某医院住院楼地源热泵热水系统性能测试与研究.pdf

F L U I DM A C H I N E R YV 0 1 4 0，N o 2，2 0 1 2文章编号：1 0 0 5-0 3 2 9(2 0 1 2)0 2-0 0 6 8 一0 4某医院住院楼地源热泵热水系统性能测试与研究林俊。刘景升，胡映宁，汤宏群(广西大学，广西南宁5 3 0 0 0 4)摘要：简单介绍了某医疗建筑的能耗情况和医院的工程概况，并对本医院的供热水系统地源热泵系统的运行情况进行测试和性能研究，包括对机组冷冻水的进出温度的测试、土壤换热器吸热效率的测试、机组的能效测试等，并分析冷冻水的进出温度、流量及其他因素对系统能耗产生影响情况。并得出系统冷冻水流量在4 3 4 8 k：g s 范围内为最佳流量段，此时土壤换热器的吸热效率较高，土壤换热器单位管长换热营在3 5 5 w m 左右机组的能效比值达4 0 及以上，系统的能效比达3 7 及以上；最后对本系统进行了节能计算及效益分析，可看出此系统节能效益非常可观。关键字：医疗建筑；热泵热水系统；节能效益中图分类号：T Q 0 5 I 5文献标识码：Ad o i：i 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5-0 3 2 9 2 0 1 2 0 2 0 1 5G r o u n dS o u r c eH e a tP u m pH o tW a t e rS y s t e mP e r f o r m a n c eT e s t i n ga n dR e s e a r c ho fN e wI n p a t i e n tB u i l d i n go fQ i n z h o uaH o s p i t a lL I NJ u n，L I UJ i n g s h e n g，H UY i n g n i n g，T A N GH o n g q u n，(G u a n g x iU n i v e r s i t y，N a n n i n g5 3 0 0 0 4)A b s t r a c t：T h ee n e r g ys i t u a t i o no fm e d i c a lb u i l d i n ga n dp r o j e c tp r o f i l eo ft h i sm e d i c a lh o s p i t a lw a sd e s c r i b e d，a n do p e r a t i o na n dp e r f o r m a n c eo fg r o u n ds o u r c eh e a tp u m ph o tw a t e rs y s t e mw a ss t u d i e d，i n c l u d i n gt h ec h i l l e dw a t e ri n l e t o u t l e tt e m p e r a t u r et e s t s，e n d o t h e r m i ce f f i c i e n c yo fs o i lh e a te x c h a n g e rt e s t s u n i t so fe n e r g ye f f i c i e n c yt e s t sa n dS Oo n，a n da n a l y s i so fc h i l l e dw a t e ri n l e t o u t l e tt e m p e r a t u r e，f l o w。i n l e ta n do u t l e tw a t e rt e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eo ro t h e rf a c t o r si m p a c to ne n e r g yc o n s u m p t i o ns i t u a t i o n，r e a c h e dt h a tt h es y s t e mc h i l l e dw a t e rf l o wr a t ew i t h i n4 3-4 8k g sa sb e s to ft h ef l o ws e c t i o n a tt h i sp o i n tt h es o i lh e a te x c h a n g e ra b s o r b sh e a ti sm o r ee f f i c i e n t。h e a te x c h a n g eo fp e rp i p el e n g t hi sa r o u n d3 5 5 W m，u n i tE E Rv a l u er e a c h4 0a n da-h o v e，s y s t e mE E Rr e a c h3 7a n da b o v e；f i n a l l y。O nt h eb a s i so fc a l c u l a t i o nr e s u l t s a na n a l y s i so ne n e r g ys a v i n gp o t e n t i a la n db e n e f i ta n a l y s i si sc a r r i e do u t a n ds os e et h a te n e r g ye f f i c i e n c yo ft h i ss y s t e mi sv e r yi m p r e s s i v e K e yw o r d s：m e d i c a lb u i l d i n g；h e a tp u m ph o tw a t e rs y s t e m；e n e r g y s a v i n gb e n e f i t引言从2 0 世纪8 0 年代初期开始，能源问题就一直被世界所关注。在建筑方面，欧美各国早已开始进行对节能建筑设计的研究，并已制定一系列的标准和进行评估。我国因能源问题也高度重视建筑的节能问题，从2 0 0 6 年下半年几乎所有的新建公共建筑都应进行建筑节能设计。医院作为大型公共建筑之一，在能耗方面大多高于一般的民用建筑，其中医务负荷(主要有热水供给、消毒灭菌和洗涤等)在医院负荷中占大分额，约占全年消耗的负荷收稿日期：2 0 1 1 0 5 3 0基金项目：广西科学研究与技术开发计划项目(桂科政0 9 9 5 0 0 6)2 5 3 8，另一方面，伴随着医疗建筑的特定性，人们对病房的要求越来越高和热水耗量逐年提高，这都要求在没汁时不仅要符合绿色建筑，同时也要求一些能耗设备系统的选用趋向于合理及经济节能2|。2 工程概况及热水系统工程为新建建筑，类型为高层建筑，建筑面积为4 0 7 9 6 m 2，使用功能为住院楼，其中房型有单人病房、二人病房、三人病房和四人及四人以上等。万方数据2 0 1 2 年第4 0 卷第2 期流体机械以满足全年用热水为设计计算基础，项目实施的节能面积为4 0 7 9 6 m 2，受益床位约6 0 0 张，热水供给量按照国家规范：按照5 0 5 5 为标准、床均2 0 0 L，总量约为1 2 0 t d。本工程热水方案采用的是地源热泵系统，利用土壤源垂直埋管进行浅层地能的置换，通过地源热泵机组将浅层地能的低品位能提升为高品位能，用于病房热水的制备，满足本项目的热水需求。并按照广西地方标准地源热泵系统工程技术规范实施j，并在设计阶段提出了采取地源热泵技术对病房区进行全天2 4 h 热水供给，共有二个水箱：8 0 t 的水箱布置在机房内，4 0 t 的水箱布置在楼顶。根据热水总热量需求，配置3 台由广西大学绿色能源与建筑节能研究开发中心和广西钧富凰地源热泵有限公司共同研发的J F H D 3 0 0 型热水设备(2 用l 停轮流式)，其参数如表1 所示。表IJ F HD 3 0 0 型地源热泵热水设备参数设计参数性能值制冷量(k W)8 2 4制热量(k W)1 0 4 4耗电功率(k W)2 4 8制热水量(5 0)(m 3 h)2 9 9每吨水耗电量(k W h)8 2 9热水温度()4 5 5 5注：制冷刑为R 2 2。该地源热泵热水系统的浅层土壤换热器采取高强度P E 管(H D P E)，同传统管材相比，H D P E管道系统主要具有以下优点一J：(1)连接可靠、抗应力开裂性好；(2)耐化学腐蚀性好、耐老化、耐磨性好：H D P E 管道与钢管的耐磨性对比试验表明，H D P E管道的耐磨性为钢管的4 倍。(3)水流阻力小：H D P E 管道具有光滑的内表面，其曼宁系数为0 0 0 9。光滑的表现和非粘附特性保证H D P E 管道具有较传统管材更高的输送能力，同时也降低了管路的压力损失和输水能耗。土壤换热器采取闭环方式，循环介质采用自来水，对环境不存在污染。该系统原理如图1 所示。3 试验方案及仪器介绍3 I 试验方案为了更好地了解医院地源热泵供热水系统的运行特性，检测系统稳定性情况，对系统测试做如4 试验数据处理方法地下P E 埋管单位管长吸热量g：吼一l O O，O Q(1)机组能效比C O P 机组2C O P m 组=蒜=老系统能效比C O P g 统：C O P 系a=磊=丧(3)式中Q 地埋管总换热量，k WZ 地埋管总长，m，本系统为3 3 0 0 mt 机器运行时间，hP 机组机组消耗的功率，k WP 循环襞耗循环泵消耗的功率，k W5 热泵热水系统性能研究与测试5 1系统冷冻水流量一定时热泵性能分析万方数据7 0F L U I DM A C H I N E R YV 0 1 4 0，N o 2，2 0 1 2在不改变系统冷冻水流量的前提下，根据试验数据绘制冷冻水进出口温差随机组运行时间变化曲线图，如图2 所示。pj ：l：理*亡丑 封71 21 7测试时阅(h)图2 冷冻水进出口温差随机组运行时间的变化从图中可看出，当冷冻水流量一定的情况(4 6 7 k g s)下，冷冻水的进出口温差相对保持恒定，其值在3 9。C 左右。说明机组的流量值一定时，冷冻水的进出口温差会保持在某一相对稳定值，而不会有太大的变化。机组能效比和系统能效比随机组运行时间的变化情况如图3 所示。6 O遥暑4 0U2 O71 21 7测试时间(h)图3 机组C O P 和系统C O P 随机组运行时间变化由图3 可知，在不改变冷冻水流量的前提下，在很长一段时间内机组能效比C O P 基本保持在4 8 左右，系统能效比保持在4 3 左右，表明该地源热泵系统在该流量下运行相当稳定。5 2系统冷冻水流量变化时热泵性能分析在逐渐改变冷冻水流量的条件下，用上面的处理数据方法得出冷冻水的流量与单位井深换热量、冷冻水进出口温差的关系曲线图。从图4 可以看出，在一定的范围内，随冷冻水流量逐渐增加，单位井深换热量也随之增加，尤其在冷冻水流量值为2 O 4 0 k g s 时，地埋管单位井深换热量增加的幅度较大，当冷冻水流量值再从4 0 k g s 往上增加时，地埋管单位井深换热量整体也在增加，但增加的幅度不稳定。暑嘲蕞督业舡j，瓣拉回山冷冻水流量(k g s)图4 冷冻水流量与单位管长换热量的关系图图5 中可以看出，随着冷冻水流量的增加，机组冷冻水的进出口温差逐渐减小。当冷冻水流量较小时，机组冷冻水的进出口温差值较大，如当冷冻水流量在3 3 6 7 k g s 时，冷冻水的进出口温差为4 9；当冷冻水流量较大时，机组冷冻水的进出口温差值较小，如当冷冻水流量在4 6 9 0 7 k g s时，冷冻水的进出口温差为3 9。表明在土壤换热器的换热量一定的情况下，冷冻水流量和冷冻水的进出口温差基本成反比关系。萎，疆蟊s羹凳3 冷冻水流量(k g s)图5 土壤换热器冷冻水流量与冷冻水进出口温差的关系从图4 和图5 中可以看出，随着冷冻水流量的增加，冷冻水的进出口温差却逐渐降低，土壤换热器单位井深换热量也