地源热泵检测技术及相关问题分析

1. 地源热泵检测技术及相关问题分析 河南省建筑科学研究院有限公司 吴玉杰 二〇一一年十二月九日

2. 目 录 一、地源热泵示范项目检测内容及评价标准 二、地源热泵示范项目监测内容介绍 三、从检测验收角度对设计工作几点建议

3. 一、地源热泵示范项目检测内容及评价标准 测评依据 1.《可再生能源建筑应用工程评价标准》（送审稿） 2.《地源热泵系统工程技术规范》（2009年版）GB 50366-2005 3.《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50234-2003 4.工程暖通施工图

4. 《可再生能源建筑应用工程评价标准》（送审稿） 冬季系统能效比不低于2.6，夏季系统能效比不低于3.0。

5. 检测内容 地源热泵系统的检测与评价是全面掌握地源热泵系统性能与效果的重要途径。测评内容： 1、室内应用效果检测，测试室内温度和相对湿度 2、热泵机组制热/制冷性能系数检测 3、输送系统能效比检测 4、地源侧特性检测

6. 测试条件及方法 1、室内应用效果检测 保持建筑物内合适的热湿环境，是空调系统的基本功能，因此要首先对其室内应用效果进行测评。 检测应在比较典型的供暖日（供冷日），且建筑物达到热稳定后进行，测试期间的室外温度监测应与室内温湿度的检测同时进行。

7. 2）测试方法 a.测试参数 冬季：室内温度 夏季：室内温、湿度 b.测试时间 在建筑物达到热稳定后进行，测试时间为6小时。 c.测试方法 在房间中悬挂温湿度记录仪，记录室内温湿度，记录时间间隔不大于30min,并计算温湿度的平均值。

9. 2、热泵机组制热/制冷性能系数检测 热泵机组性能系数是指热泵机组制热（冷）量与输入功率的比值，每台机组在出厂时都有名牌参数，但在实际运行中，热泵机组要受到环境等因素的影响，其实际工况与额定工况存在差异，因此要对其进行检测，以掌握其实际应用工况中的能效水平。 热泵机组制热/制冷性能系数的测定工况应尽量接近机组的额定工况，机组的负荷率宜达到机组额定值的80%以上；

10. a.测试参数 热源侧流量、机组用户侧流量、机组热源侧进出口水温、机组用户侧进出口水温、机组输入功率 b.测试时间 在机组运行稳定后进行，测试周期为1h。 c.测试方法 机组各项参数记录应同时进行，记录时间间隔不大于10min。

11. d.数据处理 制冷、制热性能系数根据测试结果按下式计算： COPL——热泵机组的制冷性能系数； COPH——热泵机组的制热性能系数； QL——测试期间机组的平均制冷量，kW； QH——测试期间机组的平均制热量，kW； Ni——测试期间机组的平均输入功率，kW。

12. 式中： V— 热泵机组用户侧平均流量，m3/h； tw —热泵机组用户侧进出口水温差，℃； ρ—冷（热）水平均密度，kg/m3； c —冷（热）水平均定压比热，kJ/(kg.℃)。 ρ、c可根据介质进出口平均温度由物性参数表查取。

14. 3、输送系统能效比检测 系统能效比是反映热泵输送系统性能的主要参数，系统能效比越大表示在单位输入功率下输送的热（冷）量就越大，输送系统的输送性能就越好。 系统能效比的测定工况应尽量接近系统的设计工况，系统的最大负荷率宜达到设计值的60%以上；

15. a.测试参数 系统热源侧流量、系统用户侧流量、系统热源侧进出口水温、系统用户侧进出口水温、机组消耗的电量、循环水泵消耗的电量等。 b.测试时间 测试时间应在系统正常运行后进行，测试周期为2-3天。 c.测试方法 系统各项参数记录应同时进行，记录时间间隔不大于10min。 d.数据处理

16. 式中：COPSL—热泵系统的制冷能效比； COPSH—热泵系统的制热能效比； QSL—系统测试期间的总制冷量，kW·h； QSH—系统测试期间的总制热量，kW·h； Ni—系统测试期间，热泵机组耗电量，kW·h； Nj—系统测试期间，水泵所消耗的电量，kW·h。

17. 系统测试期间的总制冷（热）量按下式计算： 式中： V—系统用户侧的平均流量，m3/h； tw—系统用户侧的进出口水温差，℃； ρ—冷（热）水平均密度，kg/m3； c —冷（热）水平均定压比热，kJ/(kg.℃)。 ρ、c可根据介质进出口平均温度由物性参数表查取。

18. 4、地源侧特性检测 地源热泵技术主要以地源能（土壤、地表水、地下水）夏季制冷作为冷却源，冬季采暖作为低温热源，实现制冷、采暖，这些低位热源的特性直接影响地源热泵系统的应用效果。为了考察热泵系统从地源侧获取与释放热量的实际效用，在热源端选择以下参数进行测试，以衡量热源的稳定性及可持续能力。

19. 测试内容 （1）土壤源热泵：水温、土壤温度、热源侧换热量 （2）地下水源：取水温度、流量、热源侧换热量 （3）地表水源：取水温度、热源侧换热量

20. 二、地源热泵示范项目监测内容介绍 以现有水平看，目前所做的检测时间较短，最长也不过两周，要保证在这么短的时间内做出的检测结果能反映系统全年运行情况是很难的。 另外，检测时的负荷及气候条件同用户实际使用时的负荷及气候条件必定存在出入，这些因素都应当充分考虑进去。因此，要对典型项目进行全年运行状况的监测，真正全面地掌握系统运行情况。

21. 二、地源热泵示范项目监测内容介绍 监测依据 1、《财政部、建设部关于加强可再生能源建筑应用示范管理的通知》(财建[2007]38号) 2、 《关于加快开展可再生能源应用示范项目验收评估工作的的通知》 （财办建[2009]116 号）

22. 监测目的 为了掌握住房和城乡建设部、财政部组织实施的可再生能源建筑应用示范项目的实际运行效果，指导示范项目的运行管理，为我国可再生能源建筑规模化应用提供基础数据支撑和经验储备， 加快可再生能源建筑应用的推广，带动相关技术进步。

23. 监测系统组成 由计量监测设备、数据采集装置和数据中心软件组成。 计量监测设备包括室外温度传感器、系统用户侧进出水温度传感器、系统热源侧进出水温度传感器、系统用户侧循环流量传感器、系统热源侧循环流量传感器、系统耗电量监测电表、机组用户侧进出水温度传感器、机组热源侧进出水温度传感器、机组用户侧循环流量传感器、机组热源侧循环流量传感器、机组输入功率传感器等。

24. 计量设备性能参数要求

26. 系统设计 （1）同步设计、同步施工、同步验收 在施工图设计阶段应进行数据监测系统的设计，深度应达到施工要求，并注明预留的监测点；在示范项目建设施工阶段，应同步进行数据监测系统的施工、安装和调试；在竣工验收阶段，数据监测系统验收纳入整个项目进行工程验收。

27. （2）数据监测系统建设的抽样应符合以下要求（2）数据监测系统建设的抽样应符合以下要求 对于集中式热泵系统，不同类型的机房均需抽样，机房内不同类型的机组根据情况抽样不少1台机组。 以单体建筑或单户为单位的热泵系统，按同一类型每30个系统抽样不少于1个系统，每个系统的机组抽样不少于1台机组。大于30个系统时抽样数量不少于2个系统，每个系统的机组抽样不少于1台机组。

28. 设备及安装 （1）室外温度 在污水源热泵系统机房附近设计1个室外温度传感器（需有防辐射罩），当有多个污水源热泵系统机房时，选择1个典型机房设计1个室外温度传感器。 （2）系统热源侧、系统用户侧进出水温度 在污水源热泵系统的热源侧和用户侧总进出水管各设计一个水温度传感器。 （3）系统热源侧、系统用户侧循环水流量 在污水源热泵系统的热源侧和用户侧总进出水管各设计一个循环水流量传感器。

29. （4）系统耗电量 在污水源热泵系统的配电系统设计有独立的配电回路时，在总配电回路输入端设计1个普通电能表。当污水源热泵系统的配电回路分散设计时，需要根据配电系统的实际情况确定普通电能表的设计数量。 （5）机组热源侧、系统用户侧进出水温度 在污水源热泵系统的热源侧和用户侧总进出水管各设计一个水温度传感器。

30. （6）机组热源侧、系统用户侧循环水流量 在污水源热泵系统的热源侧和用户侧总进出水管各设计一个循环水流量传感器。 （7）机组输入功率 在所监测的污水源热泵机组配电输入端设计一个功率传感器或者普通电能表。 （8）数据采集装置 每个示范项目原则上只设计1个数据采集装置。数据采集装置至少应采集包括温度传感器、总辐射传感器、流量传感器和功率传感器等模拟信号要求。

31. 1、地源热泵系统设计前，应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源进行勘察。1、地源热泵系统设计前，应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源进行勘察。 在进行可再生能源建筑应用项目图纸专项审查时应提供相应内容：土壤源热泵系统提供土壤热物性测试报告，地下水换热系统应提供水资源勘察报告和地下水抽回灌试验报告，地表水换热系统应提供地表水资源勘察报告。 三、从检测验收角度对设计工作几点建议

32. 我们积极主张暖通空调与水文地质两专业、两行业、两部门之间应在科学开发、建设、利用地源热泵系统领域紧密合作，相互学习、有效沟通、及时协调。在充分、科学、合理利用好地下浅层岩土层含水层作为“蓄热层”的同时，保护好地下的地质水文环境。

33. 2、土壤源热泵应冬夏两用，避免单季实施 依据《地源热泵系统工程技术规范》，应用地埋管换热系统设计时应进行全年动态计算，最小计算周期为1年。计算周期内，地源热泵系统总释热量与其总吸热量相平衡。避免因吸热与释热不平衡引起岩土体或水源温度降低或升高，影响系统正常运行。在吸放热量计算时，对采暖期天数和空调期天数的选取应因工程而异，而且不能简单的按照24小时供暖或制冷计算。

34. 系统吸放热量相差较大时，可采取下列措施： （1）条件适合时适当放大埋管间距，并设置监测系统； （2）加强运行管理，轮换土壤换热器分组回路使用； （3）采用带有热回收技术的热泵机组有利于热平衡，且可以提供廉价的生活热水；

35. （4）可采用辅助加热（或冷却）方式。对于冬季吸热量大于夏季排热量的北方寒冷地区，常采用带有太阳能集热器或锅炉辅助加热，对于夏季排热量大于冬季吸热量的夏热冬冷或夏热冬暖地区，常采用带有冷却塔的辅助散热系统。 目前，我省不少住宅工程仅冬季供暖，大大降低了地源热泵的节能效果，长期使用后，土壤温度下降，冬季供暖效果降低，甚至导致系统报废。

36. 3、大型运动场馆中应用地源热泵的性价比值得探讨3、大型运动场馆中应用地源热泵的性价比值得探讨 由于财政政策的支持，有不少大型运动场馆中采用了地源热泵系统，在项目的可行性分析中，计算投资回收期时无一例外的将使用时间按整个采暖季和整个供冷季计算，看起来非常经济、可行。 但是，检测过程中了解到，很多工程空调系统的使用率非常低，比如湖北省襄樊市体育馆，该场馆作为湖北省第十二届全运会的主场馆，空调系统采用了地下水源热泵系统。

37. 该体育馆建筑面积面积2万平方，空调冷负荷4200KW,热负荷3100KW，原设计溴化锂系统总投资1050万元，地源热泵系统增加投资450万元，年节能量662.8吨标煤。但全运会结束后，该场馆很少举办大型项目，即使有项目，由于经济原因，举办方也只用场馆，不用空调系统（该场馆租赁费5000-10000元/天，空调系统运行费用8000元/天（8小时），系统长期不用又容易损坏，山东省济南市的奥体中心也存在同样问题。 因此，对于大型运动场馆应用地源热泵系统的经济性分析至关重要，是否节能又节钱值得推敲。

38. 4、建议公建、住宅系统设计时有机结合 由于使用功能的差别，对空调系统的使用时间有差别，公建主要在白天、住宅在夜间，建议公建住宅距离较近时系统有机结合，实现互补，减小设备负荷，提高使用率，既降低初投资也降低运行费用。当然，在设计时应对加装冷热量计量表，按表收费。如洛阳市总工会办公楼和家属院工程、临沂市人民医院和家属院工程。

39. 5、地下水源热泵大规模应用存在隐患 目前，由于政府的财政支持，部分城市大规模应用地下水源热泵，比如洛阳市约220万平方（多集中在洛南新区）、商丘近150万平方、鹤壁市近250万平方。 但是，我们在进行地下水抽回灌试验时是单口井进行的，如果这么多项目集中运行，将对地下水造成破坏，引起地下水温升（降），如果不能完全回灌，甚至引起地面下陷。沈阳市是我国较早利用地源热泵技术的城市，由于大规模集中应用加上设计施工不当，目前多个项目已报废。

40. 6、住宅工程中使用的经济性值得探讨 同时使用系数较大 住宅工程由于人们使用时间不确定，因此同时使用系数的选取很难确定。为了保险，设计时同时使用系数较大，存在大马拉小车现象，系统不节能。 中央空调系统使用成本上很难公平计费，在地市级及以下城市中，空调费用的收取存在诸多纠纷，甚至收不上来。如梁山县山水家园小区夏季多数业主不缴费，导致热泵系统仅冬季供暖。 另外中央空调无论是在建造还是维护，都比普通空调高出不少成本。因此，本人认为，虽然时下政府高调倡导，住宅中使用地源热泵的工程为数不少，但住宅中使用地源热泵系统未必节能。

41. 6、住宅工程中使用的经济性值得探讨 住宅工程由于人们使用时间不确定，因此同时使用系数的选取很难确定。为了保险，设计时同时使用系数较大，存在大马拉小车现象，系统不节能。 中央空调系统使用成本上很难公平计费，在地市级及以下城市中，空调费用的收取存在诸多纠纷，甚至收不上来。如梁山县山水家园小区夏季多数业主不缴费，导致热泵系统仅冬季供暖。 另外中央空调无论是在建造还是维护，都比普通空调高出不少成本。因此，本人认为，虽然时下政府高调倡导，住宅中使用地源热泵的工程为数不少，但住宅中使用地源热泵系统未必节能。

42. 7、取水地点和取水方案 只 目前，在大城市中由于取消了燃煤锅炉，地温空调得以大量推广，但因场地狭小，出、回灌井一般近邻建筑物开凿，通常水井位置距建筑物5米开外可保证建筑物的安全。 但此时，为了确保建筑物地基不受影响，水井上部20—40米采取实管、泥球止水的办法阻止井水的提取和回灌，使地下水的能量交换在水井下部进行。

43. 8、出回水井的影响半径及工程布局 由于各地区地址状况互不相同，出回水井的影响半径一般不易通过理论计算所得。实践中先开凿一口水井，通过电测图了解沙层状况，分析试验最大出水量，再开凿一口水井并互做回水试验，由此确定水井工程布局方案。 通过长期的工程实践，出回水井的间距在15米左右，可确保回水井水温不致影响出水井水温。

44. 工程案例 污水源热泵系统系统原理图

45. 工程案例 污水源热泵系统测试结果

46. 谢谢!