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企業(yè)新聞
loopmaster energy2012-02-20
夏驚濤 潘金文
（浙江陸特能源科技有限公司 ）
摘 要：根據(jù)我公司多年來對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50366-2005《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（2009年版）》部分條文內(nèi)容提出了探討與建議，涉及系統(tǒng)吸熱量和釋熱量的計(jì)算、試驗(yàn)壓力、機(jī)組節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)等方面內(nèi)容。
關(guān)鍵詞： 地源熱泵系統(tǒng)；水源熱泵機(jī)組 ；建筑節(jié)能
目前國(guó)內(nèi)有不少新建和改擴(kuò)建工程建設(shè)項(xiàng)目的供熱與空調(diào)采用了地源熱泵系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)施依據(jù)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50366-2005《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（2009年版）》，（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》），如果建設(shè)項(xiàng)目所在地有地方標(biāo)準(zhǔn)，如江蘇省有《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程》（DGJ32/TJ89-2009），則按當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)實(shí)施。目前只有個(gè)別省市制訂了地方標(biāo)準(zhǔn)。我們?cè)趫?zhí)行《規(guī)范》的實(shí)踐過程中，認(rèn)為《規(guī)范》的部分條文內(nèi)容可進(jìn)一步補(bǔ)充完善?，F(xiàn)提出我們的看法，與大家一起探討。
一、關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)最大釋熱量和最大吸熱量的計(jì)算
最大釋熱量和最大吸熱量是確定地源側(cè)換熱器容量的依據(jù)，計(jì)算應(yīng)盡可能準(zhǔn)確?！兑?guī)范》第4.3.3條在條文說明中給出了如下計(jì)算公式：
最大釋熱量=∑[空調(diào)分區(qū)冷負(fù)荷×（1+1/EER）]＋∑輸送過程得熱量+∑水泵釋放熱量 （1）
最大吸熱量=∑[空調(diào)分區(qū)熱負(fù)荷×（1－1/COP）]＋∑輸送過程失熱量－∑水泵釋放熱量 （2）
我們認(rèn)為上述二式，只適用于所有機(jī)組采用“水-空氣”型水源熱泵機(jī)組的地源熱泵系統(tǒng)，但不適用于采用“水-水” 型水源熱泵機(jī)組的地源熱泵系統(tǒng)。而國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的地源熱泵系統(tǒng)，大多采用“水-水” 型水源熱泵機(jī)組，采用這種機(jī)組時(shí)，有地源側(cè)循環(huán)水泵和負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵。
若將公式（1）、（2）修改為下面的表達(dá)式（3）、（4），則既適用于采用“水-水” 型水源熱泵機(jī)組的系統(tǒng)，也適用于采用“水-空氣” 型水源熱泵機(jī)組的系統(tǒng)：
最大釋熱量=∑[空調(diào)分區(qū)冷負(fù)荷×（1+1/EER）]＋∑[（負(fù)荷側(cè)水泵釋放熱量+負(fù)荷側(cè)輸送過程得熱量）×（1+1/EER）]＋∑地源側(cè)輸送過程得熱量+∑地源側(cè)水泵釋放熱量
（3）
最大吸熱量=∑[空調(diào)分區(qū)熱負(fù)荷×（1－1/COP）]＋∑[（負(fù)荷側(cè)輸送過程失熱量－負(fù)荷側(cè)水泵釋放熱量）×（1－1/COP）]＋∑地源側(cè)輸送過程失熱量－∑地源側(cè)水泵釋放熱量
（4）
舉例計(jì)算：設(shè)某地源熱泵系統(tǒng)采用“水-水” 型水源熱泵機(jī)組，機(jī)組EER=5，冷負(fù)荷為1000KW，地源側(cè)水泵和負(fù)荷側(cè)水泵釋熱量均為22KW，地源側(cè)輸送過程得熱量略去不計(jì)，負(fù)荷側(cè)得熱量為20KW。
按式（3），最大釋熱量=1000×（1+1/5）+（22+20）×（1+1/5）+22=1272.4KW
按式（1），最大釋熱量=1000×（1+1/5）+22+22+20=1264KW
二個(gè)結(jié)果數(shù)值相差不大，前者只大0.66%，但作為準(zhǔn)確的計(jì)算公式，還是應(yīng)改為式（3）、（4）。
二、關(guān)于地埋管地源熱泵系統(tǒng)的試驗(yàn)壓力
地埋管地源熱泵系統(tǒng)是一種適應(yīng)性廣、被較多建設(shè)項(xiàng)目所采用的地源熱泵形式，其中地埋管換熱器以豎直埋設(shè)形式為主。為確保地埋管換熱器的安全，《規(guī)范》除了對(duì)所用材質(zhì)和施工工藝提出嚴(yán)格要求外，還對(duì)水壓試驗(yàn)壓力和試壓步驟提出了詳細(xì)的要求：“當(dāng)工作壓力小于等于1.0MPa時(shí)，應(yīng)為工作壓力的1.5倍，且不應(yīng)小于0.6MPa；當(dāng)工作壓力大于1.0MPa時(shí)，應(yīng)為工作壓力加0.5MPa?！保ā兑?guī)范》第4.5.2條），并按步驟分為四次試壓，其中第二次~第四次試壓是在地埋管換熱器安裝就位后進(jìn)行的。
與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)一樣，地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)管路各處的壓力不一樣，所謂工作壓力應(yīng)指最大工作壓力。這一工作壓力通常在循環(huán)水泵出口處或系統(tǒng)最低處。對(duì)于豎直地埋管來說，一般情況下是在地埋管最低處，因此試驗(yàn)壓力應(yīng)指該處的壓力。但在進(jìn)行第二次~第四次壓力試驗(yàn)時(shí)，因地埋管換熱器已安裝就位，無法在最低處安裝壓力表，那么測(cè)試壓力的壓力表的讀數(shù)應(yīng)為試驗(yàn)壓力減去壓力表安裝處與管道最低處的靜壓差。但在工程實(shí)踐中，有不少人認(rèn)為壓力表處的壓力就應(yīng)達(dá)到試驗(yàn)壓力。如果這樣，對(duì)于埋設(shè)較深的地埋管，最低處壓力可能超出管材的承壓能力。例如，某工程地埋管最低處與壓力表安裝處高差102米，工作壓力1.20 MPa，試驗(yàn)壓力應(yīng)為1.70MPa，若在第二次~第四次試壓時(shí)使安裝在地面上的壓力達(dá)到1.70MPa，則最大壓力將達(dá)到2.70MPa，這么高的壓力既無必要，也可能損壞管道。地埋管換熱器基本上都是用高密度聚乙烯管，這種管材最大公稱壓力為1.60 MPa，允許最大試驗(yàn)壓力約為2.48 MPa（注：根據(jù)20℃時(shí)靜液壓強(qiáng)度推算。實(shí)際試壓時(shí)需依據(jù)廠家提供的允許壓力。）加拿大地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地埋管的試壓也分為四次，同我國(guó)《規(guī)范》，但對(duì)于試驗(yàn)壓力只要求大于等于690KPa，在進(jìn)行第三次~第四次試驗(yàn)時(shí)，明確要求使系統(tǒng)最低點(diǎn)壓力小于管材的破裂壓力[1]。我國(guó)GB50243-2002《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定的壓力試驗(yàn)，明確以最低點(diǎn)的壓力為準(zhǔn)（此前人們也有不同理解），要求最低點(diǎn)的壓力不得超過管道與組件的承受壓力。 而豎直地埋管換熱器設(shè)計(jì)深度超過100米的工程已不少見，為避免人們對(duì)試驗(yàn)壓力理解不同而導(dǎo)致系統(tǒng)試驗(yàn)壓力過高，《規(guī)范》宜明確：“試驗(yàn)壓力以管道最大工作壓力處的壓力為準(zhǔn)。”
三、關(guān)于水源熱泵機(jī)組的性能
近年來，國(guó)家對(duì)民用建筑的節(jié)能工作十分重視，對(duì)于公共建筑與居住建筑，均制訂了節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行節(jié)能專項(xiàng)審查，對(duì)施工進(jìn)行節(jié)能專項(xiàng)驗(yàn)收。在公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，特別對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)冷熱源設(shè)備的性能提出了強(qiáng)制性要求。
地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)如何滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求？水泵等設(shè)備的選用不難滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的輸送能效比的要求，但水源熱泵機(jī)組的選擇是否滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求卻值得探究。
《規(guī)范》第7.1.2規(guī)定：“水源熱泵機(jī)組性能應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水源熱泵機(jī)組》GB/T19409的相關(guān)規(guī)定，且應(yīng)滿足地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的要求?！爆F(xiàn)行的《水源熱泵機(jī)組》GB/T19409是2004年6月1日開始實(shí)施的，它只限定了機(jī)組的最低能效比（EER）和最低性能系數(shù)（COP）值，沒有對(duì)能效等級(jí)進(jìn)行分類；對(duì)于制冷量230KW以上的“水-水”型機(jī)組，只有一個(gè)EER和一個(gè)COP限值，而現(xiàn)已有不少?gòu)S家的機(jī)組，單機(jī)制冷量超過1163KW，不同冷量的機(jī)組可能采用不同類型的壓縮機(jī)，而節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)采用不同類型壓縮機(jī)的機(jī)組有不同的性能系數(shù)要求。
文獻(xiàn)[2]認(rèn)為：選用“水-水”熱泵機(jī)組時(shí)，機(jī)組的能效比不應(yīng)低于GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第5.4.5條對(duì)冷水（熱泵）機(jī)組制冷性能系數(shù)的要求。問題是：1、節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中該條文只對(duì)機(jī)組的制冷性能系數(shù)提出要求，而水源熱泵機(jī)組的主要功能之一是制熱，應(yīng)該對(duì)制熱性能系數(shù)也提出控制要求；2、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的水冷機(jī)組制冷性能系數(shù)，測(cè)試的名義工況中冷卻水進(jìn)/出水溫度為30/35℃；而水源熱泵機(jī)組的名義工況與之不同，制冷名義工況中，地下環(huán)路式（地埋管式）水源熱泵機(jī)組地源側(cè)進(jìn)/出水溫度為25/30℃，地下水式（含地表水）水源熱泵機(jī)組地源側(cè)進(jìn)/出水溫度為18/29℃。我們通過對(duì)一些廠家產(chǎn)品性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算比較，發(fā)現(xiàn)若在不同名義工況下直接比較水源熱泵機(jī)組的制冷性能系數(shù)與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中提出的性能系數(shù)，則各廠家各規(guī)格的產(chǎn)品均滿足要求，但是如果轉(zhuǎn)換到同一工況條件，則有的產(chǎn)品性能雖然符合GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，但不符合要求較高的地方節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求，如浙江省DB33/1036-2007《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)甲類建筑中暖通空調(diào)設(shè)備的性能提出了更高的要求[3]。（注：甲類建筑指單幢建筑面積大于等于20000m2,或全面設(shè)置空氣調(diào)節(jié)的公共建筑。）
由此我們建議《規(guī)范》對(duì)地源熱泵系統(tǒng)所用的水源熱泵機(jī)組的制冷能效比和制熱性能系數(shù)直接提出控制要求，為設(shè)計(jì)選型、節(jié)能審查與驗(yàn)收提供依據(jù)。
四、關(guān)于地埋管換熱系統(tǒng)的泄漏報(bào)警裝置
《規(guī)范》第4.3.12要求：“地埋管換熱系統(tǒng)應(yīng)設(shè)自動(dòng)充液及泄漏報(bào)警裝置?！蔽覀冋J(rèn)為，對(duì)于以水為傳熱介質(zhì)的中小型地源熱泵系統(tǒng)，可不設(shè)泄漏報(bào)警裝置，而在補(bǔ)水管上安裝計(jì)量表即可。因?yàn)橄到y(tǒng)容量小，水若有小量滲漏對(duì)環(huán)境沒有影響，若泄漏量大可通過人工觀察判別。但對(duì)于以加有防凍劑的水溶液為傳熱介質(zhì)的系統(tǒng)、或機(jī)房自控程度較高的系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)泄漏報(bào)警裝置。
故建議將該條文改為：“地埋管換熱系統(tǒng)應(yīng)設(shè)自動(dòng)充液裝置，并宜設(shè)泄漏報(bào)警裝置?！?/span>
五、關(guān)于地埋管換熱器的承壓能力
《規(guī)范》第4.3.17條提到了地埋管換熱器的承壓能力問題。目前采用的高密度聚乙烯管最大公稱壓力為1.60MPa,公稱壓力指管材在20℃時(shí)的最大工作壓力。地源熱泵系統(tǒng)制冷時(shí)地埋管內(nèi)水的最高溫度可達(dá)到或超過30℃，聚乙烯是管按GB/T13663-2000《給水用聚乙烯（PE）管材》標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)芈窆苓B續(xù)工作溫度超過20℃時(shí)，其最大工作壓力將下降，當(dāng)溫度為30℃時(shí)，最大工作壓力為20℃時(shí)工作壓力的87%。這一點(diǎn)容易被設(shè)計(jì)人員所忽視。因此宜在《規(guī)范》的條文說明中給出說明。
六、關(guān)于巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)
由于各個(gè)建設(shè)項(xiàng)目所在地的地質(zhì)條件各不相同，通過熱響應(yīng)試驗(yàn)獲得巖土體熱物性參數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)非常重要，因此，《規(guī)范》第3.2.2A條要求：“當(dāng)?shù)芈窆艿卦礋岜孟到y(tǒng)的應(yīng)用建筑面積在3000~5000m2時(shí)，宜進(jìn)行巖土體熱響應(yīng)試驗(yàn)；當(dāng)應(yīng)用建筑面積大于等于5000m2時(shí)，宜進(jìn)行巖土體熱響應(yīng)試驗(yàn)?！?/span>
這一條我們認(rèn)為可從嚴(yán)要求，改為：“當(dāng)?shù)芈窆艿卦礋岜孟到y(tǒng)的應(yīng)用建筑面積小于3000m2時(shí)，宜進(jìn)行巖土體熱響應(yīng)試驗(yàn)；當(dāng)?shù)芈窆艿卦礋岜孟到y(tǒng)的應(yīng)用建筑面積在3000~5000m2時(shí)，應(yīng)進(jìn)行巖土體熱響應(yīng)試驗(yàn)；當(dāng)應(yīng)用建筑面積大于等于5000m2時(shí)，必須進(jìn)行巖土體熱響應(yīng)試驗(yàn)?！?/span>
七、關(guān)于豎直地埋管鉆孔間距及地埋管與其它管線、構(gòu)筑物的距離要求
《規(guī)范》第4.3.8條要求：鉆孔間距應(yīng)滿足換熱需要，間距宜為3～6米。有的工程技術(shù)人員據(jù)此認(rèn)為只要間距不小于3米即可。為此建議去掉“間距宜為3～6米”字樣。
《規(guī)范》第4.3.11條要求：地埋管換熱器安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離水井及室外排水設(shè)施。但至少離開多少并沒有推薦或限定值。對(duì)于水平地埋管與其它管線及構(gòu)筑物的距離，可參照建設(shè)部頒發(fā)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ101-2004《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定；對(duì)于豎直地埋管，可參照文獻(xiàn)[4]。我們建議將這些資料中的數(shù)據(jù)在《規(guī)范》的條文說明中給出，供設(shè)計(jì)施工人員參考。
結(jié)語 地源熱泵系統(tǒng)因其良好的節(jié)能環(huán)保效果而得到政府部門和建設(shè)項(xiàng)目業(yè)主的重視，但由于在我國(guó)發(fā)展應(yīng)用的時(shí)間還不長(zhǎng)，人們對(duì)地源熱泵正確應(yīng)用的認(rèn)識(shí)、以及理論與實(shí)踐的研究都有待進(jìn)一步深入、提高。本文是我們根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)GB50366-2005《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（2009年版）》部分條文內(nèi)容提出的一些探討與建議，限于我們的理論和實(shí)踐水平，難免有不當(dāng)之處，歡迎各位專家提出批評(píng)和交流，共同努力，為地源熱泵事業(yè)的健康發(fā)展作出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
1、 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，GB50366-2005，地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（2009年版）.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009年6月.
2、 徐偉主編. 地源熱泵技術(shù)手冊(cè). 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011年5月.
3、 浙江省標(biāo)準(zhǔn)，DB33/1036-2007，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007年12月.
4、 徐偉等譯.地源熱泵工程技術(shù)指南. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001年11月.
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