湖水源热泵系统低温工况阶段能耗分析

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736—2012)的规定,青岛地区采取了节能措施的民用住宅建筑供暖设计热负荷为Q′d＝45W/m2,以此作为冬季供暖最不利工况下单位设计热负荷,青岛地区冬季供暖室外设计温度为t′w＝－5℃,室内设计温度为tn＝18℃。针对同一建筑单体,可将公式(8-13)简化为

图8-11　供暖季室外设计温度折线图

为了确定供暖期内阶段供热负荷的波动情况,采用近似计算的方法,tlp取当日最低温度,tp·min取日平均温度,根据公式(8-14)计算每天的室外设计温度,由图8-11所示,并根据公式(8-25)计算每天供热负荷,取算术平均值作为阶段平均热负荷,可得第一阶段(共46天)平均设计热负荷Q′i1＝31W/m2,第二阶段(共59天)平均设计热负荷Q′i2＝34W/m2,第三阶段(共36天)平均设计热负荷Q′i3＝24W/m2。

上述能耗计算数据整理如表8-1所示。

表8-1　青岛某湖水源热泵系统阶段系统参数

以青岛地区某10000m2民用住宅建筑为例,对湖水源热泵系统进行整个采暖季的系统能耗分析。

1.第一阶段系统能耗分析

根据表8-1可知,第一阶段系统供暖单位设计热负荷为Q′i1＝31W/m2,总供暖热负荷为

Qi1＝31W/m2×10000m2＝310kW

系统COP＝3.91,可得热泵机组运行输入功率为

机组从湖水中的取热量为

Qh1＝Qi1－W＝230.7kW

末端循环水泵流量为

中介水循环水泵流量为

湖水提升水泵流量为

上述三组循环水泵的扬程分别取30m,20m,25m,水泵的流量扬程均已知,可得水泵实际运行功率分别为7.2kW,4.5kW,5.5kW,则总耗电功率为96.5kW,系统运行效率COP＝3.2。

系统运行能耗可采用公式

式中　Ii——系统消耗的电能,单位kW·h;

　σ——时间系数;

　ni——系统运行天数;

　Wi——系统各设备的运行输入功率,单位为kW。

将所得数据代入公式(8-26)可得系统中主要用电设备的阶段能耗水平,计算结果如表8-2所示。

表8-2　湖水源热泵系统第一阶段系统能耗分析

2.第二阶段系统能耗分析

根据表8-1可知,第二阶段系统供暖单位设计热负荷为Q′i2＝34W/m2,总供暖热负荷为

Qi2＝34W/m2×10000m2＝340kW

系统COP＝3.62,可得热泵机组运行输入功率为

机组从湖水中的取热量为

Qh2＝Qi2－W＝246kW

末端循环水泵流量为

中介水循环水泵流量为

湖水提升水泵流量为

上述三组循环水泵的扬程分别取30m,20m,25m,水泵的流量扬程均已知,可得水泵运行功率分别为8kW,5kW,8kW,则总耗电功率为115kW,系统运行效率COP＝3.0。

将所得数据代入公式(8-26)可得系统中主要用电设备的阶段能耗水平,计算结果如表8-3所示。

表8-3　湖水源热泵系统第二阶段系统能耗分析

3.第三阶段系统能耗分析

根据表8-1可知,第一阶段系统供暖单位设计热负荷为Q′i3＝24W/m2,总供暖热负荷为

Qi3＝24W/m2×10000m2＝240kW

系统COP＝3.83,可得热泵机组运行输入功率为

机组从湖水中的取热量为

末端循环水泵流量为

中介水循环水泵流量为

湖水提升水泵流量为

上述三组循环水泵的扬程分别取30m,20m,25m,水泵的流量扬程均已知,可得水泵运行功率分别为5.5kW,3.5kW,4.5kW,则总耗电功率为76.5kW,系统运行效率COP＝3.1。

将所得数据代入公式(8-12)可得系统中主要用电设备的阶段能耗水平,计算结果如表8-4所示。

表8-4　湖水源热泵系统第三阶段系统能耗分析

4.低温湖水源热泵系统阶段运行能耗总结

通过将整个供暖季共141天分为供暖初期、供暖最不利工况运行时期、供暖末期三个阶段,并对各阶段系统的运行能耗进行研究,可发现当确定室内温度固定时,系统运行效率及能耗只与室外大气温度、湖水温度有关,所得数据如表8-5所示。

表8-5　湖水源热泵系统阶段运行能耗总析

注:表中数据系统为根据当年实测数据计算而得,实际情况可能随每年实测数据而异,但波动不会很大,具有参考价值。

由表8-5中数据可知,整个供暖季系统实际平均热负荷为30.5W/m2,系统设计热负荷为45W/m2,可得平均负荷系数为0.68,与经验平均负荷系数0.67相符。系统效率较机组效率降低了15%～20%,系统输送能耗占总能耗的15%～20%。