：

1.热源侧进出水温度与系统EER之间的关系。

图1 热源侧进出水温度与系统EER之间的关系

夏季，地下水热源泵制冷，热源侧水温的高低影响着水源热泵机组的换热效果，从图1中分析得出，在机组运行稳定，用户室温达到室温要求后，随着热源侧进出水温度的升高，系统EER呈现降低的趋势，当热源侧进出水温度降低时，系统EER呈现上升的趋势。

2.系统用户侧流量与系统EER之间的关系。

系统用户侧流量与系统EER之间的关系

根据GB/T 50801.2013中相应公式，系统用户侧流量影响着水源热泵系统的EER，并且在其它参数一定的情况下，系统EER结果与系统用户侧流量成正比。从图2中研究发现，在机组稳定运行下，地下水热源泵系统EER与系统用户侧流量几乎呈同向变化趋势。用户侧流量增加，系统EER升高；用户侧流量减小，系统EER降低。

3.系统用户侧进出水温差与系统EER之间的关系。

系统用户侧进出水温差与系统EER之间的关系

根据GB/T 50801.2013中相应公式，系统用户侧进出水温差影响着水源热泵系统的EER，并且在其它参数一定的情况下，系统EER结果与系统用户侧进出水温差成正比。从图3中研究发现，在12：00时用户侧进出水温差和系统EER测试结果均出现相对突出的最大值，但地下水热源泵系统EER与系统用户侧进出水温差几乎呈同向变化趋势，用户侧进出水温差增加，系统EER升高；用户侧进出水温减小，系统EER降低。

三、结论

1.唐山某单位建筑6月份20天中的测试数据结果表明其能效比没有完全实现地下水源热泵的节能要求。

2.选取6月27日机组运行以及用户侧进出水温差相对稳定的监测结果进行研究，各参数对其系统能效比有如下影像：

（1）热源侧进出水温度与系统EER之间的关系：随着热源侧进出水温度的升高，系统EER呈现降低的趋势，当热源侧进出水温度降低时，系统EER呈现上升的趋势。

（2）系统用户侧流量与系统EER之间的关系：地下水热源泵系统EER与系统用户侧流量幾乎呈同向变化趋势。用户侧流量增加，系统EER升高；用户侧流量减小，系统EER降低。

（3）系统用户侧进出水温差与系统EER之间的关系：在12：00时用户侧进出水温差和系统EER测试结果均出现相对突出的最大值，但地下水热源泵系统EER与系统用户侧进出水温差几乎呈同向变化趋势，用户侧进出水温差增加，系统EER升高；用户侧进出水温减小，系统EER降低。

参考文献

[1]姚杨，马最良. 浅议热泵定义[J]. 暖通空调，2002.2：32-33.

[2]王陈栋. 地下水源热泵系统的节能诊断与优化[D]. 北京：北京工业大学，2008：65-69.

[3]薛玉伟. 地下水水源热泵的水源问题研究[J]. 能源与探讨，2003.2：10-11.

[4]钟国安. 试论变频水泵的选型[J]. 暖通空调，2010.1：17-18.

[5]BP. Statisical Review of World Energy 2015. BP. Statistical Review of World Energy 2015[C]. Physics Procedia， 2015， 01-20.

[6]陈在康， 丁力行. 空调过程设计与建筑节能[M]. 北京：中国电力出版社， 2004：11.

[7]李德英. 建筑节能技术[M]. 北京：机械工业出版社， 2010.

[8]ABDEEN MUSTASA OMER. Ground-source Heat Pumps Systems and Applications[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2008， 12： 344-371.

[9]LEI Fei， HU Pingfang. Energy and Exergy Analysis of a Ground Water Heat Pump System[J]. Physics Procedia， 2012， 24：169-175.

作者简介：边冰，（1965），男，河北唐山，博士，教授，研究方向：检测技术及智能装置。