和 江 妮

(侯馬市建筑設(shè)計院，山西 侯馬 043000)

侯馬市可再生能源運行能效的研究

和 江 妮

(侯馬市建筑設(shè)計院，山西 侯馬 043000)

通過整理侯馬市可再生能源建筑應(yīng)用典型示范項目的使用記錄，分析關(guān)鍵數(shù)據(jù)，得出能效指標(biāo)，并對影響能效指標(biāo)的主要機組運行方式進行剖析，并給出相關(guān)建議，提出基于主機實際運行工況的可再生能源運行效率評價思路。

可再生能源，能效，數(shù)據(jù)分析

0 引言

2012年—2015年，受侯馬市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局的委托，山西省建筑科學(xué)研究院節(jié)能所對侯馬市24個可再生能源建筑應(yīng)用示范項目進行能效測評工作，并出具相關(guān)能效測評報告。

為總結(jié)我市可再生能源建筑應(yīng)用的經(jīng)驗及教訓(xùn)，指導(dǎo)各示范項目使用單位高效設(shè)備運行管理，參考能效測評報告，結(jié)合示范項目主機運行記錄，本文對目前我市各示范項目進行總結(jié)分析，并對有關(guān)問題進行了仔細闡述。

1 侯馬市可再生能源示范項目概況

侯馬市24個可再生能源建筑應(yīng)用示范項目示范技術(shù)涵蓋了太陽能光熱建筑一體化應(yīng)用、土壤源熱泵技術(shù)應(yīng)用、地下水源熱泵技術(shù)應(yīng)用及太陽能光熱與地源熱泵結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用等我省典型可再生能源示范技術(shù)，具體如表1所示。

1.1 示范項目基本情況

各示范項目示范技術(shù)概況起來主要為熱泵技術(shù)類型及太陽能光熱建筑一體化應(yīng)用兩個方面。

其具體如表1所示。

表1 侯馬市可再生能源建筑示范項目概況

熱泵技術(shù)類示范項目中，除格林花苑為一主機兩臺壓縮機外，其余項目地源熱泵集中式供暖系統(tǒng)都為N臺1備，青青家園分體式地源熱泵系統(tǒng)，具體表現(xiàn)為一戶一機。

太陽能光熱建筑一體化建筑應(yīng)用示范項目中，利用太陽能熱水系統(tǒng)為該項目用戶提供主要生活熱水，系統(tǒng)供熱水形式為分散集熱，分散貯熱。

1.2 數(shù)據(jù)分析

由于侯馬市可再生能源示范項目申報及建設(shè)過程中，相對應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并沒有完善，主要依據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用示范項目測評導(dǎo)則》。其條文中，機組能效比COP及系統(tǒng)能效比COPS作為考核指標(biāo)，并沒有一個定量的指標(biāo)可供參考，只是提到“熱泵機組的實測制冷/制熱性能系數(shù)應(yīng)滿足項目申報書和可研報告中的具體要求”；現(xiàn)實中項目申報書和可研報告的編制過程，人們一般以機組COP作為設(shè)備選型參考且進一步計算能耗及節(jié)能率，而少于考慮系統(tǒng)整體運作中負載變化細節(jié)，導(dǎo)致項目實際運作過程中，所測數(shù)值與項目申報書所報數(shù)值大相徑庭。

節(jié)能率作為可再生能源應(yīng)用項目的工程評價指標(biāo)，其數(shù)據(jù)來源與系統(tǒng)能效比COPS息息相關(guān)，根據(jù)GBT 18430.1—2007蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組第1部分工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的冷水(熱泵)機組與GBT 10870—2001容積式和離心式冷水(熱泵)機組性能試驗方法中提出機組在各種負荷下運行時間的加權(quán)因數(shù)，地源熱泵機組全年運行綜合部分性能系數(shù)IPLV=2.3%A+41.5%B+46.1%C+10.1%D，A,B,C,D分別為100%,75%,50%,25%負荷時的性能指標(biāo)COP，則機組系統(tǒng)全年能耗根據(jù)上述作進修訂；而《可再生能源建筑應(yīng)用示范項目測評導(dǎo)則》中建筑全年累計冷熱負荷計算，冬季根據(jù)測試期間系統(tǒng)的實測熱負荷和室外氣象參數(shù)，采用度日法計算供暖季累計熱負荷，夏季根據(jù)溫頻法計算供冷季累計冷負荷，實際運算中，利用熱負荷指標(biāo)×建筑面積得出供暖季累計熱負荷；進一步根據(jù)實測的機組系統(tǒng)能效比COPS計算機組系統(tǒng)的年耗電量，在此基礎(chǔ)上，得出節(jié)能率、環(huán)保效益參數(shù)等數(shù)據(jù)。

自2013年5月1日起開始實施的GB/T 50801—2013可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)，明確對可再生能源建筑應(yīng)用運行評價給出一系列的規(guī)定。特別在其第六章節(jié)，在6.1評價指標(biāo)及6.3評價方法中，給出機組能效比COP及系統(tǒng)能效比COPS依據(jù)示范項目安裝機組容量確定評價閾值。

1.3 項目能效數(shù)據(jù)

根據(jù)各示范項目使用記錄，結(jié)合主要示范技術(shù)類型，選取典型項目格林花苑、人民法院及陽光時代花園作為本文分析重點，選取項目測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 選取示范項目能效數(shù)據(jù)

根據(jù)使用記錄，選取典型日主機工況記錄，可得出地源熱泵系統(tǒng)COPS及機組COP考核指標(biāo)，選取項目都可判定為合格。同理，選取典型日記錄太陽能熱水使用者數(shù)顯表盤及用水量，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計算公式，可得出太陽能保證率、集熱系統(tǒng)效率及貯熱水箱熱損因數(shù)等相關(guān)參數(shù)，可判定選取項目合格。

1.4 數(shù)據(jù)偏差

在理論分析及實際運作中，由于選取后者截取數(shù)據(jù)的不同，如圖1所示，第一部分標(biāo)準(zhǔn)要求參數(shù)，第二部分為實際狀態(tài)運行參數(shù)，導(dǎo)致分析結(jié)果與實際結(jié)果可能有一定的偏離。

作為比對分析，同一條件下的各個使用記錄及分析數(shù)據(jù)為判斷機組及系統(tǒng)優(yōu)劣性提供了必要的數(shù)據(jù)支撐，但后續(xù)工作應(yīng)進一步加強采暖季機組及系統(tǒng)實際工況下的分析。

2 侯馬市可再生能源示范典型項目存在問題及建議

對照表2中的數(shù)據(jù)，分三種主機及系統(tǒng)運行形式具體分析。

2.1 地源熱泵機組主機出水溫度較低

興喬溫馨綠園、幸福佳苑及新城花園地源熱泵示范項目建議主機設(shè)定較高的出水溫度，根據(jù)JGJ 142—2004地面輻射采暖技術(shù)規(guī)程，室內(nèi)側(cè)每提高1 ℃，室內(nèi)散熱量增加近5.5%，相同溫差，較高的出水溫度，較小的流量即可滿足室內(nèi)設(shè)計溫度要求；保持管徑不變的情況下，降低用戶側(cè)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，用戶側(cè)循環(huán)水流速即可降低，流量降低，降低循環(huán)泵功率且加強用戶側(cè)循環(huán)水與熱泵主機換熱。

新城花園地源熱泵示范項目由于測試期入住率較低，負荷較低，導(dǎo)致系統(tǒng)COPS較低，且根據(jù)實測數(shù)據(jù)其用戶側(cè)流量忽大忽小，建議采用大小型號水泵合理搭配，實行階梯式供水。

2.2 地源熱泵機組主機出水溫差小

格林花苑地源熱泵示范項目熱源側(cè)宜小流量大溫差運行，建議降低熱源側(cè)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，即熱源側(cè)流量降低，因水泵功率與流量三次方成正比，可使循環(huán)泵功率大幅度降低；在管徑不變情況下，即流速降低，可使熱源與熱泵主機加強換熱，實現(xiàn)大溫差運行；同時，熱源側(cè)低流速狀況下，保證管內(nèi)紊流的前提下，相同的巖土熱響應(yīng)狀況下，可加強單位管長的換熱能力(來源《鋼鐵手冊》6.6“水泵及風(fēng)機的節(jié)能”及GB 50366—2005地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范附錄C.3.6)。

陽光青青家園地源熱泵示范項目考慮分體式熱泵住戶單獨控制的特點，在地源熱泵的循環(huán)系統(tǒng)中接入變頻系統(tǒng)，用變頻技術(shù)改變電機轉(zhuǎn)速來合理調(diào)節(jié)流量和壓力的變化，取代閥門控制流量，能取得明顯的節(jié)能效果。

2.3 地源熱泵機組主機間歇性啟停運行

侯馬市人民法院作為人員作息時間較為固定的建筑，人員的工作時間為8:00～18:00，侯馬市地源熱泵機組的選型根據(jù)冷負荷選擇，冷負荷室外設(shè)計溫度剛好處于作息時間內(nèi)；而冬季工況，

熱負荷室外設(shè)計溫度處于作息時間之外，且侯馬市冷負荷比熱負荷大，后果表現(xiàn)為冬季工況熱泵機組主機間歇性啟停運行，其最好的解決方法就是當(dāng)時設(shè)計階段采用一用一備，備用熱泵主機根據(jù)冬季熱負荷計算且室外溫度采用8:00～18:00時段最低溫度。

鑒于熱泵主機間歇性啟停運行，建議井水側(cè)大小型號水泵合理搭配，實行階梯式供水，以保證主機間歇性停開不同時段供暖需求。熱泵主機停機時，熱源側(cè)停止換熱，小泵運行，保護主機過熱同時降低用水量。

鑒于熱泵主機頻繁啟停機對主機破壞程度較大，在滿足室內(nèi)設(shè)計溫度情況下，建議分析壓縮機電機—水泵—負載匹配原理，改變電機的Y—Δ降壓啟動方式為變頻啟動方式，變頻器可同時改變輸出頻率與電壓，使電機以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩。

3 侯馬市示范典型項目運行能效總結(jié)

依據(jù)典型示范項目提供的使用記錄得出的能效指標(biāo)，進一步開闊思路，提出基于主機實際運行工況的考察思路，為以后的可再生能源運行效率評價提供了新思路。

1)以后可用多種方法分析機組及系統(tǒng)耗能量，最直觀的方法就是采用地源熱泵項目前，小區(qū)采用自備鍋爐的耗煤量由甲方運行記錄分析；用地源熱泵項目后，耗電量可由安裝電表分析，這樣可做直觀的比對，前提是年度供暖季室外溫度及住戶溫度無太大差別，若差別比較大，應(yīng)作歸一化處理。

2)侯馬市人民法院地源熱泵機組主機間歇性啟停運行，其數(shù)據(jù)分析及處理還須再深入分析，因主機COP=Δtz/Δtl，即蒸發(fā)器溫度之差與冷凝器溫度之差的比值；非間歇性啟停運行主機COP=vpcΔtw/3 600，其中，Δtw為熱泵主機用戶側(cè)進出口溫差，流量變化不大，假設(shè)循環(huán)側(cè)為恒流量，熱源側(cè)提取能量基本不變，則認為Δtz/Δtl可認為vpcΔtw/3 600。間歇性啟停運行主機，熱源側(cè)提取能量時刻變化，假設(shè)循環(huán)側(cè)為恒流量，則用戶側(cè)進出口溫差并不能反映Δtz/Δtl，因為用戶側(cè)水循環(huán)需要一定時間，則Δtw并不是理想的測量依據(jù)，須進一步研究。

4 結(jié)語

通過對侯馬市可再生能源建筑示范項目使用記錄數(shù)據(jù)整理分析，根據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)》得出能效指標(biāo)，深入分析各關(guān)鍵參數(shù)的選用對能效指標(biāo)的影響，實現(xiàn)再生能源系統(tǒng)運行能效的優(yōu)化測試，為以后的可再生能源運行效率評價工作提供了新思路。

[1] GB/T 19409—2003,水源熱泵機組[S].

[2] GB 50366—2005,地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB/T 50801—2013,可再生能源建筑應(yīng)用工程評價標(biāo)準(zhǔn)[S].

Abstrat: The paper collates use records of typical demonstration project of Houma’s applications of renewable energy, analysis key data, obtain energy efficiency index, and analysis operation mode of heat pump unit operation， and give some suggestions, finally, put forwards performance evaluation basing on actual operating condition of operation efficiency of renewable energy.

The research on operation energy evaluation of renewable energy consumption of Houma

He Jiangni

(TheInstituteofHoumaArchitecturalDesignandResearch,Houma043000,China)

renewable energy, energy evaluation, data analysis

1009-6825(2017)21-0178-02

2017-05-13

和江妮(1984- )，女，助理工程師

F407.2

A