侯馬市可再生能源運(yùn)行能效的研究

和 江 妮

(侯馬市建筑設(shè)計(jì)院，山西 侯馬 043000)

侯馬市可再生能源運(yùn)行能效的研究

和 江 妮

(侯馬市建筑設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jī)組運(yùn)行方式進(jìn)行剖析，并給出相關(guān)建議，提出基于主機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況的可再生能源運(yùn)行效率評價(jià)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(xiàng)目進(jìn)行能效測評工作，并出具相關(guān)能效測評報(bào)告。

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

1 侯馬市可再生能源示范項(xiàng)目概況

侯馬市24個可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)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(xiàng)目基本情況

各示范項(xiàng)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(xiàng)目概況

熱泵技術(shù)類示范項(xiàng)目中，除格林花苑為一主機(jī)兩臺壓縮機(jī)外，其余項(xiàng)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(jī)。

太陽能光熱建筑一體化建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目中，利用太陽能熱水系統(tǒng)為該項(xiàng)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(xiàng)目申報(bào)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(xiàng)目測評導(dǎo)則》。其條文中，機(jī)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(jī)組的實(shí)測制冷/制熱性能系數(shù)應(yīng)滿足項(xiàng)目申報(bào)書和可研報(bào)告中的具體要求”；現(xiàn)實(shí)中項(xiàng)目申報(bào)書和可研報(bào)告的編制過程，人們一般以機(jī)組COP作為設(shè)備選型參考且進(jìn)一步計(jì)算能耗及節(jié)能率，而少于考慮系統(tǒng)整體運(yùn)作中負(fù)載變化細(xì)節(jié)，導(dǎo)致項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)作過程中，所測數(shù)值與項(xiàng)目申報(bào)書所報(bào)數(shù)值大相徑庭。

節(jié)能率作為可再生能源應(yīng)用項(xiàng)目的工程評價(jià)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(jī)組第1部分工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組與GBT 10870—2001容積式和離心式冷水(熱泵)機(jī)組性能試驗(yàn)方法中提出機(jī)組在各種負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)間的加權(quán)因數(shù)，地源熱泵機(jī)組全年運(yùn)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(fù)荷時(shí)的性能指標(biāo)COP，則機(jī)組系統(tǒng)全年能耗根據(jù)上述作進(jìn)修訂；而《可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目測評導(dǎo)則》中建筑全年累計(jì)冷熱負(fù)荷計(jì)算，冬季根據(jù)測試期間系統(tǒng)的實(shí)測熱負(fù)荷和室外氣象參數(shù)，采用度日法計(jì)算供暖季累計(jì)熱負(fù)荷，夏季根據(jù)溫頻法計(jì)算供冷季累計(jì)冷負(fù)荷，實(shí)際運(yùn)算中，利用熱負(fù)荷指標(biāo)×建筑面積得出供暖季累計(jì)熱負(fù)荷；進(jìn)一步根據(jù)實(shí)測的機(jī)組系統(tǒng)能效比COPS計(jì)算機(jī)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(shí)施的GB/T 50801—2013可再生能源建筑應(yīng)用工程評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，明確對可再生能源建筑應(yīng)用運(yùn)行評價(jià)給出一系列的規(guī)定。特別在其第六章節(jié)，在6.1評價(jià)指標(biāo)及6.3評價(jià)方法中，給出機(jī)組能效比COP及系統(tǒng)能效比COPS依據(jù)示范項(xiàng)目安裝機(jī)組容量確定評價(jià)閾值。

1.3 項(xiàng)目能效數(shù)據(jù)

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

表2 選取示范項(xiàng)目能效數(shù)據(jù)

根據(jù)使用記錄，選取典型日主機(jī)工況記錄，可得出地源熱泵系統(tǒng)COPS及機(jī)組COP考核指標(biāo)，選取項(xiàng)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(jì)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(xiàng)目合格。

1.4 數(shù)據(jù)偏差

在理論分析及實(shí)際運(yùn)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(shí)際狀態(tài)運(yùn)行參數(shù)，導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)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(jī)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(jìn)一步加強(qiáng)采暖季機(jī)組及系統(tǒng)實(shí)際工況下的分析。

2 侯馬市可再生能源示范典型項(xiàng)目存在問題及建議

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

2.1 地源熱泵機(jī)組主機(jī)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(xiàng)目建議主機(jī)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(jì)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(qiáng)用戶側(cè)循環(huán)水與熱泵主機(jī)換熱。

新城花園地源熱泵示范項(xiàng)目由于測試期入住率較低，負(fù)荷較低，導(dǎo)致系統(tǒng)COPS較低，且根據(jù)實(shí)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(shí)行階梯式供水。

2.2 地源熱泵機(jī)組主機(jī)出水溫差小

格林花苑地源熱泵示范項(xiàng)目熱源側(cè)宜小流量大溫差運(yùn)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(jī)加強(qiáng)換熱，實(shí)現(xiàn)大溫差運(yùn)行；同時(shí)，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(qiáng)單位管長的換熱能力(來源《鋼鐵手冊》6.6“水泵及風(fēng)機(jī)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(xiàng)目考慮分體式熱泵住戶單獨(dú)控制的特點(diǎn)，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(jī)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(jī)組主機(jī)間歇性啟停運(yùn)行

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

熱負(fù)荷室外設(shè)計(jì)溫度處于作息時(shí)間之外，且侯馬市冷負(fù)荷比熱負(fù)荷大，后果表現(xiàn)為冬季工況熱泵機(jī)組主機(jī)間歇性啟停運(yùn)行，其最好的解決方法就是當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)階段采用一用一備，備用熱泵主機(jī)根據(jù)冬季熱負(fù)荷計(jì)算且室外溫度采用8:00～18:00時(shí)段最低溫度。

鑒于熱泵主機(jī)間歇性啟停運(yùn)行，建議井水側(cè)大小型號水泵合理搭配，實(shí)行階梯式供水，以保證主機(jī)間歇性停開不同時(shí)段供暖需求。熱泵主機(jī)停機(jī)時(shí)，熱源側(cè)停止換熱，小泵運(yùn)行，保護(hù)主機(jī)過熱同時(shí)降低用水量。

鑒于熱泵主機(jī)頻繁啟停機(jī)對主機(jī)破壞程度較大，在滿足室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度情況下，建議分析壓縮機(jī)電機(jī)—水泵—負(fù)載匹配原理，改變電機(jī)的Y—Δ降壓啟動方式為變頻啟動方式，變頻器可同時(shí)改變輸出頻率與電壓，使電機(jī)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(xiàng)目運(yùn)行能效總結(jié)

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

1)以后可用多種方法分析機(jī)組及系統(tǒng)耗能量，最直觀的方法就是采用地源熱泵項(xiàng)目前，小區(qū)采用自備鍋爐的耗煤量由甲方運(yùn)行記錄分析；用地源熱泵項(xiàng)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(jī)組主機(jī)間歇性啟停運(yùn)行，其數(shù)據(jù)分析及處理還須再深入分析，因主機(jī)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(yùn)行主機(jī)COP=vpcΔtw/3 600，其中，Δtw為熱泵主機(jī)用戶側(cè)進(jìn)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(rèn)為Δtz/Δtl可認(rèn)為vpcΔtw/3 600。間歇性啟停運(yùn)行主機(jī)，熱源側(cè)提取能量時(shí)刻變化，假設(shè)循環(huán)側(cè)為恒流量，則用戶側(cè)進(jìn)出口溫差并不能反映Δtz/Δtl，因?yàn)橛脩魝?cè)水循環(huán)需要一定時(shí)間，則Δtw并不是理想的測量依據(jù)，須進(jìn)一步研究。

4 結(jié)語

通過對侯馬市可再生能源建筑示范項(xiàng)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(jià)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(shí)現(xiàn)再生能源系統(tǒng)運(yùn)行能效的優(yōu)化測試，為以后的可再生能源運(yùn)行效率評價(jià)工作提供了新思路。

[1] GB/T 19409—2003,水源熱泵機(jī)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(jià)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