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?，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。

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(shí)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(shí)機(jī)組靈活調(diào)節(jié)、穩(wěn)定可靠等多方面因素，設(shè)計(jì)選用2臺(tái)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(tái)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(tái)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(tái)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(dòng)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(dòng)二通閥（雙位調(diào)節(jié)），新風(fēng)機(jī)組回水支管設(shè)置電動(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(chǔ)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(shí)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(tái)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(shí)間與太陽能采集的時(shí)間較為一致，本系統(tǒng)采用了小型緩沖水箱設(shè)計(jì)，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(jì)。

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(jì)。

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(huì)效益

本項(xiàng)目總初投資為260萬元（包含自動(dòng)監(jiān)測控制平臺(tái)、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(dòng)監(jiān)測空調(diào)平臺(tái)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(gè)冷暖季實(shí)際運(yùn)行電費(fèi)統(tǒng)計(jì)計(jì)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(tái)，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(jì)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(gè)房間的運(yùn)行 狀態(tài)，計(jì)算需求側(cè)負(fù)荷大小，自動(dòng)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(shí)，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(shí)，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(jì)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(shí)，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(shí)間，低負(fù)荷工況，很容易出現(xiàn)滿足溫差不滿足流量而報(bào)警、滿足流量不滿足溫差而浪費(fèi)電能。

（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)，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(dòng)。

（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(jì)、實(shí)施，減少設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)審核、實(shí)施管理及監(jiān)理各個(gè)環(huán)節(jié)有相應(yīng)的政策引導(dǎo)和支持。

來源:國家能源局