地源熱泵系統(tǒng)實際應(yīng)用中運行問題的解決方案

劉業(yè)彬

（江蘇天康能源環(huán)境工程有限公司，江蘇 無錫 214201）

1 工程概況

新增公寓前地源熱泵機房內(nèi)已有地源熱泵機組1（制冷量552.5 kW/制熱量564.3 kW）和地源熱泵機組2（制冷量489.7 kW/制熱量520.0 kW），共2 臺。原機組2 為空調(diào)冷熱源；機組1全年運行提供生活用熱水。

新增公寓后改為地源熱泵機組1 為空調(diào)主用，夏、冬季運行，提供老綜合樓和新建公寓空調(diào)冷熱水；地源熱泵機組2 為熱水供應(yīng)主用，全年運行，提供生活用熱水。如果夏、冬季空調(diào)出現(xiàn)高峰冷、熱負(fù)荷時，2 臺地源熱泵機組全部用于空調(diào)，浴池?zé)崴安膳诖似陂g不提供[1]。

2 運行使用狀況

根據(jù)現(xiàn)在空調(diào)使用情況知新大樓、老大樓都在滿負(fù)荷使用，現(xiàn)在的一號主機（制冷量552.5 kW/制熱量564.3 kW）為2 棟樓提供冷量、熱量，較總計算冷負(fù)荷相差42%，與熱負(fù)荷相差18%。2 號主機每天累計開啟時間8 h 左右制取熱水，空調(diào)24 h 使用，1 號主機幾乎24 h100%運行，產(chǎn)生空調(diào)效果達(dá)不到設(shè)計要求，生活熱水在使用高峰時，溫度偏低的問題。

根據(jù)運行幾年的綜合比較，以及售后人員對于地埋管供回水溫度反映，在新增加公寓當(dāng)年，地埋管供回水溫度提升了4 ℃～5 ℃，原沒增加前，運行地埋管出水溫度在27 ℃～28 ℃，增加新建公寓后地埋管出水溫度在33 ℃～34 ℃，說明地埋管量偏少，整個主機負(fù)荷的負(fù)荷衰減約10%～15%。

1 臺主機容量不能滿足空調(diào)冷熱負(fù)荷；目前空調(diào)系統(tǒng)地源側(cè)水溫基本處于偏高范圍，按照目前使用情況，未來幾年水溫會繼續(xù)升高，主機效率會逐漸降低，最終將失去節(jié)能目的。

3 地埋管換熱情況校對

針對以上使用情況說明，我們根據(jù)土壤源換熱量夏季排熱量50 W/m，冬季按熱量取值40 W/m 來校對一下埋管量，夏季空調(diào)計算冷負(fù)荷950 kW，冬季熱負(fù)荷690 kW，熱水負(fù)荷122.6 kW。

地源熱泵機組夏季性能系數(shù)為：5.4，冬季性能系數(shù)為：4.8.。

最大釋熱量：Q1=夏季總冷負(fù)荷×（1+1/5.4）=960×1.185=1137.6 kW

最大吸熱量：Q2=冬季總熱負(fù)荷×（1-1/5.1）=690×0.8=552 kW

按夏季最大釋熱量計算鉆孔個數(shù)：1137×1000/80×50=284.25 個

以滿足最大鉆孔個數(shù)，按夏季鉆孔個數(shù)進(jìn)行布孔，該項目鉆孔個數(shù)需要284.25 個。原設(shè)計總量240 個，偏少，且并無考慮余量5%～10%的數(shù)量，綜合比較，增加48 個孔。增加系統(tǒng)的安全可靠性。

4 熱平衡分析

該建筑空調(diào)夏季運行120 d，每天運行24 h；冬季運行120 d，每天運行12 h； 過度季125 d，建筑負(fù)荷夏季冷負(fù)荷：950 kW，冬季熱負(fù)荷：690 kW。

生活熱水：熱水溫度55℃，生活熱水最大日用水量15 t，夏季初始溫度按20℃計算，熱水加熱量為610 kW/d；過渡季節(jié)初始溫度按10℃計算，熱水加熱量為961 kW/d；冬季初始溫度按5℃計算，熱水加熱量為1 067 kW/d。

按照動態(tài)負(fù)荷計算方法，可計算出熱泵系統(tǒng)全年向地下的累計排熱量和吸熱量見表1。

由上述計算可見，釋熱量基本與取熱量持平，在實際運行中還要通過管理者通過運行策略來達(dá)到平衡目的，建議運行策略方案如下。1）夏季初級及末期15 d，建議用1 臺熱泵機組制冷，另1 臺機組制熱水。高峰時2 d 機組同時制冷。制熱水采用風(fēng)冷熱水機組制熱水。2）過度季節(jié)采用地源熱泵機組制熱水。3）冬季1 臺機組制熱，另一臺機組制取熱水。4）加強運行管理，避免能源浪費。

表1 全年向地下的累計排熱量和吸熱量

5 解決方案

5.1 增加井?dāng)?shù)

為達(dá)到空調(diào)正常使用功能及節(jié)能效果，室外增加井?dāng)?shù)按照二次改造圖紙進(jìn)行，新增48 口井。

5.2 增加空氣源熱水機組

由于該項目新增公寓后在空調(diào)使用高峰期供兩棟樓的生活熱水不能滿足。在此增加一臺制熱量150 kW 的空氣源熱水機組，實現(xiàn)夏冬季空調(diào)高峰期的熱水補充供應(yīng)。2 臺主機高峰期同時為2 棟樓供冷供暖。為了達(dá)到地埋管取熱和放熱的冷熱平衡及節(jié)能的目的，在平時工況下依然使用地源熱泵機組2 來制取熱水。增加2 臺熱水循環(huán)泵，一用一備，用于熱水箱和空氣源熱泵之間循環(huán)動力。

5.3 主要設(shè)備參數(shù)

空氣源熱泵機組：制熱量 150 kW，輸入功率41 kW，水流量22.8 m3/h；熱水循環(huán)泵參數(shù)：2 臺立式離心泵：G=25 m3/h，H=12.5 m，N=1.5 kW。

5.4 設(shè)備安裝位置選擇

由于熱水箱為開式水箱，熱水泵回水管需落地安裝，為避免地面開挖空氣源熱泵機組及熱水循環(huán)泵安裝位置選擇在機房北面附近。水泵單獨搭設(shè)防雨措施?？刂乒癜惭b在機房內(nèi)。

5.5 電容要求

主機耗電功率41 kW，水泵耗電功率1.5 kW，總耗電功率42.5 kW。需提供50 kW 電容量的電源。

6 結(jié)語

在節(jié)能空調(diào)工程的實際應(yīng)用中，對于運行中產(chǎn)生的問題，要逐一排查，發(fā)現(xiàn)問題，及時解決，針對該工程運行中的問題，首先要針對性地對項目的概況及設(shè)計做詳細(xì)了解，并及時掌握在運行中產(chǎn)生的問題，進(jìn)行逐一分析，以初投資比較小的代價，來保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定的運行，確保項目的節(jié)能效率最大化，并對工程后期設(shè)計中產(chǎn)生的問題提供參考價值。