地源熱泵系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下能效分析及效益潛力評(píng)價(jià)研究

孔凡杜 邵銀川 鄒雙英 劉柱 劉啟民 馬亞弟 梁興光 李慶林

摘要： 為給地源熱泵系統(tǒng)管理和維護(hù)、淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用工程節(jié)能減排效果評(píng)價(jià)及淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的推廣提供依據(jù)，以山東省東昌府區(qū)婦幼保健院嘉明分院為例，利用監(jiān)測(cè)的地源熱泵系統(tǒng)能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)地源熱泵系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下能效進(jìn)行了分析，對(duì)效益潛力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該套系統(tǒng)機(jī)組、系統(tǒng)名義能效均達(dá)到了1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)其2022年制冷季能效監(jiān)測(cè)，該套系統(tǒng)機(jī)組、系統(tǒng)制冷能效比與系統(tǒng)負(fù)荷存在正相關(guān)關(guān)系，由于建筑物室內(nèi)用戶側(cè)使用率較低，系統(tǒng)負(fù)荷不高，實(shí)際的機(jī)組和系統(tǒng)制冷能效比較低，系統(tǒng)實(shí)際使用效益不佳。按照典型年采用溫頻法計(jì)算了系統(tǒng)的制冷季效益潛力，即制冷季常規(guī)能源代替量94403kgce，熱源價(jià)值84971元，節(jié)能的熱源價(jià)值制冷季一次能源節(jié)能率40.90%，供冷期二氧化碳減排量233175kg，二氧化硫減排量1888kg，粉塵減排量944kg。

關(guān)鍵詞： 淺層地?zé)崮?；地源熱泵系統(tǒng)；低負(fù)荷；效益潛力

中圖分類(lèi)號(hào)： P314 ????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ???doi：10.12128/j.issn.1672 6979.2023.03.007

引文格式： 孔凡杜，邵銀川，鄒雙英，等.地源熱泵系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下能效分析及效益潛力評(píng)價(jià)研究［J］.山東國(guó)土資源，2023，39（3）：44 50.KONG Fandu， SHAO Yinchuan， ZOU Shuangying， et al. Study on Energy Efficiency and Benefit Potential Evaluation of Ground Source Heat Pump System under Low Load Operation［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（3）：44 50.

0 引言

淺層地?zé)崮苁翘N(yùn)藏在地表以下一定深度范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的熱能［1］，主要采用地源熱泵技術(shù)，將蘊(yùn)藏在淺層地下的低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位熱能，既可以用于供熱又可以用于制冷，是一種清潔、節(jié)能、可持續(xù)利用的綠色能源［2］，利用前景廣闊［3 5］。開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮軐?duì)建設(shè)美麗中國(guó)具有非常重要的意義，是構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)、保障能源安全、改善現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)的重要措施［6 9］。

山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)在山東省聊城市東昌府區(qū)開(kāi)展了淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用示范工程建設(shè)項(xiàng)目，項(xiàng)目依托東昌府區(qū)婦幼保健院嘉明分院建設(shè) 工程，安裝精準(zhǔn)能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1套并開(kāi)展了制冷季（夏季）能效監(jiān)測(cè)工作。由于工程剛剛建成，建筑物用戶側(cè)使用率不高（目前僅為15%左右），工程的地源熱泵系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)中，淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用效益不佳，為了給地源熱泵系統(tǒng)管理和維護(hù)、淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用工程節(jié)能減排效果評(píng)價(jià)及淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的推廣提供依據(jù)，對(duì)地源熱泵系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下制冷季能效分析及效益潛力評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究。

1 區(qū)域背景條件

聊城市地處山東省西部，為黃河沖積平原，地勢(shì)平坦，自西南向東北傾斜，平均坡降約1/7500，海拔高度27.5～49.0m，屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有顯 著的季節(jié)變化和季風(fēng)氣候特征，屬半干旱大陸性氣候。聊城春季干旱多風(fēng)，回暖迅速，光照充足，太陽(yáng)輻射強(qiáng)；夏季高溫多雨，雨熱同季；秋季天高氣爽，氣溫下降快，太陽(yáng)輻射減弱。聊城市年平均氣溫為13.5℃，氣溫的季節(jié)變化明顯，冬季氣溫最低，1月最冷，平均氣溫為 1.8℃；夏季氣溫最高，7月最熱，平均氣溫為26.8℃。極端最高氣溫為41.8℃（2002年、2009年），極端最低氣溫為 22.3℃（1990年）。聊城地區(qū)制熱季（冬季）每年11月中旬至次年3月下旬，制冷季（夏季）6—9月。

２ 地源熱泵系統(tǒng)概況

2.1 工程概況

東昌府區(qū)婦幼保健院嘉明分院建設(shè)工程位于聊城市東昌府區(qū)閻寺街道鄧王村東北約500m處，建筑面積37729m2，擬服務(wù)面積27000m2，場(chǎng)地總面積23160m2，淺層地?zé)崮芸衫妹娣e12940m2。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷2742kW，熱負(fù)荷2779.8kW。

2.2 地源熱泵系統(tǒng)

該工程地源熱泵系統(tǒng)類(lèi)型為地埋管地源熱泵系統(tǒng)，系統(tǒng)包括室外系統(tǒng)和機(jī)房系統(tǒng)。室外系統(tǒng)設(shè)備主要為地埋管換熱器及其聯(lián)管，該工程共施工地埋管換熱鉆孔619個(gè)，單孔設(shè)計(jì)深度100m，實(shí)際總工程量61924.98m，孔徑150mm，換熱孔間距4m，分布于建筑物周邊（圖1）；地埋管采用單U型DN32PE100高密度聚乙烯管，地埋管總長(zhǎng)度約41800m。機(jī)房系統(tǒng)主要設(shè)備包括水源熱泵機(jī)組、循環(huán)水泵、定壓補(bǔ)水裝置、自動(dòng)軟化水裝置、軟化水箱和空調(diào)側(cè)分（集）水器等（表1）。

2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

本次安裝了水源熱泵機(jī)組精準(zhǔn)能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1套，組成的設(shè)備有：電磁流量計(jì)4臺(tái)、管道溫度傳感器4套、三相電度表12只、電流互感器36只、室內(nèi)溫度傳感器1套、設(shè)備防護(hù)箱2套、數(shù)字信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換器18個(gè)、壓力傳感器2個(gè)、采集傳輸終端2套、太陽(yáng)能室外溫度采集傳輸裝置1套及數(shù)據(jù)傳輸電纜300m。

本次能效監(jiān)測(cè)為自動(dòng)監(jiān)測(cè)，能效信息數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)管道溫度、壓力、流量、耗電量等傳感器定時(shí)采集數(shù)據(jù)，然后通過(guò)地溫?cái)?shù)據(jù)傳輸終端經(jīng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器。采集和傳輸頻率可在終端上設(shè)置，本次設(shè)置的監(jiān)測(cè)頻率為30min/次。

2.4 系統(tǒng)運(yùn)行情況

該工程地源熱泵系統(tǒng)制冷工況從2022年5月31日開(kāi)始，至2022年10月17日結(jié)束，累計(jì)運(yùn)行140d（7月17日后部分監(jiān)測(cè)設(shè)備故障，受疫情影響暫時(shí)無(wú)法前往檢修）。根據(jù)5月31日至7月17日系統(tǒng)制冷季負(fù)荷與氣溫動(dòng)態(tài)曲線圖（圖2）可以看出，初期由于醫(yī)院僅啟用了辦公樓部分辦公室，系統(tǒng)負(fù)荷較低。2022年6月10日起，醫(yī)院開(kāi)始搬遷工作，2022年6月19—29日，使用規(guī)模達(dá)到最大，建筑物室內(nèi)用戶側(cè)使用率幾乎達(dá)到了最大，同時(shí)由于氣溫的升高，地源熱泵系統(tǒng)開(kāi)始大規(guī)模使用，最大負(fù)荷達(dá)到916.21kW。隨著搬遷工作的結(jié)束，醫(yī)院內(nèi)僅有部分建筑投入使用，室內(nèi)用戶側(cè)使用率僅有15%左右，系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)了較大幅度的下降。之后系統(tǒng)負(fù)荷主要隨著氣溫的變化而變化。由此可見(jiàn)，影響地源熱泵系統(tǒng)負(fù)荷的因素主要為建筑使用率和氣溫，建筑使用率越高、氣溫越高，系統(tǒng)負(fù)荷越大，反之亦然。

由于該建筑工程機(jī)房電力系統(tǒng)故障，系統(tǒng)制熱期（冬季）未取得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本次僅對(duì)制冷季（夏季）系統(tǒng)效益進(jìn)行初步分析研究。

3 能效分析

3.1 機(jī)組能效

3.1.1 名義能效

本工程水源熱泵機(jī)組共3臺(tái)，機(jī)組額定制冷量775.6kW，制冷輸入功率118.7kW。水源熱泵機(jī)組制冷能效比、制熱性能系數(shù)按公式1～2計(jì)算［13］：

EER= Q Ni ?（式1）

COP= Q Ni ?（式2）

式中： EER —水源熱泵機(jī)組的制冷能效比；

COP —水源熱泵機(jī)組的制熱性能系數(shù)；

Q —機(jī)組的制冷（熱）量（kW）；

Ni —機(jī)組的制冷（熱）輸入功率（kW）。

通過(guò)以上公式計(jì)算，該工程水源熱泵機(jī)組名義制冷能效比為6.53，名義制熱性能系數(shù)為4.82。

水（地）源熱泵機(jī)組全年綜合性能系數(shù)就是水（地）源熱泵機(jī)組在名義制冷工況和名義制熱工況下滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的能效，與多個(gè)典型城市的辦公建筑按制冷、制熱時(shí)間比例進(jìn)行綜合加權(quán)得到全年性能系數(shù)［14 15］。按公式3計(jì)算水源熱泵機(jī)組全年綜合性能系數(shù)（ ACOP ）：

ACOP=0.56EER+0.44COP （式3）

按照表2的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水源熱泵機(jī)組進(jìn)行能效等級(jí)劃分。

通過(guò)計(jì)算該工程的水源熱泵機(jī)組的名義全年綜合性能系數(shù)（ACOP）為5.79，該工程單臺(tái)水源熱泵機(jī)組的名義制冷量（CC）775.6kW，因此該工程的水源熱泵機(jī)組名義能效等級(jí)為1級(jí)。

3.1.2 實(shí)際能效

根據(jù)2022年5月31日—7月16日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，機(jī)組的實(shí)際制冷能效比日平均值為3.91～10.13（圖3）。從圖中還可以看出，運(yùn)行的初期（2022年5月31日—6月11日）機(jī)組制冷能效比較高，平均7.57，且變化幅度較大，由于機(jī)組運(yùn)行尚未穩(wěn)定，其能效不具有代表性；6月12日—6月21日機(jī)組制冷能效比平均5.53，先有所減小之后逐漸升高，且變化幅度隨著機(jī)組使用時(shí)間逐漸減??；2022年6月22—29日，醫(yī)院開(kāi)始大規(guī)模搬遷工作，地源熱泵系統(tǒng)開(kāi)始大規(guī)模使用，機(jī)組制冷能效比有一定的提高，當(dāng)負(fù)荷增大至一定數(shù)值時(shí)（負(fù)荷約916kWh，負(fù)荷率約39%）機(jī)組制冷能效比再無(wú)明顯增加，平均6.26，與機(jī)組的名義制冷能效比6.53相差不大，說(shuō)明此時(shí)機(jī)組運(yùn)行達(dá)到了較好的狀態(tài)；之后隨著醫(yī)院搬遷工作的逐漸完成，系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷降低，機(jī)組制冷能效比也隨著降低，可見(jiàn)機(jī)組制冷能效比與負(fù)荷存在一定的正相關(guān)關(guān)系。由于系統(tǒng)負(fù)荷率［16］較低，機(jī)組能效總體不高，平均2.42。

3.2 系統(tǒng)能效

3.2.1 名義能效

該工程地源熱泵系統(tǒng)主要的能耗設(shè)備除了水源熱泵機(jī)組外，還有循環(huán)水泵和定壓補(bǔ)水裝置。其中循環(huán)水泵有8臺(tái)（空調(diào)側(cè)和地源側(cè)各4臺(tái)），6臺(tái)使用2臺(tái)備用，單臺(tái)水泵功率30kW；定壓補(bǔ)水裝置共2臺(tái)（空調(diào)側(cè)和地源側(cè)各1臺(tái)），每臺(tái)分別配備2臺(tái)補(bǔ)水泵，1臺(tái)使用1臺(tái)備用，單臺(tái)水泵功率空調(diào)側(cè)0.55kW，地源側(cè)0.75kW。地源熱泵系統(tǒng)制冷能效比、制熱性能系數(shù)按公式4—公式7計(jì)算：

EERSYS= QSC ∑Ni+∑Nj ?（式4）

COPSYS= QSH ∑Ni+∑Nj ?（式5）

QSC=∑ni=1qciΔTi （式6）

QSH=∑ni=1qhiΔTi （式7）

式中： EERSYS —地源熱泵系統(tǒng)的制冷能效比；

COPSYS —地源熱泵系統(tǒng)的制熱性能系數(shù)；

QSC —地源熱泵系統(tǒng)累計(jì)制冷量（kWh）；

QSH —地源熱泵系統(tǒng)累計(jì)制熱量（kWh）；

∑Ni —地源熱泵系統(tǒng)所有熱泵機(jī)組消耗的電量（kWh）；

∑Nj —地源熱泵系統(tǒng)其他設(shè)備消耗的電量（kWh）；

qci —地源熱泵系統(tǒng)第 i 時(shí)段制冷量（負(fù)荷）（kW）；

qhi —地源熱泵系統(tǒng)第 i 時(shí)段制熱量（負(fù)荷）（kW）；

ΔTi —第 i 時(shí)段持續(xù)時(shí)間（h）；

n —地源熱泵系統(tǒng)采集數(shù)組數(shù)。

通過(guò)計(jì)算，理論上該工程地源熱泵系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)制冷能效比（ EERSYS ）為4.33，系統(tǒng)制熱性能系數(shù)（ COPSYS ）為3.51。

按照表3對(duì)地源熱泵系統(tǒng)性能級(jí)別進(jìn)行劃分［13］，該工程地源熱泵系統(tǒng)性能級(jí)別夏季為1級(jí)，冬季為1級(jí)，綜合級(jí)別為1級(jí)。

3.2.2 實(shí)際能效

根據(jù)2022年5月31日—7月16日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的每日實(shí)際制冷能效比0.09～6.19，平均2.20（圖4）。已知系統(tǒng)的名義制冷能效比為4.33，可以看出系統(tǒng)的制冷能效比前期大部分時(shí)間低于其名義值，說(shuō)明系統(tǒng)早期運(yùn)行未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，造成系統(tǒng)制冷能效較低。從系統(tǒng)制冷能效曲線圖中可以看出，系統(tǒng)制冷能效比與系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)制冷能效比隨著系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷的增加而增加，當(dāng)負(fù)荷增大至一定數(shù)值時(shí)（負(fù)荷約916kWh，負(fù)荷率約39%）系統(tǒng)制冷能效比便不明顯增加，而是趨于穩(wěn)定，此時(shí)平均值為4.39，已達(dá)到夏季系統(tǒng)性能1級(jí)級(jí)別，并略大于系統(tǒng)名義制冷能效比，進(jìn)一步說(shuō)明系統(tǒng)制冷運(yùn)行狀態(tài)良好，并逐漸達(dá)到了最佳狀態(tài)并趨于穩(wěn)定。之后隨著系統(tǒng)負(fù)荷的降低，系統(tǒng)制冷能效比也隨之降低。

3.3 規(guī)律分析

通過(guò)以上能效分析可以看出，該套系統(tǒng)機(jī)組、系統(tǒng)制冷能效比與系統(tǒng)負(fù)荷存在正相關(guān)關(guān)系，可以采用建筑使用率最大的2022年6月19日—29日的監(jiān)測(cè)資料來(lái)研究二者的相關(guān)關(guān)系。首先以系統(tǒng)負(fù)荷為X軸、以系統(tǒng)能效比為Y軸將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制與直角坐標(biāo)系中，利用EXCEL趨勢(shì)線功能［17］，為各坐標(biāo)點(diǎn)添加趨勢(shì)線，通過(guò)對(duì)不同趨勢(shì)線類(lèi)型對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)數(shù)型的趨勢(shì)線擬合程度最高（R2=0.8137），最終得到擬合曲線公式8。

EERSYS=0.701 ln （qci）-0.1546 （式8）

4 效益潛力分析

4.1 實(shí)際效益

以常規(guī)能源代替量的熱源價(jià)值為指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)地源熱泵系統(tǒng)的制冷季經(jīng)濟(jì)效益。

制冷季常規(guī)能源代替量按公式9進(jìn)行計(jì)算：

Qsc=Qtc-Qrc （式9）

式中： Qsc —制冷季常規(guī)能源代替量（kgce）；

Qtc —制冷季傳統(tǒng)系統(tǒng)的總能耗（kgce）；

Qrc —制冷季地源熱泵系統(tǒng)的總能耗（kgce）。

系統(tǒng)相對(duì)于常規(guī)供冷方式的一次能源節(jié)能率按公式10計(jì)算：

ηc= Qsc Qtc ?（式10）

式中： ηc —制冷季一次能源節(jié)能率（%）；

對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)，傳統(tǒng)系統(tǒng)的總能耗 Qtc 可按公式11計(jì)算：

Qtc= DQc EERt ?（式11）

式中： QC —制冷季累計(jì)冷負(fù)荷（kWh）；

D —每度電折合所耗標(biāo)準(zhǔn)煤量（kgce/kWh）；

EERt —傳統(tǒng)制冷空調(diào)方式的系統(tǒng)能效比，可按表4確定，取2.8。

制冷季地源熱泵系統(tǒng)的總能耗 Qrc 可按公式12計(jì)算：

Qrc=DNC （式12）

式中： NC —制冷季地源熱泵系統(tǒng)累計(jì)耗電量（kWh）。

制冷季地源熱泵系統(tǒng)常規(guī)能源代替量的熱源價(jià)值按公式13：

Vc=P Qscq 3.6 ?（式13）

式中： Cs —地源熱泵系統(tǒng)的年節(jié)約費(fèi)用（元/年）；

P —常規(guī)能源的價(jià)格（元/kWh）；

q —標(biāo)準(zhǔn)煤熱值（MJ/kgce），取29.307MJ/kgce。

常規(guī)能源價(jià)格 P 按公式14計(jì)算：

P= Pr R ?（式14）

式中： Pr —當(dāng)?shù)孛旱膬r(jià)格（元/kg），取當(dāng)?shù)禺?dāng)前煤炭?jī)r(jià)格0.900元/kg；

R—煤的熱值（kWh/kg），取8.14kWh/kg；

地源熱泵系統(tǒng)的二氧化硫減排量應(yīng)按公式15計(jì)算：

QCO2=QsVCO2 （式15）

式中： QSO2 —二氧化碳減排量（kg/年）；

VCO2 —標(biāo)準(zhǔn)煤的二氧化碳排量因子，取2.47。

地源熱泵系統(tǒng)的二氧化硫減排量應(yīng)按公式16計(jì)算：

QSO2=QsVSO2 （式16）

式中： QCO2 —二氧化硫減排量（kg/年）；

VSO2 —標(biāo)準(zhǔn)煤的二氧化硫排量因子，取0.02。

地源熱泵系統(tǒng)的粉塵減排量應(yīng)按公式17計(jì)算：

Qfc=QsVfc （式17）

式中： Qfc —粉塵減排量（kg/年）；

Vfc —標(biāo)準(zhǔn)煤的粉塵排量因子，取0.02。

根據(jù)本次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，2022年5月31日—7月16日地源熱泵系統(tǒng)累計(jì)耗電量 NC 為107191kWh，累計(jì)冷負(fù)荷 QC 為281659kWh，每度電折合所耗標(biāo)準(zhǔn)煤量為0.32kgce/kWh，代入以上公式可以計(jì)算出制冷季常規(guī)能源代替量 Qsc 為 2111.52kgce。可見(jiàn)，系統(tǒng)實(shí)際的效益較差，總體上未能達(dá)到節(jié)能效果。

根據(jù)前文分析，該系統(tǒng)制冷能效比與系統(tǒng)負(fù)荷呈正相關(guān)的關(guān)系，由于在監(jiān)測(cè)期間大多時(shí)間室內(nèi)末端系統(tǒng)使用率較低，造成系統(tǒng)負(fù)荷較低，進(jìn)而使得系統(tǒng)制冷能效比降低。根據(jù)公式8可知，系統(tǒng)制冷能效比與系統(tǒng)耗電量呈反比，系統(tǒng)制冷能效比低，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)相對(duì)耗電量增加，從而降低了系統(tǒng)的節(jié)能效果。

4.2 系統(tǒng)效益潛力分析

地源熱泵系統(tǒng)效益潛力，即為在當(dāng)?shù)貧夂驐l件下，建筑物室內(nèi)用戶側(cè)全部使用時(shí)的地源熱泵系統(tǒng)最大可節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

對(duì)于一套地源熱泵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在當(dāng)?shù)貧夂驐l件下，當(dāng)?shù)刈罡邭鉁貢r(shí)系統(tǒng)冷負(fù)荷不得大于機(jī)組最大制冷量，以此為條件，采用溫頻法［18］來(lái)計(jì)算制冷季系統(tǒng)最大累計(jì)冷負(fù)荷。制冷季累計(jì)冷負(fù)荷按公式18計(jì)算：

QO= tN-tO tN-tE QE （式18）

式中： QO —室外溫度為 tO 時(shí)的建筑物冷負(fù)荷（kW）；

tN —建筑物夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度（℃）；

tO —建筑物夏季室外溫度（℃）；

tE —建筑物夏季室外監(jiān)測(cè)溫度（℃）；

QE —供室外溫度為 tE 時(shí)的建筑物冷負(fù)荷（kW）。

室外溫度按典型年數(shù)據(jù)選?。▍⒖肌吨袊?guó)建筑熱環(huán)境分析專(zhuān)用氣象數(shù)據(jù)集》），聊城市室外最高溫度37.2℃，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度24℃，對(duì)應(yīng)的建筑物冷負(fù)荷就是機(jī)組最大制冷量2326.8kW。根據(jù)公式求出每一溫頻下的冷負(fù)荷，再將冷負(fù)荷與對(duì)應(yīng)溫頻下的小時(shí)數(shù)相乘并累加即可算出制冷季累計(jì)冷負(fù)荷 QC 。不同冷負(fù)荷對(duì)于的系統(tǒng)制冷能效比參與公式8計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

通過(guò)計(jì)算，該系統(tǒng)典型年制冷季累計(jì)冷負(fù)荷為2019797.94kWh，系統(tǒng)累計(jì)能耗426348.1kWh。代入公式9～15，系統(tǒng)制冷季地源熱泵系統(tǒng)的總能耗136431kgce，制冷季傳統(tǒng)系統(tǒng)的總能耗230834kgce，制冷季常規(guī)能源代替量94403kgce，熱源價(jià)值84971元，節(jié)能的熱源價(jià)值制冷季一次能源節(jié)能率40.90%，供冷期二氧化碳減排量233175kg，二氧化硫減排量1888kg，粉塵減排量944kg。

5 討論

（1）由于建筑工程機(jī)房電力系統(tǒng)故障，系統(tǒng)制熱季（冬季）未取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本次僅對(duì)制冷季（夏季）系統(tǒng)效益進(jìn)行初步分析研究。對(duì)于系統(tǒng)供熱季的能效分析和效益潛力評(píng)價(jià)亦可采用本次方法開(kāi)展。

（2）本次工作對(duì)系統(tǒng)效益潛力的分析未考慮場(chǎng)地地下巖土體冷熱均衡問(wèn)題［19 20］，該工程已建立了場(chǎng)地地溫場(chǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，下一步根據(jù)其長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料，開(kāi)展場(chǎng)地地下巖土體冷熱動(dòng)態(tài)均衡狀態(tài)下系統(tǒng)能效及效益潛力的分析評(píng)價(jià)工作，為其淺層地?zé)崮艿目茖W(xué)高效利用提供依據(jù)。

6 結(jié)論

（1）該套系統(tǒng)機(jī)組名義制冷能效比為6.53，名義制熱性能系數(shù)為4.81，水源熱泵機(jī)組的全年綜合性能系數(shù)為5.78，機(jī)組能效等級(jí)為1級(jí)。系統(tǒng)名義制冷能效比為4.33，系統(tǒng)制熱性能系數(shù)為3.51，系統(tǒng)性能級(jí)別夏季為1級(jí)，冬季為1級(jí)，綜合級(jí)別為1級(jí)。

（2）該套系統(tǒng)機(jī)組、系統(tǒng)制冷能效比與系統(tǒng)負(fù)荷存在正相關(guān)關(guān)系。由于建筑物室內(nèi)用戶側(cè)使用率較低，系統(tǒng)負(fù)荷不高，實(shí)際機(jī)組和系統(tǒng)制冷能效比較低，系統(tǒng)實(shí)際制冷效果和效益不佳。

（3）按照典型年計(jì)算系統(tǒng)的效益潛力，即制冷季常規(guī)能源代替量94403 kgce，熱源價(jià)值84971元，節(jié)能的熱源價(jià)值制冷季一次能源節(jié)能率40.90%，供冷期二氧化碳減排量233175kg，二氧化硫減排量1888kg，粉塵減排量944kg。

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Study on Energy Efficiency and Benefit Potential Evaluation of ??Ground Source Heat Pump System under Low Load Operation

KONG Fandu， SHAO Yinchuan， ZOU Shuangying， LIU Zhu， LIU Qimin， MA Yadi， LIANG Xingguang， LI Qingling

（No.1 Exploration Brigade of Shandong Coalfield Geology Bureau，Research Center for Low Carbon Energy and Carbon Neutralization Engineering，Shandong Qingdao 266500， China）

Abstract： For shallow geothermal energy development and utilization projects with low utilization rate on the user side of buildings， the ground source heat pump system is in low-load operation， which is often not energy efficient and has poor benefits. In order to provide a basis for the management and maintenance of ground source heat pump system， the evaluation of energy saving and emission reduction effects of shallow geothermal energy development and utilization projects， and the promotion of shallow geothermal energy development and utilization， taking Jiaming branch hospital of Dongchangfu Maternal and Child Health Care Hospital as an example， the energy efficiency of ground source heat pump system under low load operation has been analyzed by using the monitored ground source heat pump system energy efficiency monitoring system， and the benefit potential has been evaluated. According to refrigeration season energy efficiency monitoring in 2022， the energy efficiency ratio of this system unit and system refrigeration has a positive correlation with the system load. Due to the low utilization rate of the indoor user side of the building， the system load is not high， the actual unit and system cooling energy efficiency is relatively low， and the actual use of the system is not good. In this paper， the cooling season benefit potential of the system has been calculated by using the temperature frequency method according to the typical year， that is， the conventional energy substitution amount in the cooling season is 94403kgce， the heat source value is 84971 yuan， the energy-saving heat source value is 40.90% in the primary energy saving rate in the cooling season， the carbon dioxide emission reduction is 233175kg， the sulfur dioxide emission reduction is 1888kg， and the dust emission reduction is 944kg.

Key words： Shallow geothermal energy; ground source heat pump system; low load; benefit potential