04中深层地热源热泵供热示范项目实测与讨论魏庆芃

中深层地热源热泵供热示范项目实测与讨论魏庆芃邓杰文（博士研究生）2016.11目录▌系统简介▌示范项目实测结果▌可进一步提升的环节▌研究展望▌背景与意义CONTENTS1.1我国城镇建筑供暖能耗量大，供暖需求持续增长数据来源：中国建筑节能年度发展研究报告2016•2014年，建筑总商品能耗为8.19亿tce，占全国能源消费总量20%；•北方城镇供暖能耗是重要组成部分，占21.0%，共计1.84亿tce；3•北方城镇：2001到2014年，供暖面积增加了1.5倍；•夏热冬冷地区：越来越多的公建、居住小区需要供暖；•集中供暖区域：大中型锅炉、热电联产—燃烧效率高，清洁•市政热网难以到达的区域：分散式燃煤锅炉，小煤炉灶—燃烧效率低，污染严重，“雾霾”；太阳能、风能等清洁能源—受地质条件限制、不稳定；电能—直接电热不合理，热泵是正确选择注：本文中热泵均指电驱动热泵供暖需求：日益增长供暖能耗：总量大供暖方式：受环境条件制约4地源热泵应用面积鼓励政策2006年《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》2006年《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》2009年《上海市建筑节能项目专项扶持暂行办法》2013年《关于北京市进一步促进地热能开发及热泵系统利用的实施意见》2014年《青岛市加快清洁能源供热发展的若干政策》……1.2热泵发展应用历程悠久1.3热泵技术研究趋于成熟5已有研究设备热泵机组压缩机优化新工质循环流程空气源热泵除霜取热器取热过程模拟设计方法换热设备系统多热源复合与太阳能结合与蓄能结合系统集成运行效果能效模拟(主)实验工程实测可靠性低温环境长期运行环境影响温室气体排放地质环境影响评价方法能源转换效率㶲效率经济性热经济学1.水水热泵机组最高能效可达6，空气源热泵机组能效可达4以上。2.热泵技术是可再生能源利用与实现可持续发展的重要手段。1.42013年以来：持续对多种热泵供热系统进行运行实测研究6……1.5收集大量热泵供热系统设计资料、实测运行效果7……8实际运行能效良莠不齐实际运行成本偏高业主缴费520.0电费396.48中水费52.2差额71.4收费能源成本某污水源热泵采暖项目成本调研（单位：万元；面积：约20万平米）1.6尚未成功：应用效果与理论存在偏差部分系统运行面临能耗高，能效低，经济性不佳的问题宏观经济压力下，如何促进热泵行业良性发展，提升节能环保产业竞争力？[1]杨灵艳,徐伟,朱清宇,唐艳芬,李军,周涛,王建.寒冷地区地源热泵能效调研与节能量分析[J].暖通空调,2015,04:8-12.[2]中国制冷空调工业协会统计,20161.7小结：热泵系统相对复杂，运行效果受多方因素影响对于热泵系统，其关键在于寻找低温热源热泵类型优点不足空气源热泵体积小、安装灵活、输配损失少（王建民，2012）特别适合于广大农村（江亿，2016）受室外温度影响大（王建民，2012），除霜（张楠，2010）海水源热泵海水温度较空气高；水温波动小，机组运行稳定；腐蚀性；脏堵；取水点深度不够，水温低；受可利用条件限制（吴丹，2012）污水源热泵污水温度较高；节能环保、综合利用；（江亿，2005）受可利用条件限制土壤源热泵地下水式土壤温度全年基本稳定，冬季地下水温高系统性能受地下水水量、水温以及供水稳定性影响较大（张静波，2011）地埋管式不会对地下水系统造成影响，机组运行更加稳定；地埋管深度较浅，热源温度不高（ZhijianLiu，2015）•常规热泵系统，热源受气候条件、地理环境影响；•为了获得更加高温、更稳定的低温热源，最直接的方法：增加取热点深度—中深层地热92.1中深层地热供暖应用前景好，可稳健持续开发我国地热资源丰富，多用于发电，效率仍有较大提升空间深度在2km左右，土壤温度70~120℃的热源尚未充分利用：热源温度不足以发电，但供热应用前景好！10政策支持2013年1月10日，国家四部委联合下发《关于促进地热能开发利用的指导意见书》明确提出：加快中深层地热能在城市能源和供热、建设和改造规划中的综合利用。“一带一路，地热先行”——汪集旸院士（第五届中深层地热资源高效开发与利用会议）我国地热资源分布情况常用地热发电技术2.2研究思路合作研究：以工程实际问题出发，通过项目实测、理论分析以及模拟计算，对中深层地热源热泵供热技术进行评价与优化，论证其可行性与先进性。112014年以来，陕西相继建成多个中深层地热源热泵供热示范项目，投入使用•急需实测数据，客观评价系统运行性能•急需建立合理的评价指标体系，指导系统高效运行项目名称项目A项目B项目C项目D建筑功能住宅住宅住宅住宅建筑面积㎡20600435005600037800入住率％29436820实际供暖面积㎡600018700380007560供热末端形式辐射地板热泵装机功率kW1040198626002160取热孔个数23532.3中深层地热源热泵供热系统简介系统原理12•取热孔：深度2000m，获得高温热源水关键原因；•热泵机组：热源温度提升（根据供热末端不同，供水温度不同），满足建筑物供热需求；•水泵：定流量运行（未来具有进一步优化空间）建筑红线井盖位置测试时间段：1/1914:00-1/209:00（19h）平均室外气温：-0.5℃平均室内温度：23.1℃平均热负荷：54.5W/㎡热源效率：4.96；供热系统效率：3.913.1A项目热泵系统实测13制热量6212.4kWh_h热泵机组1061.2kWh_e热源侧水泵191.9kWh_e用户侧水泵336.3kWh_eCOP：5.85WTFs：32.4热源EER：4.96WTFl：18.5系统EER：3.91热源泵测试时间段：1/2211:00-1/239:00（22h）平均室外气温：-3.0℃平均室内温度：20.2℃平均热负荷：30.6W/㎡热源效率：4.35；供热系统效率：3.283.2B项目热泵系统实测14制热量7725.5kWh_h热泵机组1641.3kWh_e热源侧水泵136.4kWh_e用户侧水泵574.2kWh_eCOP：4.71WTFs：56.6热源EER：4.35WTFl：13.5系统EER：3.28测试时间段：1/2519:00-1/2619:00（24h）平均室外气温：-0.8℃平均室内温度：22.4℃平均热负荷：46.7W/㎡热源效率：3.98；供热系统效率：3.613.3C项目热泵系统实测15热源泵制热量42612.5kWh热泵机组9790.3kWh热源侧水泵919.7kWh用户侧水泵1080.0kWhCOP：4.35WTFs：46.3热源EER：3.98WTFl：39.5系统EER：3.61测试时间段：12/2000:00-12/2100:00（共24h）热源效率：4.27；供热系统效率：3.353.4D项目热泵系统实测（前后3次测试）164.1可进一步提升环节1：加强庭院管网保温•供暖季，项目A、C的单位面积供热量将近项目B的两倍；•典型问题：庭院管网漏热大，将近20%热量散失供暖季机组供热指标（GJ/(㎡·a)）174.2可进一步提升的环节2：末端管网水力平衡仍需精细调节以项目C为例各楼平均温差（设计值5K）•各支路楼间均有明显的温差差异；支路越长，温差差异越大；•经过调试后，各支路楼间水力失调整体得到改善，但最不利末端情况不佳，仍需精细调节184.3可进一步提升环节3：水泵输配能耗偏高•项目C输配能耗占总能耗17%，较为合理；•其余几个项目输配能耗都较高，具有节能潜力195.1研究展望1：建立系统模型输出参数•取热孔沿程水温分•土壤温度分布；•能效指标；•经济性指标。输入参数•用户侧耗热量；•用户侧流量；•热源侧流量；•运行时间。205.2研究展望2:入住率等影响下系统经济性与能源消耗量对比分析21高入住率（100%）下不同系统运行20年总费用高入住率（100%）下不同系统供暖季一次能源消耗情况当前入住率（30%）下不同系统运行20年总费用当前入住率（30%）下不同系统供暖季一次能源消耗情况5.3研究展望3:更宽广视野22中深层地热源热泵系统评价标尺；多级热泵串联，尽量拉低回灌水温；取热孔沿程温度、压力监测及信号传输—光纤光栅传感；对更多项目进行实测分析；t土壤，2000t水out，2000t水out，0t土壤，0∆𝑡1—评价取热管换热性能∆𝑡2—评价取热管效率t水in，0∆𝑡3—评价水泵输配性能∆𝑡4—评价地热使用情况谢谢大家