杭州大湛机电科技有限公司 严伟
杭州清稞节能环保科技有限公司 赵先明
摘 要：当下，地源热泵技术作为一项可再生能源技术在夏热冬冷地区大力推进。本文针对夏热冬冷地区的气候特点，从一次能耗的角度，对比分析了地源热泵系统与冷水机组加锅炉、风冷热泵三种空调冷热源的节能效果，可为夏热冬地区合理应用地源热泵技术提供参考。
关键词： 建筑节能；地源热泵；夏热冬冷；设计方法；一次能耗分析
基金项目：浙江清华长三角研究院杭州分院“绿色人居环境研究中心”产学研一体化平台搭建 。
0 引言
由于浅层地层温度常年基本稳定，接近当地气象年平均温度，冬季浅层地层温度比室外环境空气温度高，夏季浅层地层温度比室外环境温度低。理论上，地源热泵机组的能效应高于空气源热泵。此外，地源热泵机组加装冷凝热回收装置后可实现一机多用，既可夏季供冷、冬季供热、全年供应生活热水，在需要时还可同时供冷、供热、供生活热水，做到能量总体平衡[1-2]。作为空调冷热源的地源热泵系统，消耗电能，利用部分浅层地层的蓄热能（可再生能源的一种）给空调系统提供热水和冷冻水。系统的节能效果应体现在最终的一次能源总消耗量上。
为了说明问题，我们从一次能耗的角度，将地源热泵系统与冷水机组加锅炉、风冷热泵三种空调冷热源作对比节能性分析。
1 制冷工况节能性分析
制冷工况时，耗电可分为三部分：
（1）向系统外散热装置的耗电；
（2）冷却水循环系统的耗电；
（3）制冷系统制冷机的耗电。
由这三部分耗电总量分摊到单位制冷量，就可计算得到整个冷源的综合制冷性能系数（SCOP）。在新修订的《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2015）中，明确了各类冷源的综合制冷性能系数（SCOP）限值，详见表1。
表1 冷源的综合制冷性能系数（SCOP）限值[3]
对于地源热泵系统来讲，由于冷却水循环系统的耗电比传统的冷却塔冷却水系统的耗电要高，并且地源热泵机组制冷工况时的单机COP也低于水冷冷水机组的COP。因此该系统的综合制冷性能系数也较水冷冷水机组低。在《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801中地源热泵系统性能级别划分详见表2[4]。
表2 地源热泵系统性能级别划分[4]
综上分析，在夏热冬冷地区冷源的综合制冷性能系数汇总详见表3。
表3 夏热冬冷地区冷源的综合制冷性能系数汇总
2 制热工况节能性分析
制热工况时，锅炉耗用燃料、热泵耗用电耗均折算成标煤进行比较。燃料热值按低位发热量计算，电耗以0.33kgce/kW·h推算（发电效率37.23%）。
锅炉作为热源时，其效率规定为88%，则热源的制热性能系数为0.88；热泵的COP均乘以0.3723计入[5]。
综上分析，热源的制热性能系数汇总详见表4。
表4 热源制热性能系数汇总表
综合制冷工况和制热工况的对比分析结果，可知：
（1）地源热泵系统优于空气源热泵系统，相比之下节能明显。
（2）地源热泵系统在制热工况时由于吸收了浅层地层中的低温热，系统的制热性能系数最高，是锅炉供热系统的1.27~1.48倍。在制冷工况时，由于对系统外散热部分的冷媒输配耗能大，地源热泵系统的电耗比水冷式冷水机组制冷系统的要大。因此，对于具体工程要作全年负荷变化计算和一次能耗分析后再做定论。
3 结论及建议
本文针对夏热冬冷地区的气候特点，从一次能耗的角度，将地源热泵系统与冷水机组加锅炉、风冷热泵三种空调冷热源作对比节能性分析，主要结论和建议如下：
（1）地源热泵系统优于空气源热泵系统，其全年运行能耗较低、节能量明显。
（2）在制热工况时，地源热泵系统与锅炉供热系统相比一次能耗低，节能显著；而在制冷工况时，地源热泵系统综合制冷性能系数低于常规的水冷冷水机组。因此，具体工程应根据负荷分布特性，进而作一次能耗分析计算后取优。
参考文献
[1] 徐伟, 邹瑜, 徐宏庆等. 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范技术指南》[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012: 468–474.
[2] 唐峰, 胡吉士. 浙江地区地源热泵系统适应性研究和设计方法[J]. 建筑节能, 2014,12(4):25–30.
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2015）[S]. 北京: 2016.
[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 《可再生能源建筑应用工程评价标准》（GB/T 50801—2013）[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.
[5] 中华人民共和国建设部.《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366—2005（2009版）[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009.
备注：本文收录于《建筑环境与能源》2017年2月刊总第2期。
版权归论文作者所有,任何形式转载请联系作者。
