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空气源热泵热水机组全年综合能效评定

更新时间：2020-12-07　点击量：970

随着我国国民生活水平的提高及工业现代化的发展，家用、商用及工业用热水需求量也越来越大，与此同时，由于热泵热水机组与传统的热水器(电热水器，燃气热水器，太阳能热水器)相比，具有节能、保、安全、不受建筑结构、气候条件限制等特点，已显出强有力的市场潜力[1]。但同时也应注意到，除了技术和价格方面的因素外，从生产制造、质量检验到评价标准都没有统一的规范，长期以来困扰着国内热泵热水市场的发展。2008年国家标准GB/T 21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机组》[2](以下简称《标准》)的出台，毫无疑问给目前的热泵热水市场带来了福音：

　　不仅有利于规范热泵热水器市场，引导生产企业之间的良性竞争；同时又能推动热泵热水技术的不断发展完善。

　　目前国内采用机组名义工况(nominal workingconditions)能效比来衡量机组节能性能，因此，名义工况的确定也是此次《标准》制定的难点及关键。

　　然而，必须注意到，名义工况下的COP并不能准确地体现机组实际运行过程中的节能效果，以空调产品为例，为了更合理的评价空调能效，美国的ARI210/240-2003标准[4]和日本的JRA 4046标准[5]均采用季节能效比来评价空调的节能性能。

　　另一方面，空气源热泵热水机组具有运行工况范围宽、常年制热以及冷凝温度时变等特点，再考虑到我国不同地区气候差异大和用户不同的用水习惯，相对于空调器而言，单纯的依据名义工况下的能效指标就更加难以对空气源热泵热水机组的实际运行性能做出客观评价。

　　《标准》将空气源热泵热水机组分为普通型和低温型，其中普通型机组名义工况干湿球温度分别规定为20℃和15℃。下面将主要以普通型循??加热式空气源热泵热水机组为例，对其在不同条件下的节能效果进行分析讨论，如无特别说明，空气源热泵热水机组均指普通型循??加热式空气源热泵热水机组。

　　1 上海及广州地区空气源热泵热水机

　　组实际运行工况分析

　　空气源热泵热水机组主要分布于我国长江流域和华南地区，这里以上海和广州地区为例，通过理论结合实际，引入全年综合运行工况来对空气源热泵热水机组的能耗比进行评定。

　　1.1 上海及广州地区气候条件

　　空气源热泵机组的运行工况主要取决于室外干湿球温度、初始加热水温和目标水温。以下计算均假设每次加热过程都是从水箱补水温度一直持续加热到目标水温度，这样初始加热水温就为水箱补水温度，目标水温根据《标准》规定为55℃。

　　图1为上海及广州地区室外月平均干球温度和水箱补水温度，其中室外月平均干球温度数据来源于由中国气象局统计发布的(1971-2000年)气候标准值，水箱补水温度为室外干球温度的函数，根据经验值拟合得出，拟合公式如下：

　　t0 = -0.0005ta2 + 0.51ta + 5.6 (1)其中，ta为室外????温度，t0为在????温度ta下的水箱补水温度，受水管长度和保温情况等方面的影响，t0会略微有所差异。

　　1.2 全年不同工况下机组的COP计算比较相对于空调系统来说，空气源热泵热水机组全年运行在制热模式，蒸发温度的变化范围宽，而且即使在某一特定的????温度下，随着水温不断升高，相应的冷凝压力也会随之升高，因此是一个复杂的变工况过程。为了更加合理的评价空气源热泵热水机组全年运行的性能指标，G. L. Morrison[6]等人针对以上特点，通过实验结合计算拟合出热泵热水机组季节性COP的经验公式：

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

　　(2)其中，Tt、Ta、Tw和Td分别为水温、温度、湿球温度以及露点温度。为了便于计算，取初始水温和终了水温的平均值作为水温标准值作为Tt，并把上海和广州地区的气象参数带入上式，得到这两个地区空气源热泵热水机组逐月COP曲线，如图2所示。可以看出，一台标准的空气源热泵热水机组1月份、7月份、10月份，在上海地区运行的COP为2.49、4.26、3.67，而在广州地区运行的COP为3.15、4.32、3.96，虽然不同机组之间会有所差异，但其变化规律大致相同。

　　图2 上海及广州地区空气源热泵热水机组逐月COP曲线Fig.2 Monthly average COP curve of ASHPWH in Shanghaiand Guangzhou为了验证通过经验公式(2)计算出的能效比变化规律的通用性，下面以上海地区为例，用理想条件下计算出来的机组能效比来对它进行校核。取初始水温和目标水温的平均值作为标准水温，假定运行过程中冷凝温度始终比水温高7℃，蒸发温度始终比室外干球温度低15℃，按照卡诺循??下COP的计算公式(3)，得出：

　　COPideal = / ( - Te ) (3)

　　COPideal为理想情况下的机组运行能效比，为与标准水温相对应的冷凝温度，Te 为蒸发温度。

　　将上海地区每月的气象参数带入公式(2)和(3)，分别计算出上海地区的机组第i月份的经验能效比COPi 和第i月份的理想能效比COPideal,i 以及它们的比值 λi ，λi 为：

　　λi = COPi / COPideal,i (4)

　　表1为上海地区，通过公式(2)、(3)、(4)计算出的空气源热泵热水机组的COPi，COPideal,i 以及它们的比值λi。可以看出机组λi的值基本相同(偏差在10%以内)，夏季λi值比冬季略高，这是由于经验公式中还考虑到了室外相对湿度对机组能效的影响[6]。因此，经过理论验证，经验公式(2)计算出的COP能够较为准确地反映出空气源热泵热水机组在不同????温度下的实际运行能效比的变化规律，具有代表性。

　　根据文献[6]，在不同工况下空气源热泵热水

　　机组压缩机的平均功率拟合公式如下：

　　P = b1+b2 (Tt -Ta)+b3(Ta-Td)+b4(Ta-Td)2 (5)同理，取初始水温和终了水温的平均值作为水温标准值代入Tt ，并将上海及广州地区气象参数代入上式，可以求出这两个地区的空气源热泵热水机组每月压缩机平均功耗的相对值(以名义工况室外干湿球温度20℃/15℃，水箱补水温度15℃作为基准点)，如图3所示。可以看出不同????温度下空气源热泵热水机组压缩机的平均功率夏季比冬季略高，但相差不大。

全自动野外地温监测系统/冻土地温自动监测系统

地源热泵分布式温度集中测控系统

矿井总线分散式温度测量系统方案

矿井分散式垂直测温系统/地热普查/地温监测哪家好选鸿鸥

矿井测温系统/矿建冻结法施工温度监测系统/深井温度场地温监测系统

TD-016C型地源热泵能耗监控测温系统

产品关键词：地源热泵测温，地埋管测温，浅层地温在线监测系统，分布式地温监测系统

此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套*基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取*ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：
　　为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆”及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

空气源热泵热水机组全年综合能效评定

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