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空氣源熱泵熱水機組全年綜合能效評定

更新時間：2020-12-07　點擊量：996

隨著我國國民生活水平的提高及工業現代化的發展，家用、商用及工業用熱水需求量也越來越大，與此同時，由于熱泵熱水機組與傳統的熱水器(電熱水器，燃氣熱水器，太陽能熱水器)相比，具有節能、保、安全、不受建筑結構、氣候條件限制等特點，已顯出強有力的市場潛力[1]。但同時也應注意到，除了技術和價格方面的因素外，從生產制造、質量檢驗到評價標準都沒有統一的規范，長期以來困擾著國內熱泵熱水市場的發展。2008年國家標準GB/T 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機組》[2](以下簡稱《標準》)的出臺，毫無疑問給目前的熱泵熱水市場帶來了福音：

　　不僅有利于規范熱泵熱水器市場，引導生產企業之間的良性競爭；同時又能推動熱泵熱水技術的不斷發展完善。

　　目前國內采用機組名義工況(nominal workingconditions)能效比來衡量機組節能性能，因此，名義工況的確定也是此次《標準》制定的難點及關鍵。

　　然而，必須注意到，名義工況下的COP并不能準確地體現機組實際運行過程中的節能效果，以空調產品為例，為了更合理的評價空調能效，美國的ARI210/240-2003標準[4]和日本的JRA 4046標準[5]均采用季節能效比來評價空調的節能性能。

　　另一方面，空氣源熱泵熱水機組具有運行工況范圍寬、常年制熱以及冷凝溫度時變等特點，再考慮到我國不同地區氣候差異大和用戶不同的用水習慣，相對于空調器而言，單純的依據名義工況下的能效指標就更加難以對空氣源熱泵熱水機組的實際運行性能做出客觀評價。

　　《標準》將空氣源熱泵熱水機組分為普通型和低溫型，其中普通型機組名義工況干濕球溫度分別規定為20℃和15℃。下面將主要以普通型循??加熱式空氣源熱泵熱水機組為例，對其在不同條件下的節能效果進行分析討論，如無特別說明，空氣源熱泵熱水機組均指普通型循??加熱式空氣源熱泵熱水機組。

　　1 上海及廣州地區空氣源熱泵熱水機

　　組實際運行工況分析

　　空氣源熱泵熱水機組主要分布于我國長江流域和華南地區，這里以上海和廣州地區為例，通過理論結合實際，引入全年綜合運行工況來對空氣源熱泵熱水機組的能耗比進行評定。

　　1.1 上海及廣州地區氣候條件

　　空氣源熱泵機組的運行工況主要取決于室外干濕球溫度、初始加熱水溫和目標水溫。以下計算均假設每次加熱過程都是從水箱補水溫度一直持續加熱到目標水溫度，這樣初始加熱水溫就為水箱補水溫度，目標水溫根據《標準》規定為55℃。

　　圖1為上海及廣州地區室外月平均干球溫度和水箱補水溫度，其中室外月平均干球溫度數據來源于由中國氣象局統計發布的(1971-2000年)氣候標準值，水箱補水溫度為室外干球溫度的函數，根據經驗值擬合得出，擬合公式如下：

　　t0 = -0.0005ta2 + 0.51ta + 5.6 (1)其中，ta為室外????溫度，t0為在????溫度ta下的水箱補水溫度，受水管長度和保溫情況等方面的影響，t0會略微有所差異。

　　1.2 全年不同工況下機組的COP計算比較相對于空調系統來說，空氣源熱泵熱水機組全年運行在制熱模式，蒸發溫度的變化范圍寬，而且即使在某一特定的????溫度下，隨著水溫不斷升高，相應的冷凝壓力也會隨之升高，因此是一個復雜的變工況過程。為了更加合理的評價空氣源熱泵熱水機組全年運行的性能指標，G. L. Morrison[6]等人針對以上特點，通過實驗結合計算擬合出熱泵熱水機組季節性COP的經驗公式：

　　COP = [a1+a2 (Tt - Ta)[1-a3 (Ta - Tw)/(Ta - Td )]

　　(2)其中，Tt、Ta、Tw和Td分別為水溫、溫度、濕球溫度以及露點溫度。為了便于計算，取初始水溫和終了水溫的平均值作為水溫標準值作為Tt，并把上海和廣州地區的氣象參數帶入上式，得到這兩個地區空氣源熱泵熱水機組逐月COP曲線，如圖2所示。可以看出，一臺標準的空氣源熱泵熱水機組1月份、7月份、10月份，在上海地區運行的COP為2.49、4.26、3.67，而在廣州地區運行的COP為3.15、4.32、3.96，雖然不同機組之間會有所差異，但其變化規律大致相同。

　　圖2 上海及廣州地區空氣源熱泵熱水機組逐月COP曲線Fig.2 Monthly average COP curve of ASHPWH in Shanghaiand Guangzhou為了驗證通過經驗公式(2)計算出的能效比變化規律的通用性，下面以上海地區為例，用理想條件下計算出來的機組能效比來對它進行校核。取初始水溫和目標水溫的平均值作為標準水溫，假定運行過程中冷凝溫度始終比水溫高7℃，蒸發溫度始終比室外干球溫度低15℃，按照卡諾循??下COP的計算公式(3)，得出：

　　COPideal = / ( - Te ) (3)

　　COPideal為理想情況下的機組運行能效比，為與標準水溫相對應的冷凝溫度，Te 為蒸發溫度。

　　將上海地區每月的氣象參數帶入公式(2)和(3)，分別計算出上海地區的機組第i月份的經驗能效比COPi 和第i月份的理想能效比COPideal,i 以及它們的比值 λi ，λi 為：

　　λi = COPi / COPideal,i (4)

　　表1為上海地區，通過公式(2)、(3)、(4)計算出的空氣源熱泵熱水機組的COPi，COPideal,i 以及它們的比值λi。可以看出機組λi的值基本相同(偏差在10%以內)，夏季λi值比冬季略高，這是由于經驗公式中還考慮到了室外相對濕度對機組能效的影響[6]。因此，經過理論驗證，經驗公式(2)計算出的COP能夠較為準確地反映出空氣源熱泵熱水機組在不同????溫度下的實際運行能效比的變化規律，具有代表性。

　　根據文獻[6]，在不同工況下空氣源熱泵熱水

　　機組壓縮機的平均功率擬合公式如下：

　　P = b1+b2 (Tt -Ta)+b3(Ta-Td)+b4(Ta-Td)2 (5)同理，取初始水溫和終了水溫的平均值作為水溫標準值代入Tt ，并將上海及廣州地區氣象參數代入上式，可以求出這兩個地區的空氣源熱泵熱水機組每月壓縮機平均功耗的相對值(以名義工況室外干濕球溫度20℃/15℃，水箱補水溫度15℃作為基準點)，如圖3所示。可以看出不同????溫度下空氣源熱泵熱水機組壓縮機的平均功率夏季比冬季略高，但相差不大。

全自動野外地溫監測系統/凍土地溫自動監測系統

地源熱泵分布式溫度集中測控系統

礦井總線分散式溫度測量系統方案

礦井分散式垂直測溫系統/地熱普查/地溫監測哪家好選鴻鷗

礦井測溫系統/礦建凍結法施工溫度監測系統/深井溫度場地溫監測系統

TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

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空氣源熱泵熱水機組全年綜合能效評定

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