重慶市既有可再生能源建筑應(yīng)用項目運行后評估

葉強，丁勇，劉垚，鐘云翔

（1重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045；2重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，重慶 400014）

重慶市既有可再生能源建筑應(yīng)用項目運行后評估

葉強1，2，丁勇1，劉垚1，鐘云翔1

（1重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045；2重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，重慶 400014）

通過給定評估指標(biāo)，針對不同類型的可再生能源建筑應(yīng)用項目實際情況展開后評估測試，對重慶既有可再生能源建筑應(yīng)用項目實際運行效果進行研究，得出目前既有可再生能源建筑應(yīng)用項目投入運行各時間段后的實際狀態(tài)及能效問題，并針對現(xiàn)存的問題提出改善措施和建議。

重慶市；可再生能源；后評估；評估指標(biāo)；運行效果

0 引言

重慶市可再生能源資源具有較大的應(yīng)用潛力，2009年，重慶市被財政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準(zhǔn)為“可再生能源建筑應(yīng)用全國示范城市”，獲得專項補助資金7000萬元用于發(fā)展可再生能源建筑應(yīng)用建設(shè)。2010年，重慶市的巫溪縣和云陽縣成功申報“全國可再生能源建筑應(yīng)用示范縣”，分別獲得950萬元、1100萬元的國家財政專項資金補貼，用于縣級可再生能源建筑建設(shè)[1]。

在重慶可再生能源建設(shè)中，主要為太陽能熱利用和地源熱泵兩大類形式。太陽能熱利用方面，重慶地區(qū)目前已有大規(guī)模的太陽能應(yīng)用工程，尤其是太陽能熱水工程，涵蓋學(xué)校、醫(yī)院、酒店、住宅等建筑應(yīng)用，已經(jīng)形成市級示范項目一個；地源熱泵方面，重慶自2006年開始組織實施地表水源熱泵、地埋管地源熱泵等可再生能源建筑應(yīng)用試點工作，已經(jīng)有若干地源熱泵系統(tǒng)示范工程的開展，地源熱泵技術(shù)應(yīng)用在重慶已呈現(xiàn)規(guī)?；陌l(fā)展勢頭[2]。

隨著各類可再生能源建筑應(yīng)用示范項目的建成和投入運行，對于已建成的可再生能源建筑應(yīng)用項目是否達到示范效果？其運行狀態(tài)和運行效果如何？其能耗狀況、節(jié)能效果如何？這都需要對既有可再生能源建筑應(yīng)用項目進行后評估，了解示范項目的實際運行現(xiàn)狀和節(jié)能效果，并提出可行的節(jié)能措施和意見。

1 評估內(nèi)容

針對重慶市既有可再生能源項目，課題組主要對太陽能熱水系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)進行系統(tǒng)運行后評估分析。根據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50801-2013及《可再生能源建筑應(yīng)用示范項目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》（試行）得出系統(tǒng)測試評估內(nèi)容。

1.1 太陽能熱水系統(tǒng)[3-4]

1.1.1 系統(tǒng)性能

集熱系統(tǒng)得熱量，常規(guī)能源消耗量，貯熱水箱熱損系數(shù)，集熱系統(tǒng)效率，太陽能保證率。

1.1.2 環(huán)境效益

太陽能熱水系統(tǒng)利用太陽能進行加熱熱水，過程中幾乎沒有污染氣體的排放，故其具有較好的環(huán)境效益，對其環(huán)境效益的評價主要從二氧化碳、二氧化硫和粉塵減排量方面進行。

1.1.3 經(jīng)濟效益

太陽能熱水系統(tǒng)因其不消耗或者消耗常規(guī)能源較少，故其相比于常規(guī)能源熱水系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟效益，對其經(jīng)濟效益的評價主要從常規(guī)能源替代量（噸標(biāo)準(zhǔn)煤）、項目費效比等方面進行。

1.2 地源熱泵系統(tǒng)

基于地源熱泵系統(tǒng)的特點，根據(jù) 《公共建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》、《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50801-2013及《可再生能源建筑應(yīng)用示范項目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》（試行），在對其進行運行評估時需要從其運行過程中對機組性能、系統(tǒng)性能、環(huán)境影響三方面來進行評估，具體的評估內(nèi)容如下：

1.2.1 機組性能[6]

地源熱泵系統(tǒng)機組是反映系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要部分，也是系統(tǒng)能耗的主要方面。對于地源熱泵系統(tǒng)機組性能的評估主要包括：機組制冷（熱）量、制冷制熱消耗功率、機組性能系數(shù)。

1.2.2 熱泵系統(tǒng)性能

熱泵系統(tǒng)性能主要由熱泵系統(tǒng)制冷能效比和制熱性能系數(shù)體現(xiàn)，應(yīng)根據(jù)測試結(jié)果按下式計算[3]：

QSC——系統(tǒng)測試期間的累計制冷量（kWh）；QSH——系統(tǒng)測試期間的累計制熱量（kWh）；

ΣNi——系統(tǒng)測試期間所有熱泵機組累計消耗電量（kWh）；

ΣNj——系統(tǒng)測試期間所有水泵累計消耗電量（kWh）。

1.2.3 環(huán)境影響

重慶地源熱泵系統(tǒng)主要形式為地埋管地源熱泵系統(tǒng)和地表水源熱泵系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)形式有不同的環(huán)境影響評價。

（1）地埋管地源熱泵系統(tǒng)對環(huán)境的影響即是對地下巖土熱環(huán)境的影響[2]。對于地下巖土熱環(huán)境的評價，主要是通過對換熱器周圍巖土溫度的不斷監(jiān)測得出。通過監(jiān)測巖土的溫度，了解全年地下?lián)Q熱器的平衡狀況，并及時采取有效措施防止地埋管換熱器周圍巖土的溫度隨著系統(tǒng)的運行逐年升高或是降低。

（2）地表水源熱泵系統(tǒng)對環(huán)境的影響可分為兩部分，一方面是由于地表水源熱泵的熱源/熱匯是地表水體，系統(tǒng)運行過程中，要向水體中釋放或吸收熱量，因而會或多或少地對地表水體的水溫有所影響（尤其是靜止水體，系統(tǒng)的連續(xù)運行，會使水體溫度有明顯的上升），所以在系統(tǒng)運行過程中應(yīng)對水溫、水質(zhì)進行檢測，包括水溫、富營養(yǎng)化狀態(tài)、水質(zhì)質(zhì)量、水生生物質(zhì)量等指標(biāo)[6]；另一方面，地表水源熱泵作為一種可再生能源建筑應(yīng)用形式，對于減少二氧化碳、粉塵等的排放具有重要意義，故其具有一定的環(huán)境效益。

2 太陽能熱水系統(tǒng)運行后評估

為了了解重慶市太陽能熱水系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)，課題研究組對重慶市兩個太陽能熱水系統(tǒng)進行了實際測試評估分析。

根據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用示范項目測評導(dǎo)則》（試行）的要求，課題組對項目一太陽能熱水系統(tǒng)進行測試，測試主要內(nèi)容包括太陽輻射量、太陽能集熱系統(tǒng)集熱量、輔助熱源加熱量、水箱熱損、空氣溫度、風(fēng)速等[3]。

項目二主要針對重慶夏季天氣條件下的太陽能熱水應(yīng)用的特性進行測試。主要對太陽能熱水系統(tǒng)的全天產(chǎn)熱水量、太陽能集熱效率、太陽能保證率等進行測試評估。

通過對兩個項目的測試分析得出重慶地區(qū)太陽能熱水應(yīng)用的效果，本文主要從太陽能保證率和集熱效率兩方面進行系統(tǒng)性能的評價。

2.1 太陽能保證率

通過測試數(shù)據(jù)分析得出，項目一太陽能熱水系統(tǒng)全年平均太陽能保證率為36.68%；項目二夏季太陽能平均保證率為70.4%。因此，從全年來看，太陽能熱水系統(tǒng)的保證率符合《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50801-2013中對重慶地區(qū)太陽能熱應(yīng)用保證率≥30%的規(guī)定；而從太陽能較好的夏季來看，夏季太陽能熱水保證率較高，能在很大程度上保證熱水負荷的需求。

2.2 集熱效率

通過測試數(shù)據(jù)分析得出，項目一太陽能熱水系統(tǒng)全年平均集熱效率為56.11%；項目二所測試的夏季典型多云天氣條件下，系統(tǒng)全天的集熱效率可達58.4%。兩個系統(tǒng)的集熱效率相差不大，均符合 《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50801-2013中的要求。也說明了太陽能熱水系統(tǒng)集熱效率較為穩(wěn)定，受環(huán)境條件的影響較小。

從以上兩個太陽能熱水項目的測試評估分析得出，重慶地區(qū)太陽能熱水系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，太陽能保證率和系統(tǒng)集熱效率均能滿足規(guī)范要求，同時在夏季具有較高的保證率，有較好的階段應(yīng)用性。

3 地源熱泵系統(tǒng)運行后評估

為了解既有地源熱泵項目的實際運行現(xiàn)狀和節(jié)能效果，課題研究組選取了四個典型地源熱泵項目進行測試，四個熱泵項目為重慶市可再生能源示范項目，依次分別為湖水源熱泵、江水源熱泵、土壤源熱泵和河水源熱泵項目，對其進行了夏季的測試，對其運行狀態(tài)、運行效果以及現(xiàn)存的問題進行評估分析。

3.1 系統(tǒng)性能現(xiàn)狀

3.1.1 主機和系統(tǒng)能效比

根據(jù)測試數(shù)據(jù)整理得出四個系統(tǒng)的主機和系統(tǒng)能效比如圖1所示。

圖1 各系統(tǒng)主機和系統(tǒng)能效比

從圖1中看出，系統(tǒng)1的主機能效比偏低，其他三個系統(tǒng)的主機能效比較高；系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的系統(tǒng)能效比較低。

3.1.2 系統(tǒng)節(jié)能率分析

空調(diào)源水側(cè)和冷凍側(cè)水系統(tǒng)輸送能效比的計算公式分別為：

式中：ER1—源水側(cè)的輸送能效比；

ER2—冷凍側(cè)的輸送能效比；

COP—測試期間熱泵機組的平均能效比；

EW—源水側(cè)水泵耗電量，kW·h；

EM—冷凍側(cè)水泵耗電量，kW·h；

QN—空調(diào)系統(tǒng)供冷量，kW·h。

從式中看出，在系統(tǒng)一定的情況下，水泵輸送能效比越高，則說明水泵耗能較大。

采用下式計算水地源熱泵系統(tǒng)相對常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能率[7]：

式中：ESR—熱泵系統(tǒng)節(jié)能率；

ECb—常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)能耗，kW·h；

ECg—熱泵空調(diào)系統(tǒng)能耗，kW·h。

其中空調(diào)系統(tǒng)能耗EC與水泵耗電量E相關(guān)，也即是水泵能耗對節(jié)能率有一定的影響。根據(jù)測試數(shù)據(jù)代入公式得到水泵輸送能效比ER和節(jié)能率如2圖所示。

圖2 各系統(tǒng)水泵輸送能效比和節(jié)能率

結(jié)合圖1和圖2可以看出，系統(tǒng)1的水泵輸送能效比相對其他系統(tǒng)較低，但是其節(jié)能率反而較低，這主要由于其主機COP較低造成；系統(tǒng)2主機COP較高，達到4.24，但是系統(tǒng)節(jié)能率僅有12.75%，主要是由于系統(tǒng)輸送能效比過高造成的，輸送能效比最高，達到0.0786，可見輸送能效比對系統(tǒng)節(jié)能率具有較大影響；系統(tǒng)4節(jié)能率最高，主要是由于一方面其機組COP較高，另一方面其輸送能效比也較低?？偟膩砜?，四個系統(tǒng)平均節(jié)能率較低，約為17%，這與主機性能和輸送能耗有關(guān)。

3.1.3 系統(tǒng)性能分析

通過以上分析得出，所測試的水源熱泵、土壤源熱泵項目平均節(jié)能率較低，主機COP較低和輸送能效比較高是兩個主要原因。而根據(jù)系統(tǒng)的實際情況分析可知，造成主機COP較低的原因大多數(shù)是系統(tǒng)機組在設(shè)計時冷量選取過大而實際運行時負荷率較低；輸送能效比較高主要是由于水泵揚程較高或者冷凍側(cè)溫差較小，形成“小溫差大流量”的現(xiàn)象。

3.2 水處理現(xiàn)狀

課題研究組經(jīng)過調(diào)查得出重慶市既有水源熱泵示范項目的運行情況，反映出各水源熱泵項目的水處理狀態(tài)。

重慶市既有水源熱泵示范項目大多數(shù)已在取水系統(tǒng)安裝有水處理設(shè)備（主要為除砂設(shè)備、水處理儀等）實現(xiàn)取水水質(zhì)的處理。但調(diào)查之中也發(fā)現(xiàn)，幾乎沒有一個水源熱泵系統(tǒng)對水處理設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，沒有能夠?qū)崟r反映水處理的狀態(tài)以及水源水質(zhì)的變化情況，僅是在方案初設(shè)階段對水源水質(zhì)進行過評估分析。

3.3 改善措施和建議

根據(jù)測試分析得出的既有地源熱泵項目的運行現(xiàn)狀，課題組對其節(jié)能性、運行特性的改善提出一些措施和建議。

（1）提高機組工作性能COP。提高機組COP首先需要在系統(tǒng)設(shè)計時，熱泵機組的選型應(yīng)注意建筑負荷與機組容量的合理匹配，當(dāng)使用單臺機組不能滿足需求時，盡量采用“大機組和小機組搭配”的模式使各機組都能處在較高的負荷率下運行；其次，提高機組COP可以從降低機組冷卻水的入口溫度出發(fā)，冷卻水進水溫度越低，機組制冷量越大，同時機組功率越小，如此機組COP便會提高。

（2）降低輸配系統(tǒng)能效比ER[7]。應(yīng)合理選擇水泵的揚程，盡量選用工作點效率較高的水泵；通過提高板換效率來提高水源側(cè)和冷凍側(cè)的進出水溫差，以避免“小溫差，大流量”的現(xiàn)象；降低管路系統(tǒng)的阻力，可以通過選擇阻力較低的空調(diào)設(shè)備或閥門、適當(dāng)放大管道的管徑來實現(xiàn)。

（3）水處理監(jiān)測系統(tǒng)的安裝。水源熱泵取水水質(zhì)的好壞對系統(tǒng)換熱性能、系統(tǒng)運行效果等都具有一定影響。重慶市兩江水水質(zhì)并非所有參數(shù)、所有時間段都不滿足機組和換熱器要求[2]，故水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置水處理監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測水質(zhì)變化情況，得出水處理運行狀態(tài)和運行規(guī)律，根據(jù)所需要處理的水質(zhì)參數(shù)和處理時間段合理地安排水處理策略，從而可以降低水處理系統(tǒng)的運行維護成本，使之發(fā)揮最大的水處理效果。

4 結(jié)論

通過對重慶市既有可再生能源建筑應(yīng)用項目的后評估測試分析得出，太陽能熱水系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，全年太陽能保證率可達到36.68%，夏季太陽能保證率可達到70.4%，夏季大部分時間能很好地滿足熱水負荷，具有較好的階段性應(yīng)用效果；太陽能熱水系統(tǒng)全年平均集熱效率在50%以上，滿足規(guī)范的要求。

通過對四個典型地源熱泵系統(tǒng)的測試分析發(fā)現(xiàn)，所測試的系統(tǒng)主機COP較低、輸送能效比較高，從而造成系統(tǒng)平均節(jié)能率較低，系統(tǒng)性能有待提高。針對地源熱泵系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀，文中也給出了相應(yīng)的改善措施和建議。

[1]華龍網(wǎng).重慶市成為可再生能源建筑應(yīng)用全國示范城市[EB/OL].(2009-12-8)[2014-05-18].http://news.sina.com.cn/c/2009-12-08/105119214282.shtm l.

[2]丁勇，李百戰(zhàn).重慶地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2012.

[3]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T50801-2013可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[4]可再生能源建筑應(yīng)用示范項目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則:試行[S].住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2009.

[5]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ-T177-2009公共建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建設(shè)工業(yè)出版社，2009.

[6]DBJ50-117-2010地表水水源熱泵系統(tǒng)適應(yīng)性評估標(biāo)準(zhǔn)[S].重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，2010.

[7]陳曉,肖雙江.輸送能耗對地源熱泵系統(tǒng)節(jié)能率的影響分析[J].流體機械，2011.39(8).

Post-evaluation on the Existing Programsof Buildingsw ith Renewable Energy in Chongqing

W ith evaluation indexes given firstly,the evaluation experimentswere done to measure the buildingsw ith renewable energy in Chongqing.The results show the actual performance and energy efficiency problemsof the existing programs.Some correspondent improvementmeasuresand suggestionsare presented.

Chongqing；renewableenergy；post-evaluation；evaluation index；operation effect

中圖文類號：TU111

A

1671-9107（2014）06-0057-03

基金論文：該論文為國家科技支撐計劃——建筑室內(nèi)空氣污染監(jiān)測及運營管理技術(shù)研究項目(項目編號：2012BAJ02B06)和重慶市可再生能源建筑應(yīng)用城市示范配套能力建設(shè)項目論文之一。

10.3969/j.issn.1671-9107.2014.06.057

2014-05-09

葉強（1983-），男，重慶人，本科，副主任科員，主要從事建筑節(jié)能和可再生能源管理工作。

丁勇(1975-)，男，山東黃縣人，博士、教授，主要從事可持續(xù)建筑環(huán)境與建筑節(jié)能方面的研究。

孫蘇，李紅