222_地表水源热泵节能潜力研究

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1、地表水源热泵空调系统节能特性研究东南大学吴东升张建忠陈振乾摘要以一工程案例来分析分别采用空气源热泵与开式地表水源热泵时，冷热源部分的能耗情况，详细探讨了冬季水源热泵系统随江水温度的变化不同运行方式的能耗情况，比较得在江水温度过低时江水侧采用小温差大流量的运行方式较为节能。关键词负荷率，能耗，节能率1工程概述南京位于夏热冬冷地区，该地区夏季闷热，冬季寒冷，室内热环境较差。随着经济发展和人民生活水平快速提高，空调设备也得到普及使用，但同时空调能耗也随之大幅增加，如何降低建筑空调能耗成为急需研究的课题，地表水源热泵属可再生能源，有着广泛的应用前景。本文

2、以一公共建筑为例，分别计算在采用水源热泵及风冷热泵时源侧的耗能情况，该建筑面积40000m2，经负荷计算得建筑夏季冷负荷为4000kW，冬季热负荷为2800kW，则冷负荷指标为100W/m2，热负荷指标为70W/m2，机房设备选型见表1。空气源热泵夏季EER为2.8，冬季COP为2.0；水源热泵夏季EER为5.1，冬季COP为4.5。表1：水源热泵系统和风冷热泵系统的设备选型表：水源热泵系统风冷热泵系统热泵选型PSRHH540330AQA240台数27制冷量(kW/台)2075.8620制冷输入功率(kW/台)407221制冷水流量(m3/h/台

3、)蒸发器

4、354.5108冷凝器

5、427.2制热量(kW/台)2252680制热输入功率(kW/台)500.4340制热水流量(m3/h/台)蒸发器

6、305.1115.2冷凝器

7、391.5冷冻水泵选型NB125-200/196-188NB65-160/173台数27流量(m3/h/台)363110扬程(m)37.737输入功率(kW/台)50.112.9冷却水泵选型NB125-200/196-188---台数2---流量(m3/h/台)442---扬程(m)32.2---输入功率(kW/台)51.6---2能耗分析2.1计算条件及公式主机运行时段

8、：夏季制冷天数按120天计算(从6月15日至10月15日)，每天运行10小时；冬季制热天数按90天（从11月15至2月15日），每天运行10小时。机组耗电量计算：水泵耗电量计算：[1]表2：能耗初步计算表水源热泵系统风冷热泵系统夏季机组耗电(kWh).4.91夏季水泵耗电(kWh)冬季机组耗电(kWh)考虑的水源热泵运行特殊性具体计算如下冬季水泵耗电(kWh)20030.872.2水源热泵冬季能耗计算根据北河口八年的水温统计数据，可得冬季供暖季90天的水温温频：图1：冬季江水温频图由于江水冬季温度可能出现低于6℃，水源热泵可采用以下三种运行模式：

9、1、江水温度过低时，不运行热泵机组，直接电加热的方式进行供暖；2、江水温度过低时，江水经电预热后再进机组；3、江水温度过低时，江水侧采用大流量小温差的方式。几点假设：采用大流量小温差运行时水流量增大时机组的制热量不变；电预热时的江水温度区间为[5,6)共3天，假定都由5℃预热到6℃；电加热时的江水温度区间为[5，6）共3天，此时不用热泵供暖，仅采用电加热维持循环水温。考虑到室内热负荷并未全部在设计负荷，应该在部分负荷下的能耗情况：江水温度为6~8℃时室内热负荷为设计负荷的100%；江水温度为10~12℃室内热负荷为设计负荷的75%；江水温度为14

10、~16℃室内热负荷为设计负荷的50%；江水温度为18℃室内热负荷为设计负荷的25%。表3：机组对应的非名义工况下的运行参数：水温频数(天)蒸发器进水温度(℃)制热量(kW)输入功率(kW)热水5℃温差流量(m3/h)蒸发器5℃温差流量(m3/h)762021.4498.29347.68261.973082130.89503.6366.51279.8922102252509.3391.5305.112122362.67515.4406.38317.737142477.08521.84426.06336.39162592.24527.63445.87

11、355.113182706.91533.62465.59373.812.2.1电加热供热运行方式一、温度区间在[5，6）时，认为全部时间的温度都为5℃，若此时空调循环水由电加热供热则有加热量2800kW，则三天的耗电量为2800*3*10=84000kWh，循环水泵耗电量：1616.02kWh，在电加热供热的运行方式下，水源热泵冬季总耗电量为：.4kWh。表4：电加热供热方式下的能耗计算天数蒸发器进水温度制热量kW输入功率kW实际功耗kW耗电量（kWh）冷冻水泵耗功（kWh）冷却水泵耗功（kWh）35——————84000.001616.02——

12、464042.81996.59690.227608.992165.471085.703084261.791007.20661.7.081