江蘇省地質(zhì)環(huán)境勘查院南通分院新建的科研實(shí)驗(yàn)樓暨巖芯資料庫,、生產(chǎn)設(shè)備及檢測用房,，該樓位于江蘇省南通市,，為科研類辦公樓,，總建筑面積4241.44㎡(空調(diào)面積3397.9㎡)，建筑高度23.90m,，地下1層為汽車庫,，地上分為6層主樓和2層附樓，主要功能為科研實(shí)驗(yàn),、巖芯資料庫,、生產(chǎn)設(shè)備、監(jiān)測用房等,。

一,、項(xiàng)目基本情況

江蘇省地質(zhì)環(huán)境勘查院南通分院新建的科研實(shí)驗(yàn)樓暨巖芯資料庫、生產(chǎn)設(shè)備及檢測用房,，該樓位于江蘇省南通市,，為科研類辦公樓，總建筑面積4241.44㎡(空調(diào)面積3397.9㎡),，建筑高度23.90m,，地下1層為汽車庫，地上分為6層主樓和2層附樓,，主要功能為科研實(shí)驗(yàn),、巖芯資料庫、生產(chǎn)設(shè)備,、監(jiān)測用房等,。

本項(xiàng)目核心機(jī)理：在不同工況下，采用輔助能源提高主機(jī)低溫?zé)嵩礈囟然蚪档椭鳈C(jī)高溫?zé)嵩礈囟?，從而減少主機(jī)的做功能耗,，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多種能源耦合互補(bǔ)的節(jié)能運(yùn)行。

二,、工藝流程

本項(xiàng)目核心機(jī)理：在不同工況下,，采用輔助能源提高主機(jī)低溫?zé)嵩礈囟然蚪档椭鳈C(jī)高溫?zé)嵩礈囟龋瑥亩鴾p少主機(jī)的做功能耗,，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多種能源耦合互補(bǔ)的節(jié)能運(yùn)行,。

三,、主要設(shè)備選型

a、主機(jī)

綜合主機(jī)房層高較低,、后期使用時主機(jī)可對應(yīng)各末端分區(qū)獨(dú)立配置,、減少無用耗功,、提高主機(jī)能效,、多種能源應(yīng)用時機(jī)組靈活調(diào)節(jié)、穩(wěn)定可靠等多方面因素,，設(shè)計選用2臺螺桿式水源熱泵主機(jī)（PSRHH.C.Y0701制冷量：247.1kW制熱量：264.4kW）,。夏季供回水溫度為7/12℃，冬季供回水溫度為45/40℃,，制冷劑為R410A環(huán)保型冷媒,。

熱泵主機(jī)房位于地下一層，兩臺主機(jī)并聯(lián)連接,，可根據(jù)空調(diào)末端實(shí)際運(yùn)行需求,，匹配開啟主機(jī)數(shù)量，每臺主機(jī)也可調(diào)節(jié)運(yùn)行比例,，從而通過靈活調(diào)節(jié)減少系統(tǒng)運(yùn)行中的無用耗功,。

b、末端

空調(diào)房間采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的空調(diào)方式,。

（一）空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)形式為：閉式兩管制,、水平同程立管同程、一次泵變流量系統(tǒng),。

機(jī)房設(shè)置3臺空調(diào)冷熱水循環(huán)泵（流量:60m3/h,，揚(yáng)程:30m），2用1備,，所有冷熱水循環(huán)泵均采用變頻控制,。

各層回水管上設(shè)動態(tài)流量平衡閥，空調(diào)冷熱水供回水總管之間設(shè)旁通管及壓差旁通閥,。

末端風(fēng)機(jī)盤管回水支管設(shè)置電動二通閥（雙位調(diào)節(jié)）,，新風(fēng)機(jī)組回水支管設(shè)置電動二通閥（連續(xù)調(diào)節(jié)）。

空調(diào)冷熱水管路設(shè)電子水處理器及定壓裝置,。

（二）空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

房間內(nèi)設(shè)置臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤管,，采用帶三檔調(diào)速的溫控器，氣流組織形式主要為側(cè)送下回,，個別機(jī)組采用上送上回,。

新風(fēng)由吊頂式空氣處理機(jī)組提供，設(shè)于走廊吊頂,，新風(fēng)承擔(dān)部分室內(nèi)冷負(fù)荷,，經(jīng)處理后直接送至各空調(diào)房間,。

各個風(fēng)口結(jié)合空調(diào)室內(nèi)裝飾風(fēng)格選取匹配的形式。

c,、地下水換熱系統(tǒng)

根據(jù)本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)冷熱負(fù)荷為465/345kW,，結(jié)合主機(jī)效率，需地下水承擔(dān)的換熱量為519.12kW/295.25kW,，地下水利用溫差取5℃,，則對應(yīng)夏季/冬季需抽取地下水水量為89t/h/51t/h。根據(jù)南通地區(qū)地下水地源熱泵的實(shí)施情況,，并結(jié)合項(xiàng)目所在地的水文地質(zhì)情況及我院既有經(jīng)驗(yàn),，項(xiàng)目所在地地下水取水能力約60～100t/h，按照“一抽一灌”原則,，需施工取水井一口,、回灌井一口，為滿足示范中心監(jiān)測要求,，對地下水進(jìn)行長期的水溫,、水質(zhì)、水量,、水位監(jiān)測,，需觀測井三口，單井深約126米,。地下水經(jīng)板換機(jī)組接入主機(jī)循環(huán),。

工程井及觀測井平面布置圖

室外水井自動監(jiān)測控制系統(tǒng)：通過對熱泵主機(jī)、地下水側(cè),、太陽能集熱側(cè)及空調(diào)末端進(jìn)出水溫度,、流量、水壓等的監(jiān)測,，研究空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行與地下水,、集熱系統(tǒng)及地溫場變化的關(guān)系，積累多種能源綜合應(yīng)用的系統(tǒng)數(shù)據(jù),，通過自動化預(yù)控制,，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)約用能、科學(xué)用能,。

（2）典型經(jīng)驗(yàn)和做法

1）室外水井

在確定了運(yùn)行工況與抽水—回灌井間距的情況下,，對地下水源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)未來十年的熱平衡發(fā)展趨勢進(jìn)行了模擬預(yù)測，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況提出了多種方案如：增大溫差或減小循環(huán)水量,、適當(dāng)調(diào)整春秋季節(jié)的抽水量與回灌量,、冬季互換抽灌井的優(yōu)化方法以解決系統(tǒng)熱量堆積的問題，為地下水資源的合理開發(fā)

d、太陽能集熱系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用集中集熱,、集中儲熱太陽能熱水系統(tǒng),。

考慮太陽能與地源熱泵聯(lián)合運(yùn)行的關(guān)鍵時間為冬季，為了保證冬季太陽能系統(tǒng)可以高效,、防凍,、穩(wěn)定的運(yùn)行，采用了新型熱管式真空管太陽能集熱器,，在6層屋面共布置了60臺集熱器,，采光面積達(dá)180平方米。

根據(jù)屋面的有效利用面積進(jìn)行布置,。

建筑物與正南北方向夾角小于5°,。為了美觀性,，集熱器的布置與建筑物的邊線一致,。

減少建筑物對集熱器以及集熱器之間的太陽光遮擋。

兩塊集熱場采用并聯(lián)聯(lián)接,，為了避免水力失衡,，采用了靜態(tài)平衡閥。

考慮熱泵空調(diào)的運(yùn)行時間與太陽能采集的時間較為一致,，本系統(tǒng)采用了小型緩沖水箱設(shè)計,，并考慮真空集熱管的高溫性能，避免集熱系統(tǒng)溫度過高,，采用了4t的承壓水箱設(shè)計,。

為了保證與外界系統(tǒng)進(jìn)行高效的能量傳輸，采用了板式換熱器設(shè)計,。

太陽能集熱系統(tǒng),，除了提供生活熱水外，經(jīng)板換切入熱泵主機(jī)循環(huán),；地下水換熱系統(tǒng)與太陽能集熱系統(tǒng)均經(jīng)同一板換接入熱泵主機(jī)系統(tǒng),，并通過管路上的閥門啟閉實(shí)現(xiàn)兩套室外熱源系統(tǒng)有機(jī)運(yùn)行。

四,、項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性,、環(huán)境及社會效益

本項(xiàng)目總初投資為260萬元（包含自動監(jiān)測控制平臺、太陽能集熱系統(tǒng)）,，承擔(dān)了項(xiàng)目的供冷供熱及供熱水需求,，總量增加初投資約為45%，主要的增資部分為自動監(jiān)測空調(diào)平臺納入了空調(diào)所有末端的監(jiān)測與控制,，此部分約占總量增加初投資的20%,，根據(jù)兩個冷暖季實(shí)際運(yùn)行電費(fèi)統(tǒng)計計算，本項(xiàng)目耦合運(yùn)行節(jié)能率比單一能源系統(tǒng)節(jié)約26%，投資回收期約3.5年,，經(jīng)濟(jì)效益明顯,；特別值得參考的是本項(xiàng)目把末端的監(jiān)測控制均納入控制平臺，為不斷的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行提供了支撐,，后續(xù)通過數(shù)據(jù)分析,，可以保證系統(tǒng)根據(jù)自身的使用特點(diǎn)不斷的優(yōu)化。

五,、典型經(jīng)驗(yàn)及做法

（一）室外水井

在確定了運(yùn)行工況與抽水—回灌井間距的情況下,，對地下水源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)未來十年的熱平衡發(fā)展趨勢進(jìn)行了模擬預(yù)測，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況提出了多種方案如：增大溫差或減小循環(huán)水量,、適當(dāng)調(diào)整春秋季節(jié)的抽水量與回灌量,、冬季互換抽灌井的優(yōu)化方法以解決系統(tǒng)熱量堆積的問題，為地下水資源的合理開發(fā)利用與地下水源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)的可持續(xù)運(yùn)行提供決策依據(jù),。

2）空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng) EERS 經(jīng)測算約為： 5.7 （含照明,、辦公用電） >3.9

本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng) COPS 經(jīng)測算約為： 7.8 （含照明、辦公用電） 根據(jù)測算,，系統(tǒng)的負(fù)荷平均為設(shè)計負(fù)荷的 72%,。

3）太陽能與地下水水源熱泵耦合式空調(diào)系統(tǒng)適用場景

太陽能冬季工況可提供供熱負(fù)荷 20%以上熱量的地區(qū)；

淺層地?zé)崮苜Y源豐富地區(qū),， 地下水不豐富地區(qū)可用地埋管地源熱泵與之耦合,；

太陽能不豐富地區(qū)，可用余熱熱源進(jìn)行代替,，與地源或者水源進(jìn)行耦合,；

需要解決冷堆積的地區(qū)， 可用太陽能進(jìn)行耦合,， 既可以降低冷堆積,， 又可以 在過渡季節(jié)進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)蓄能,。

（二） 空調(diào)系統(tǒng)高效運(yùn)行分析

空調(diào)的預(yù)處理能夠有效減少功耗,， 采用自控集中調(diào)節(jié)， 根據(jù)每個房間的運(yùn)行 狀態(tài),，計算需求側(cè)負(fù)荷大小,，自動調(diào)節(jié)主機(jī)跟水泵。

設(shè)備的并聯(lián)運(yùn)行,，方便啟停,，節(jié)能效果要明顯優(yōu)于變頻跟壓縮機(jī)調(diào)速。

大溫差小流量能減少水泵耗功,。

地溫場維持在較好的溫度區(qū)間,，能夠明顯提高熱泵主機(jī)的工作效率。

冬季聯(lián)合運(yùn)行時，冷凝器側(cè)進(jìn),、出水溫度（45/50℃）一定的情況下,，不同 的蒸發(fā)器進(jìn)水溫度對機(jī)組 COP 值影響成正比（+3%～5%），隨蒸發(fā)器溫度升高,， 機(jī)組 COP 值增大,，根據(jù)耦合切換溫度 18℃概算，本項(xiàng)目在聯(lián)合運(yùn)行時,，將蒸發(fā) 溫度平均提高了 8.6℃,，使得主機(jī)運(yùn)行效率提高了 25.8%以上。

（三） 太陽能與地下水水源熱泵耦合式空調(diào)系統(tǒng)適用場景

太陽能冬季工況可提供供熱負(fù)荷 20%以上熱量的地區(qū),；

淺層地?zé)崮苜Y源豐富地區(qū),， 地下水不豐富地區(qū)可用地埋管地源熱泵與之耦合；

太陽能不豐富地區(qū),，可用余熱熱源進(jìn)行代替,，與地源或者水源進(jìn)行耦合；

需要解決冷堆積的地區(qū),， 可用太陽能進(jìn)行耦合,， 既可以降低冷堆積,， 又可以在過渡季節(jié)進(jìn)行預(yù)處理,，實(shí)現(xiàn)蓄能。

六,、存在的問題和建議

（一）問題

（1）設(shè)計與實(shí)際使用的負(fù)荷差別,，導(dǎo)致系統(tǒng)長期處于高能耗狀態(tài)。

（2）設(shè)備可以變頻,、調(diào)級,、閥門可以調(diào)節(jié)，但是當(dāng)直管路里處于非滿管流時,，壓力,、流量傳感器都處于不穩(wěn)定漂移狀態(tài)，監(jiān)測數(shù)據(jù)極不準(zhǔn)確,。

（3）系統(tǒng)非滿負(fù)荷運(yùn)行超過90%的時間,，低負(fù)荷工況，很容易出現(xiàn)滿足溫差不滿足流量而報警,、滿足流量不滿足溫差而浪費(fèi)電能,。

（4）系統(tǒng)設(shè)計時，管道根據(jù)最大流量確定,，當(dāng)季節(jié)切換或部分負(fù)荷運(yùn)行時,，通過變頻調(diào)節(jié)了流量，在固定管徑下，流速的變化帶來了水泵耗功的波動,。

（二）建議

多能互補(bǔ)項(xiàng)目需要從實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)及規(guī)律出發(fā)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計,、實(shí)施，減少設(shè)計時生搬規(guī)范而帶來的實(shí)際使用不節(jié)能現(xiàn)象,，需要設(shè)計審核,、實(shí)施管理及監(jiān)理各個環(huán)節(jié)有相應(yīng)的政策引導(dǎo)和支持。

來源:國家能源局