已建项目的运行能耗
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发布时间：2022-04-29 19:33
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时间：2022-06-21 07:27
对于北京市目前已建成地源热泵项目的资料进行整理、分析、优选、分类，充分利用实际数据，对不同地源热泵系统进行运行能耗定量分析。
在进行能耗分析时，将所取得的第一手数据经过核实，在剔除部分异常数据后选用进行分析。参与分析研究的项目共30个，其中有制冷数据的项目为27个，有采暖数据的项目为29个。
1.能耗统计分析
在对已建成项目进行分析时，各个项目的总制冷、供暖时间差异较大，不同项目的单位电价不同，在使用“元/平方米·季”比较其制冷季和供暖季的运行费用时，出入较大。考虑建筑物在使用地源热泵制冷和供暖时，主要消耗的是电能，在进行能耗分析时，统一为建筑物每平方米每日消耗的电能，即每日单位面积平均电耗kW·h/（m2·d）。因末端风机盘管或新风机组的电耗多数没有单独计量，在以下的分析中，均没有计算其能耗。而实际运行中，末端风机盘管功率虽小，但数量较多，其耗电量也不容忽视。
统计软件使用的是SPSS，即社会科学统计软件包，利用其统计分析过程中的描述性统计功能，对地源热泵项目的制冷和采暖每日单位面积平均电耗进行一维频数分布统计，计算了Mean（均值）、Median（中位数）、Std.Deviation（标准差）、Variance（方差）、Range（极差）等统计描述指标；利用SPSS的绘图系统，绘制地源热泵项目制冷和供暖每日单位面积平均电耗直方图。SPSS是英文Statistical Package for the Social Science的缩写，名称为社会科学统计软件包，是为了强调其在社会科学应用的一面，因为社会科学研究中的许多现象都是随机的，要使用统计学来进行研究，而实际上广泛应用于经济学、社会学、生物学、教育学、心理学、医学以及体育、工业、农业、林业、商业和金融等各个领域，是国际上最有影响的三大统计软件之一。
1）统计频数表
将所取得的数据，进行科学的分组和归纳，使原始资料系统化、条理化，以利于下一步计算统计指标和分析。把地源热泵夏季、冬季每日单位面积平均耗电量，按0.05kW·h/（m2·d）的间距进行分组，计算其频数分布和频率分布，见表7-1和表7-2。各组包含数据的次数称为频数，各组次数与总次数之比称为频率。频数分布就是数据按其分组标志分配在各组内的次数，由分组标志序列和各组相对应的分布次数两个要素构成，由分组标志序列和各组相应的频率构成频率分布。
由以上两个频数分布表，可以看出地源热泵夏季每日单位面积平均耗电量，集中在0.10～0.25kW·h/（m2·d）的区距上，计20个项目，占27个项目的74.1%；地源热泵冬季每日单位面积平均耗电量，集中在0.18～0.38kW·h/（m2·d）的区距上，计18个项目，占29个项目的62%。
表7-1 地源热泵制冷电耗频数分布表
表7-2 地源热泵采暖电耗频数分布表
表7-3 地源热泵制冷电耗统计描述指标表
2）统计描述指标
把地源热泵夏季、冬季每日单位面积平均耗电量录入到SPSS中，利用其统计分析过程中的描述性统计功能，进行一维频数分布统计，计算统计描述指标，绘制直方图。
表7-4 地源热泵采暖电耗统计描述指标表
图7-1 地源热泵制冷电耗频数分析直方图
通过统计描述指标表和频数分析直方图可以看出，地源热泵项目制冷季每日单位面积平均耗电量，最高为0.38kW·h/（m2·d），最低为0.07kW·h/（m2·d），极差为0.31kW·h/（m2·d）；采暖季每日单位面积平均耗电量，最高为0.53kW·h/（m2·d），最低为0.11kW·h/（m2·d），极差为0.42kW·h/（m2·d），表明数据离散程度大，因此，考虑计算其电耗的常见值。
其数据离散程度大，均值受极端值的影响较大。计算常见值时，使用中位数来计算。因为中位数是数据排序后，位置在最中间的数值。中位数将数据分成两半，一半数据比中位数大，一半数据比中位数小。用中位数来代表总体标志值的一般水平，可以避免代表值受数列中极端值的影响，稳定性比较好。取0.6倍中位数之间的距离，它所对应的电耗范围就是常见值变化范围。地源热泵项目制冷季每日单位面积平均耗电量的常见值为0.11～0.20kW·h/（m2·d），地源热泵项目采暖季每日单位面积平均耗电量的常见值为0.17～0.32kW·h/（m2·d）。
图7-2 地缘热泵采暖电耗频数分析直方图
2.能耗对比和效益分析
1）采暖分析
为了便于其他形式的采暖方式进行比较，把地源热泵项目采暖中消耗的电力按发电煤耗法折合为标准煤，见表7-5；折合系数参考2004年全国平均火力发电煤耗，即1kW·h电力折合为354g标准煤。对比资料为中国国际工程咨询公司2001年所做的《北京城市采暖供热方式研究》；该报告中计算了属于分散的各种采暖供热方式折合为标准煤的能耗和污染物的排放量，见表7-6。
表7-5 地源热泵采暖能耗计算表
地源热泵采暖能耗的常见值范围为7.37～13.66[kg标准煤/（m2·季）]，与使用燃煤、燃气、电等采暖方式的能耗进行对比，低于集中锅炉房、电锅炉、电热膜、壁挂式燃气炉、直燃机等采暖方式的能耗；与集中锅炉房供暖能耗每平方米21.73kg标准煤相比，节能37%～66%。
表7-6 各种采暖方式能耗和污染物的排放量表
地源热泵采暖能耗数据，有28个项目低于集中锅炉房采暖能耗21.73（kg标准煤/m2·季），即96.6%；有19个项目低于地下水热泵平均采暖能耗15.5（kg标准煤/m2·季），即65.5%，所以说地源热泵系统采暖的节能效果明显。
地源热泵采暖过程中不产生污染物的排放，与集中锅炉房相比较，每个采暖季每平方米可减少烟尘34.77g、二氧化硫（SO2）326g、氮氧化物（NOx）122.7g；与壁挂式燃气炉相比较，每个采暖季每平方米可减少二氧化硫（SO2）2.95g、氮氧化物（NOx）43.37g；与直燃机相比较，每个采暖季每平方米可减少二氧化硫（SO2）2.77g、氮氧化物（NOx）40.83g。地源热泵系统供暖，减少环境污染，环境效益十分可观。
2）制冷分析
在与其他形式的制冷方式进行比较，计算地源热泵建筑物制冷消耗的电能，按制冷季90天计算制冷能耗（表7-7），与常规冷水机组进行比较。
表7-7 地源热泵制冷能耗计算表
电制冷是目前集中式空调制冷的主要形式，其使用的能源为单一电。对比资料为清华大学建筑节能研究中心做的《中国建筑节能年度发展研究报告2008》；在该报告中提供了北京高档写字楼建筑能耗调查结果，从中计取10个冷水机组的冷机和循环泵的电耗（表7-8），计算平均值为20kW·h/（m2·季）；同时参考该报告中2006年北京实测统计的采用了多种先进节能技术与措施的*空调住宅的空调电耗19.8kW·h/（m2·季），取两者的平均值，即19.9kW·h/（m2·季）作为常规冷水机组的制冷电耗进行对比。
表7-8 北京高档写字楼空调能耗调查结果表单位 单位：kW·h/（m2·季）
地源热泵制冷能耗的常见值为9.72～18.09kW·h/（m2·季），低于常规冷水机组的能耗；与常规冷水机组的能耗19.9kW·h/（m2·季）相比，节能9%～51%。地源热泵制冷能耗数据有23个项目低于常规冷水机组的能耗19.9kW·h/（m2·季），即85.2%，可以看出地源热泵系统制冷的节能效果明显。
3）费用分析
北京地区销售电价中非工业电价1～10千伏为0.6275元/kW·h，见表7-9，考虑峰、谷、平电价调节，按平均电价为0.65元/kW·h计算是合理的。采暖季按121天计算，采暖费用常见值为13.53～25.09元/（m2·季）。制冷季按90天计算，制冷费用常见值为6.32～11.76元/（m2·季）；相对于冷水机组制冷费用22元/（m2·季），燃油、燃气、电锅炉采暖费用30～50元/（m2·季），地源热泵系统运行费用要低的多。为对比方便，将电价统一按0.65元/kW·h计算，对于不同类别的项目，可按其具体电价收费来计算，会有高有低。由于建筑物实际采暖和制冷能耗与使用条件、入住率、设备效率衰减等诸多因素相关，和运行调节方法也是密切相关的，此外，地源热泵系统的冷热源部分即水井的取水和回灌条件，对主机系统的运行效率有较大影响，直接影响运行能耗。
表7-9 北京地区销售电价表
