重慶綠色建筑協(xié)會副秘書長丁勇
在陸特能源·2014第六屆中國地源熱泵行業(yè)高層論壇上發(fā)言
丁勇：各位同仁大家下午好。
這次主辦方給了我一個題目，就是夏熱冬冷地區(qū)建筑熱環(huán)境特性與地源熱泵的應(yīng)用。地源熱泵在重慶這個地區(qū)實際上我們的土壤源熱泵這一二兩做得比較少，主要涉及到一個投資的費用在里面，地表水做得相對比較多一點。我今天主要是把熱環(huán)境和我們前期做的一些，土壤源熱泵的一些運行特點，做了一些總結(jié)，跟大家一些來分享一下其中的一些關(guān)鍵問題。大概是這樣一個部分的內(nèi)容，一個是我們熱環(huán)境的特性，我們土壤源熱泵運行的特點，然后是對我們?nèi)谂瘧?yīng)用的思考。
這次主辦方給了我一個題目，就是夏熱冬冷地區(qū)建筑熱環(huán)境特性與地源熱泵的應(yīng)用。地源熱泵在重慶這個地區(qū)實際上我們的土壤源熱泵這一二兩做得比較少，主要涉及到一個投資的費用在里面，地表水做得相對比較多一點。我今天主要是把熱環(huán)境和我們前期做的一些，土壤源熱泵的一些運行特點，做了一些總結(jié)，跟大家一些來分享一下其中的一些關(guān)鍵問題。大概是這樣一個部分的內(nèi)容，一個是我們熱環(huán)境的特性，我們土壤源熱泵運行的特點，然后是對我們?nèi)谂瘧?yīng)用的思考。
首先是我們的一個熱環(huán)境的分析，大的一個來說一個是我們的政策，還有一個是我們的輿論的背景，都對南方地區(qū)的采暖提出了比較關(guān)注的議題，并且現(xiàn)在明確是這個地方應(yīng)該采暖，但是怎么來采暖，這個問題，很多人都在做相應(yīng)的研究工作。當(dāng)然這里是以重慶為例，那么從全年的氣候的分布上面，我們可以看得到它的室內(nèi)室外的溫度特點，夏季我們這里不去說它，我們今天主要討論冬季。
從冬季來看，整個溫度不是太低，室外的溫度不太低，5度左右的溫度，甚至有的時候是達(dá)到十幾度。零度以下的氣溫，在重慶的主城區(qū)基本上沒有，但是在周邊的地區(qū)也存在，但是基本上是在這樣的范圍。我統(tǒng)計了一下，這個地區(qū)冬季的溫度不是特別低，但是氣溫低于5度的情況至少是三分之一，這是我們住建部提出的供暖的分界點，這是一個氣溫。
從冬季來看，整個溫度不是太低，室外的溫度不太低，5度左右的溫度，甚至有的時候是達(dá)到十幾度。零度以下的氣溫，在重慶的主城區(qū)基本上沒有，但是在周邊的地區(qū)也存在，但是基本上是在這樣的范圍。我統(tǒng)計了一下，這個地區(qū)冬季的溫度不是特別低，但是氣溫低于5度的情況至少是三分之一，這是我們住建部提出的供暖的分界點，這是一個氣溫。
對比一下重慶、哈爾濱、北京這個氣候帶的三個典型的城市，可以看到它的溫度的分布，從寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)的分布來說，室外的溫度的波動是比較大的，重慶的溫度波動較小，這是一個平均溫度的分布情況。從室內(nèi)溫度來看，由于北方有采暖的措施，因為它的室內(nèi)的溫度響應(yīng)比較高，并且波動比較小，在重慶地區(qū)由于沒有這樣的供暖措施，從平均溫度來，一月份的平均溫度就是10度左右的這樣的溫度，這種溫度對于在室內(nèi)來說，是偏離我們的舒適區(qū)的，這是溫度的特點。那么室內(nèi)外的溫差，從前面我們再總結(jié)一下，可以看到溫差的情況，北方地區(qū)溫差是比較大的，那么它的溫差最大是達(dá)到了30度的情況，就是室內(nèi)跟室外的溫度。
那么在重慶地區(qū)，在非采暖的季節(jié)里面，室內(nèi)的溫度最低大概是6度左右，就是跟室外是差不多，這個溫度實際上對于我們舒適區(qū)里面的提升溫度來說，實際上大概只有16度。如果這個地區(qū)要采暖，那么它的負(fù)荷量是比較小的。同時從我們采暖度數(shù)也可以看到，重慶地區(qū)跟北方地區(qū)的采暖來看的話，度日數(shù)是比較明顯的，這是有非常巨大差別的特點。因此，在這個地區(qū)我們也可以總結(jié)一下，一個是我們的采暖的一個度日數(shù)，和采暖的時間比較短，因此采暖的需求是明顯要小于北方的城市，當(dāng)然我們前面波到它是有采暖需求的情況。那么根據(jù)這樣的情況來看，就是具體的特點，這個是基本上大家普遍達(dá)成一致的，就是這個地區(qū)的采暖不宜采用北方大量的集中的供暖的模式，而應(yīng)該是根據(jù)這個地區(qū)的特點，強度下，溫差下，采用間歇供暖的模式，這是對于我們相應(yīng)的環(huán)境特點分析出來的。
那么在這樣一個采暖的需求的情況下面，我們針對我們土壤的原則的情況來，一方面它的熱源，相應(yīng)的它的穩(wěn)定性是比較好的，比較提供一個比較良好的熱源形式，并且整個系統(tǒng)的運行形式比較穩(wěn)定。土壤源熱泵也會給我們的土地的運行帶來提升。我們熱泵系統(tǒng)的運行可以看得出來這是我們實測的一個數(shù)據(jù)，幾天的一個數(shù)據(jù)，從開始到運行一天當(dāng)中的數(shù)據(jù)，可以看得出來換熱的特點，土壤的溫度的變化是非常有特點的。開始的時間換熱能力是比較高的，隨著時間的推進(jìn)，它的換熱性能在逐漸地降低，從開始的70幾到最后的60幾的程度。那么采用這種白天運行，晚上間歇的模式，我們可以看得到，這是我們5天的數(shù)據(jù)把它統(tǒng)計出來。
從這個里面可以看得到，由于運行的形式，雖然它總體上是降低了，但是實際上從一周來看，它相應(yīng)的數(shù)據(jù)的差別并不是非常的明顯，也就是說我們間歇的運行基本上可以讓我們地下?lián)Q熱器的換熱能力恢復(fù)到我們前一日的平均的水平的情況，這是我們間歇式可以看得出來它的一個特點。采用間歇運行的形式，我們對一些數(shù)據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)的整理，經(jīng)過約夜間14個小時間歇運行，我們恢復(fù)的情況可以得到一定的提升，但是從整體的情況來看，它的我們的巖土仍然是處于溫度的上升，它的換熱效果會有一個相對的降低。
我們采用不同的間歇的模式，做了一些測試，那么可以看到，在不同的運行模式下面，土壤的換熱恢復(fù)有不同，恢復(fù)的程度不同。換熱的恢復(fù)的平均的強度可以達(dá)到30%左右的力度，這是我們采用間歇運行的策略來測試的我們地下土壤的換熱能力的恢復(fù)。我們可以看到，在這樣的間歇的策略下面，我們白天不同的策略我們可以看到它的平均和連續(xù)運行的差值，這個差值還是比較明顯，對于我們整個性能的提升，對于大型系統(tǒng)來說的話，這個比例還可能會有進(jìn)一步的提升。并且我們看出來它的分段的間歇運行與長時間的間歇運行的效果更好，這個就給我們系統(tǒng)的運行的策略以及我們性能的設(shè)計上面提供了思考，這個是我們結(jié)合到具體的項目，我們在重慶前兩年做了一些地源熱泵的項目，我們在做后期評估的時候?qū)嶋H測出的這樣的效果。
再來看一下我們的地源熱泵運用于夏熱冬冷地區(qū)的優(yōu)勢，首先是我們底層的溫度，我們一般認(rèn)為土壤的運行的溫度是在20度左右的范圍，這是比較穩(wěn)定的，空氣熱泵提供的熱源的能力與氣候是呈交叉的形式，在實際的運行中存在很多的問題，比如說除霜。再加上夏熱冬冷地區(qū)，南方地區(qū)比較潮濕，出霜會更嚴(yán)重，會給我們的應(yīng)用帶來相應(yīng)的不足。那么相對來說地源熱泵就比較穩(wěn)定，這是它的特點。
這也是一個項目的冬季測試，它的機組的平均效能達(dá)到了4.6，從測試的數(shù)據(jù)可以看得出來，它是基本上間歇運行的效果是比較好的，這個系統(tǒng)我們后期看了它的自控的策略做得比較好，跟我們機組跟水泵，跟系統(tǒng)的分區(qū)這一塊都做了相應(yīng)的控制，我們可以看得出來它在效率上是比較高的，其他的測出來是比較低的，這里就不說其他的，就是我們的設(shè)計上面確實存在很大的問題。那么相應(yīng)對于我們空氣源熱泵，存在一定的現(xiàn)值，重慶地區(qū)的冬季的運行環(huán)境應(yīng)該是比較好的，所以我們在重慶做熱水、鍋爐，我們是在大力地在推，重慶的條件對熱泵的運用是比較好的環(huán)境，那么及時在這樣的環(huán)境下，空氣源的熱泵效率也只有3到3.5左右，所以地源熱泵確實可以給我們帶來一個比較高的能效。
另外一方面，這個冬夏土壤平衡，這個是對于南方地區(qū)做地源熱泵的比較大的一個問題，大量是夏季運用，那么夏季往土壤里面排熱，土壤的溫度會持續(xù)地升高，這個也是我們在實驗室里面測出來的，土壤的溫度確實存在偏高的情況。針對于如果說能夠很好地把這個冬季的這個熱利用這個問題把它結(jié)合起來，對于我們夏熱冬冷地區(qū)的熱平衡的一個實現(xiàn)，這是一個比較好的一個途徑和一個方法，當(dāng)然這個要根據(jù)我們建筑的具體的冷熱需求情況。左邊這個圖是我們看到的冬夏的溫度，意思是表示我們冬夏都有需要，以前我們往往是看夏季的情況。右邊這兩個圖表示是我們冬季和夏季在系統(tǒng)運行之后，土壤的恢復(fù)情況，如果能將系統(tǒng)比較好地進(jìn)行匹配，我們可以看到我們土壤的溫度是基本上可以恢復(fù)到我們初始的20度左右的情況，這個對我們土壤源熱供系統(tǒng)合理長期的運行，這是一個非常關(guān)鍵的因素，所以我們的平衡問題是需要考慮的，要結(jié)合到我們的負(fù)荷進(jìn)行考慮。當(dāng)然重慶有些地區(qū)是用了土壤源熱泵的系統(tǒng)，這個也是從我們平衡的角度來考慮的。
那么另外一塊就已經(jīng)說過的除霜的問題，在重慶地區(qū)肯定是會結(jié)霜的，我們一般的家用空調(diào)都能很明顯地感受到。那么這個同樣也是統(tǒng)計一月份我們測的室外的溫度，可以看得出來這個室外溫度在5度左右的這樣的一個范圍里面，2到6度這樣的一個范圍里面進(jìn)行大量的波動，可以看得出來結(jié)霜是肯定存在，并且相應(yīng)的頻率會非常的高，尤其是一些大的系統(tǒng)的這樣的一個情況。那么相應(yīng)的，地源熱泵在這這塊有它獨特的優(yōu)勢，這也是我們的提到的大的問題，我們的供暖的狀態(tài)比較穩(wěn)定，這是它的特點。這是它的能耗，相應(yīng)的效率它是比較高的，由于我們沿途的這樣的一個蓄熱的這樣的一個性能，可以給我們提供一下比較低的溫度和較高的蒸發(fā)溫度，它的效率高，能耗相對低，這是我們地源熱泵的特點。
相應(yīng)的環(huán)境效益這塊也是跟我們工期源熱泵相比較，主要是沒有室外的噪聲和排熱的問題。曾經(jīng)在我們修編的過程中就有一個內(nèi)容，把地源熱泵作為我們熱導(dǎo)的一個措施，雖然沒有列進(jìn)來，但是它對我們的排熱確實它是有一定的貢獻(xiàn)。那么當(dāng)然還有一些其他的一些優(yōu)勢，這次我們就不去說了。
那么最后再簡單地說一下我們系統(tǒng)的應(yīng)用的要點，談兩個問題，一個是負(fù)荷能源的特點，一個是我們運行的策略。我們覺得在地源熱泵的系統(tǒng)的過程里面，應(yīng)該來說，它要有一個詳細(xì)的動態(tài)負(fù)荷計算，我們現(xiàn)在都有負(fù)荷計算書，但是針對全年的動態(tài)負(fù)荷計算，一般還是要做模擬分析才弄做到。這個系統(tǒng)要正常地運行，跟我們?nèi)萘康脑O(shè)置以及相應(yīng)的它的匹配是密不可分的，你的輔助的系統(tǒng)怎么設(shè)，你的埋管的容量怎么設(shè)，這個是密切相關(guān)的，冬夏要進(jìn)行匹配。與之相連的就是我們的調(diào)控策略，我們應(yīng)該要求我們的負(fù)荷盡可能地詳細(xì)，盡可能就是我們把它做得比較準(zhǔn)確。
那么我們在做相應(yīng)的公共建筑節(jié)能改造調(diào)研的過程當(dāng)中，我們分析了大量的數(shù)據(jù)，也看出來了，我們現(xiàn)在的相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)里面給出了一些運行的狀態(tài)，實際上那些狀態(tài)跟我們現(xiàn)在的運行狀態(tài)是有較大的差異。所以說，如果說一個設(shè)計人員沒有經(jīng)過詳細(xì)的負(fù)荷的分析，單純地就是依靠經(jīng)驗就把這個策略做出來了，這個是偏離我們的建筑的特性的，所以把這個負(fù)荷計算，我個人認(rèn)為是在做計算的時候是非常關(guān)鍵的問題。另外就是調(diào)控這塊，這里提出兩個關(guān)鍵，一個是我們地埋管系統(tǒng)的分區(qū)的運行，我們現(xiàn)在也有分區(qū)，但是這個分區(qū)是平均分區(qū)，這個分區(qū)跟我們的負(fù)荷是不是匹配？
因為我們設(shè)計到運行的狀態(tài)過程當(dāng)中，分區(qū)的運行便于我們停止運行的換熱器有一個恢復(fù)能力，我們剛才講了對土壤的恢復(fù)是有比較明顯的效果。那么怎么樣根據(jù)我們負(fù)荷的變化設(shè)置我們的分區(qū)，讓它得到最大的換熱性能的恢復(fù)，這就跟我們前面的負(fù)荷計算相關(guān)聯(lián)，因為我個人建議，我們應(yīng)該按照負(fù)荷這樣的分布來進(jìn)行分區(qū)。這就給我們提出了一個專業(yè)的問題，不是一般的人都能控制，它必須要有一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂频倪壿嫷捻樞?，所以策略里面就是一個間歇運行的控制調(diào)節(jié)，來給我們的整個系統(tǒng)提供一個比較高的這樣的一個效果。
謝謝大家！
那么我們在做相應(yīng)的公共建筑節(jié)能改造調(diào)研的過程當(dāng)中，我們分析了大量的數(shù)據(jù)，也看出來了，我們現(xiàn)在的相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)里面給出了一些運行的狀態(tài)，實際上那些狀態(tài)跟我們現(xiàn)在的運行狀態(tài)是有較大的差異。所以說，如果說一個設(shè)計人員沒有經(jīng)過詳細(xì)的負(fù)荷的分析，單純地就是依靠經(jīng)驗就把這個策略做出來了，這個是偏離我們的建筑的特性的，所以把這個負(fù)荷計算，我個人認(rèn)為是在做計算的時候是非常關(guān)鍵的問題。另外就是調(diào)控這塊，這里提出兩個關(guān)鍵，一個是我們地埋管系統(tǒng)的分區(qū)的運行，我們現(xiàn)在也有分區(qū)，但是這個分區(qū)是平均分區(qū)，這個分區(qū)跟我們的負(fù)荷是不是匹配？
因為我們設(shè)計到運行的狀態(tài)過程當(dāng)中，分區(qū)的運行便于我們停止運行的換熱器有一個恢復(fù)能力，我們剛才講了對土壤的恢復(fù)是有比較明顯的效果。那么怎么樣根據(jù)我們負(fù)荷的變化設(shè)置我們的分區(qū)，讓它得到最大的換熱性能的恢復(fù)，這就跟我們前面的負(fù)荷計算相關(guān)聯(lián)，因為我個人建議，我們應(yīng)該按照負(fù)荷這樣的分布來進(jìn)行分區(qū)。這就給我們提出了一個專業(yè)的問題，不是一般的人都能控制，它必須要有一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂频倪壿嫷捻樞?，所以策略里面就是一個間歇運行的控制調(diào)節(jié)，來給我們的整個系統(tǒng)提供一個比較高的這樣的一個效果。
謝謝大家！
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