摘要：北京嘉和麗園住宅公寓樓的利用地下水源閉環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)向系統(tǒng)引入外部低溫?zé)嵩吹牡湫蛯?shí)例工程。為了對(duì)該空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況以及空調(diào)耗能情況進(jìn)行定量的、綜合評(píng)價(jià)分析，1）筆者對(duì)該系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行了實(shí)測(cè)調(diào)查，調(diào)查時(shí)間為2002年9月-2004年1月；2）根據(jù)實(shí)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)的分析，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的運(yùn)行、管理情況進(jìn)行了分析和綜合評(píng)述；3）提出了一套關(guān)于共用空調(diào)動(dòng)力設(shè)備和末端空調(diào)水源熱泵機(jī)組消費(fèi)電量的推算方法；4）根據(jù)所提出的推算方法，并結(jié)合實(shí)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)該公寓樓空調(diào)系統(tǒng)的能耗情況進(jìn)行了定量的分析和評(píng)估。
   

關(guān)鍵詞：實(shí)測(cè)調(diào)查 地下水源熱泵空調(diào) 推算方法 空調(diào)消費(fèi)電量

    以井水為低值熱源的水——水熱泵空調(diào)供暖（冷）系統(tǒng)，自20世紀(jì)90年代中期以后在我國(guó)發(fā)展十分迅速，北京地區(qū)也有了一些工程應(yīng)用實(shí)例。筆者對(duì)北京嘉和麗園住宅公寓樓的利用地下水源閉環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行了跟蹤實(shí)測(cè)調(diào)查，現(xiàn)將調(diào)查情況分述如下。

    1 工程概況

    北京嘉和麗園住宅公寓樓的利用地下水源閉環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)為中美節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境合作示范項(xiàng)目，于2000年12月投入試運(yùn)行，2001年7月正式運(yùn)行。該住宅公寓樓由三座（A座、B座、C座）塔式建筑構(gòu)成，地上最高32層，地下3層，占地14175㎡，總建筑面積87948.7㎡；公寓樓地面層以上為利用地下水源閉環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)、地下室為熱風(fēng)采暖系統(tǒng)；設(shè)計(jì)空調(diào)冷/熱負(fù)荷分別為64W/㎡和51.8W/㎡，空調(diào)面積約為70000㎡。

    1.1深井

    空調(diào)系統(tǒng)利用的地下水源取自建在建筑物周圍、深度約為170m的4眼井，井管徑為Φ500mm，井與井之間的距離約為120m；4眼井可開采水層累計(jì)深度約為50~160m，地下水位埋深約為18~20m，每眼井的設(shè)計(jì)出水流量約為200m3/h，每眼井分別配置了1臺(tái)額定電功率為45kW的深井水泵，作抽水泵用；井水設(shè)計(jì)出水溫度為12～14℃。本次調(diào)查深井水的含砂量為1/10000，深井水源系統(tǒng)的運(yùn)行模式為[1]：

    深井抽水→分水缸→調(diào)節(jié)水池→一次泵→板式熱交換器↖←←再利用←←↙↘→蓄水池→集水缸→深井回灌

    1.2地下水抽回灌溫度控制

    4眼井中2抽2回灌，以保證地下水系統(tǒng)的均衡，抽、回灌水井不定期的交替使用；回灌方式為自然回灌。井水通過板式熱交換器與水源熱泵環(huán)路進(jìn)行熱交換，提供冷源或熱源。板式熱交換器的井水側(cè)（簡(jiǎn)稱一次側(cè)）設(shè)置了3臺(tái)電功率為45kW的定流量泵（其中1臺(tái)為備用），水泵最大水流量為200m3/h，該泵同時(shí)負(fù)擔(dān)井水的回灌。夏季經(jīng)一次泵送入板式熱交換器的井水設(shè)計(jì)溫度為14℃，板式熱交換器井水側(cè)的設(shè)計(jì)溫升為10℃,當(dāng)蓄水池溫度大于28℃時(shí)回灌；冬季經(jīng)變頻泵送入板式熱交換器的井水設(shè)計(jì)溫度為14℃，板式熱交換器井水側(cè)的設(shè)計(jì)溫降為6℃，換熱后井水溫降至8℃再進(jìn)行回灌；若井水溫度低于設(shè)計(jì)溫度，則投入備用鍋爐對(duì)井水進(jìn)行輔助加熱，圖1為利用地下水源閉環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理圖。

    熱交換器后的水溫t2出大部分時(shí)段在11℃左右波動(dòng)，二次側(cè)環(huán)路水溫度的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)（11-9℃）比設(shè)計(jì)參數(shù)（12-6℃）要小。另外，根據(jù)2003年6月1日~8月31日的調(diào)查數(shù)據(jù)記錄，進(jìn)入板式熱交換器前的水溫t2進(jìn)大部分時(shí)段在27~28℃間波動(dòng)，經(jīng)板式熱交換器后的水溫t2出大部分時(shí)段在25℃左右波動(dòng)，二次側(cè)環(huán)路水溫度的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)（28-25℃）比設(shè)計(jì)參數(shù)（32-18℃）要小。

    根據(jù)原有設(shè)計(jì)，二次側(cè)的4臺(tái)循環(huán)水泵為定流量泵，且24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，每臺(tái)水泵額定功率為30kW，各用戶末端的水源熱泵機(jī)組的水側(cè)管路上設(shè)有電磁閥、平衡閥。但由于水源熱泵機(jī)組有最小結(jié)冰流量要求，另外在管路上也沒有設(shè)置與熱泵機(jī)組連鎖的流量開關(guān)，故在實(shí)際施工安裝中將電磁閥取消了。因此，無論末端水源熱泵機(jī)組開啟臺(tái)數(shù)的多少，二次側(cè)循環(huán)水系統(tǒng)的4臺(tái)循環(huán)泵總是在全天候的滿負(fù)荷運(yùn)行?？梢哉J(rèn)為這是導(dǎo)致二次側(cè)水溫差⊿t2過低的重要原因之一。

    另外，根據(jù)冬季運(yùn)行紀(jì)錄，二次側(cè)進(jìn)出水溫度有偏離控制溫度范圍的情況，這可能與一次泵加減載設(shè)定條件不合理有關(guān)。

    1.3 空調(diào)水系統(tǒng)

    圖2為板式熱交換器的循環(huán)水側(cè)（簡(jiǎn)稱二次側(cè)）空調(diào)水系統(tǒng)原理圖。水系統(tǒng)采用雙管異程系統(tǒng)，并以第16層為界豎向分為高、低區(qū)；高、低區(qū)設(shè)計(jì)水流量均為360m3/h（后實(shí)際運(yùn)行改為400m3/h）。各個(gè)水源熱泵機(jī)組相互并聯(lián)，組成封閉的雙管回路系統(tǒng)，通過板式熱交換器與地下水進(jìn)行熱交換。在二次側(cè)的高、低區(qū)分別設(shè)置了3臺(tái)定流量循環(huán)泵（其中1臺(tái)為備用），其額定電功率為30kW/臺(tái)，循環(huán)泵24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)定壓方式均采用變頻泵補(bǔ)水定壓。

    1.4 末端裝置

    公寓住宅均采用TRANE公司生產(chǎn)的戶式水源熱泵機(jī)組，每戶視空調(diào)面積的大小分設(shè)1～2臺(tái)熱泵機(jī)組，獨(dú)立控制。水環(huán)路將小型的水——空氣熱泵機(jī)組并聯(lián)在一起，環(huán)路水溫度為：夏季18-32℃，冬季12-6℃；全空氣系統(tǒng)，無組織進(jìn)新風(fēng)；為保證居住房間噪音的要求，風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速保持在4m/s以下，風(fēng)口出風(fēng)速在2.5m/s以下；在水源熱泵機(jī)組的回水管上分別設(shè)置了手動(dòng)平衡閥和電磁閥，電磁閥與熱泵機(jī)組聯(lián)鎖，每臺(tái)熱泵機(jī)組均自帶溫控器，當(dāng)進(jìn)回水溫差小于設(shè)定值時(shí)，電磁閥自動(dòng)斷開。

    2 調(diào)查內(nèi)容及數(shù)據(jù)的采集

    本次調(diào)查時(shí)間為2002年9月—2004年1月，調(diào)查內(nèi)容包括板式熱交換器一次側(cè)（井水側(cè)）進(jìn)/出水溫度t1進(jìn)/t1出；板式熱交換器二次側(cè)（空調(diào)水系統(tǒng)側(cè)）進(jìn)/出水溫度t2進(jìn)/t2出；深井水泵、板式熱交換器一次側(cè)水泵、板式熱交換器二次側(cè)循環(huán)水泵等水泵的運(yùn)行狀況記錄及其水流量、每套公寓每天的消費(fèi)電量。另外，為了解住宅建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境狀況，重點(diǎn)對(duì)C座某復(fù)式結(jié)構(gòu)房間的2臺(tái)熱泵機(jī)組水側(cè)的進(jìn)/出水溫度、水流量、空氣側(cè)的送/回風(fēng)溫度、送風(fēng)量以及室內(nèi)各房間的送/回風(fēng)溫度等進(jìn)行了調(diào)查。

    1）用電量記錄。物業(yè)管理部門有每天的人工抄電表記錄，涉及到空調(diào)部分的用電量記錄有二部分：一部分是動(dòng)力用電記錄，它包括電梯、非空調(diào)用水泵及其它動(dòng)力用電設(shè)備、地下水源用深井水泵、一次側(cè)水泵和二次側(cè)空調(diào)用循環(huán)水泵等設(shè)備的消費(fèi)電量記錄；另一部分是每個(gè)住戶每天的總用電量記錄（由每戶的電表直接讀?。?，它包括每個(gè)住戶照明、各種家電設(shè)備、個(gè)人電腦、通風(fēng)換氣設(shè)備、水源熱泵機(jī)組等在內(nèi)的消費(fèi)總電量記錄，物業(yè)管理部門根據(jù)這一記錄收取住戶的電費(fèi)。

    2）系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄。系統(tǒng)中各測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄，采用了TRANE公司開發(fā)的智能建筑自控軟件TRACERSUMMIT5.01對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行即時(shí)記錄。該軟件可以根據(jù)物業(yè)管理部門設(shè)定的時(shí)間間隔，定時(shí)收集各檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)資料，并能顯示、記錄及管理，這些檢測(cè)的數(shù)據(jù)包括板式熱交換器一次側(cè)進(jìn)/出水溫度、二次側(cè)進(jìn)/出水溫度、室外氣溫、深井泵、一次泵、二次循環(huán)泵的開停情況、故障報(bào)警等；并以彩色圖象配合檢測(cè)點(diǎn)的即時(shí)數(shù)據(jù)顯示，控制打印機(jī)打出定時(shí)報(bào)告及故障報(bào)告；同時(shí)還可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，將系統(tǒng)或和單機(jī)設(shè)備的運(yùn)行模式編成時(shí)間自控，本次調(diào)查數(shù)據(jù)的采樣記錄是按每15分鐘更新一次數(shù)據(jù)設(shè)置的。在數(shù)據(jù)處理過程中，對(duì)一些記錄明顯有誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行了剔除。