浅析地源热泵系统节能运行管理

设备管理与改造◆ShebeiguanliyuGaizao

浅析地源热泵系统节能运行管理

王维想

李

婷

马

林

（山东建筑大学，山东济南250101）

摘

要：主要对地源热泵系统运行管理的节能潜力进行研究，分析其运行管理中易发生的问题，提出相应的运行管理节能措施，从而为地源

热泵系统的节能运行管理实践提供指导。

关键词：地源热泵；运行管理；节能；分析

0引言

近年来，我国环境和能源问题日益突出，地源热泵的研究和应

用迅速发展，政府亦出台了相关政策为地源热泵的推广与应用提供支持。实践表明，地源热泵系统的节能量是前期系统设计与后期运行管理综合效用的结果，但是因地源热泵尚属新型的中央空调节能系统，一般的运行管理人员对系统运行管理节能的技巧并不熟悉。因此，对已实施地源热泵项目的运行情况进行长期跟踪测试，总结常见问题，深入分析原因，并提出相应的运行管理节能措施十分必要，从而为地源热泵系统的节能运行管理提供指导。

需要一个锅炉室，制冷一般也需要在楼上放置一个冷却塔。地源热

泵系统免去了这些设计，利于建筑物的景观设计。

机组输入电能

Q2

水源热泵

机组

用

可利用能Q3

户

被利用能Q1

供水井回水井

夏季：制冷量Q3=Q1-Q2Q3≥5Q2冬季：制热量Q3=Q1+Q2Q3≥4Q2Q2机组耗能Q1地能

1热泵的定义与工作原理概述

热泵这一术语的由来与水泵有着相似性。水泵是通过一定机械能的消耗，完成水从低处到高处输送过程的设备；而热泵是消耗一定的机械能，将热能由低温位向高温位传送，以达到热量需求供应的目的。从本质而言，热泵就是制冷机，只是在运行工况上有所区别，在系统运行过程中，热泵通过冷凝器放热制冷，实现为空调、生活热水、采暖提供热量。热泵工作原理是：电能驱动压缩机反复循环运动，形成物理的相变过程，蒸发器汽化吸热，冷凝器液化放热，从而使热量不断地进行传递交换，并通过阀门切换的方式使得机组制热、制冷功能得以实现。

机组输入电能

Q2

地温热泵

机组

用

可利用能Q3

户

被利用能Q1

图1地源热泵施工原理

2

2.1

地源热泵系统

地源热泵系统内涵

地源热泵是一种将地表浅层地热资源当做冷热源，对建筑物实施供冷或供暖的空调节能系统。地表浅层的实质是一个大型的太阳能集热器，其中可再生能源蕴藏丰富，地源热泵通过少量电能的输入，完成能量由低温向高温的转移。热泵在冬季可吸收其热量向建筑供暖，夏季则向其排放热量，实现对建筑的供冷。地源热泵同普通热泵的原理基本一致，只是地源热泵的冷、热源是浅层地热能。简单而言，制冷是将室内热量向室外地表浅层传输，制热是将室外热量传输到室内，其运行原理如图1所示。2.2地源热泵的系统构成

地源热泵系统是由地热能交换系统、地表浅层地热资源、建筑物内系统及热泵机组共同构成完整的空调供热系统。2.3地源热泵系统的特点

地源热泵系统的特点主要包括：（1）节能特点。地源热泵系统通过利用地表浅层地能实现制冷、供热，与使用油、气、煤等常规性能源供热方式相比，地源热泵系统省去了燃油、燃气、燃煤等锅炉房系统，也大大节约了油、气、煤等常规性不可再生能源。制冷时，亦省去了冷却水塔，从而避免了冷却塔带来的水耗。（2）环保特点。地源热泵系统制冷、供热实现无燃烧过程，避免了排污、排烟等污染，不产生废水、废渣、废气及烟尘。（3）费用低、运行效能高。冬季低温差的取热和夏季高温差的散热，使地源热泵系统具备很高的换热效率。故同样热量或冷量的产生，只需要配备小功率的压缩机即可完成，电能消耗大大减少。同普通锅炉系统和中央空调相比，其能耗降低了50%～60%。（4）利于设计建筑物景观。传统的供热

夏季：制冷量Q3=Q1-Q2Q3≥5Q2

冬季：制热量Q3=Q1+Q2Q3≥4Q2Q2机组耗能Q1地能

图1地源热泵施工原理

3

3.1

地源热泵系统运行管理中常见问题及节能潜力分析

地源侧流速的控制

在地源热泵系统设计中，地源侧流速是重要的计算参数，一般情况下，地源侧流速应控制在合理的范围内，但在实际项目中，地源热泵系统并不都是以设计流速来运行的，主要包括2方面的原因：（1）部分负荷的运行过程中，部分地埋循环泵开启，而全部的地源孔仍被投入运行，从而造成地源流速过低。（2）不平稳的地源侧水力，导致地源孔流速部分降低。地源热泵系统中地源侧流速对换热效果具有较大影响，实践数据表明，地源侧流速降低37%，地源孔散热量降低18%。因此，在地源热泵系统的运行中，应尽可能地控制地源侧流速。节能管理的具体措施是部分地埋泵停运的同时将相应地源孔埋管阀门关闭，并对系统水力的平衡性进行调节。3.2负荷的调节

地源热泵系统主机自身的自控能力已较为完善，可利用自控系统对输入电量进行调节。主机的自控调节方式包括2种：一是以实际负荷为依据进行调节；二是以回水温度为依据进行调节。一般情况下，地源热泵运行管理依据末端系统的设备类型对回水温度进行设定，回水温度一旦设定，便按此设定长期运行；节能管理中，应结合负荷需求对回水温度设定值进行实时的调整，当负荷小时，可适当降低回水温度，如此，在低温供暖时，热机具有较高的能效

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