利用深井地热水作为辅助热源的水源热泵系统节能分析
| 摘要 本文介绍了北京大学进行深井地热供暖示范工程项目和地热能梯级利用技术研究两个项目的中试工程综合情况。文中介绍了为本校经管学院楼中2000平米办公区地热供暖（兼制冷）中试工程系统概况，利用深井地热时热泵的选择及热泵的COP值，系统设计时的考虑因素，动态实验，地热利用开式系统的运行总效率η，地热利用率ξ之间的关系等。 关键词 深井地热 梯级利用 水源热泵 建筑物采暖 | |
一、概述 |
综合以上考虑，本中试系统如图5所示。测试使用的仪器的不确定度：见表一
1-生产井2-回灌井3-水处理设备4-板式换热器
5，6-地热直接利用极7-地热作为辅助热源的间接利用级8-终端采暖和制冷设备
T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8，T9，T1，T11，T12，T13，T32，T39--温度传感器
图5 中试工程实验系统及仪器
直接测试参数和参数的不确定度 表一
| 基本参数 | 计算参数 | ||||||
| 水温 | 水温差 | 空气温度 | 水流量 | 输入电功率 | 制热量 | 热力循环特性系数 | 总效率 |
| T | ΔT | T | W | N | Q | COP | η |
| （℃） | （℃） | （℃） | （m3/hr） | (KW) | (KW) | 1 | 1 |
| ±1% | ±2% | ±2% | ±2% | ±2% | ±3.8% | ±3.8% | ±3.8% |
五、运行效果及系统评价
1．运行效果：地热水经过板换热后，直接供暖及热泵间接供暖的建筑物，冬暖夏凉。大厅16℃左右，温度梯度合理。室温由用户自行控制，部分由计算机网张控制，一般在22℃左右。凡是有计算机控制的房间，室温都比较合理，在夜间不供暖时室温降至12℃-16℃左右。动态测试一个半冬季，用户满意。
2．系统评价：
主要计算公式：
COP=Q1/N1 （1）
η=∑Q/∑N （2）
ξ=（T01-T02）/（T01-Tave） （3）
式中：
∑Q = Q1+ Q2 （4）
Q1=W2（T4-T5） （5）
Q2=W1（T1-T2） （6）
∑N= N1+ N2+ N3+ N4+ N5>+ N6 （7）
式中符号：
| COP--热泵热力循环特性系数 | T01--地热流体供水温度（℃ ） |
| N1--热泵输入功率（KW） | T02--地热流体回灌水温度（℃ ） |
| N2--潜水泵输入功率（KW） | T1--热泵水源侧进水温度（℃ ） |
| N3--地热水管道泵输入功率（KW） | T2--热泵水源侧出水温度（℃ ） |
| N4--水源侧循环水泵输入功率（KW） | T4--负荷侧回水温度（℃ ） |
| N5--级负荷水泵输入功率（KW） | T5--负荷侧出水温度（℃ ） |
| N6--级负荷水泵输入功率（KW） | Tave--年平均空气干球温度（℃ ） |
| Q1--热泵制热量（KW） | W0--地热流体的流量（Kg/S） |
| Q2--直接利用级的散热量（KW） | W1--水源侧水流量（Kg/S） |
| ∑Q--系统散热量总和（KW） | W2--负荷侧水流量（Kg/S） |
| ∑N--系统输入电功率的总和（KW） | ξ--地热流体热能利用率 |
| η--地热供暖系统的总效率 |
3 系统总效率η：实验结果如图6所示
地热水尾水温度T02（℃ ）越低，系统总效率η越低。热泵的COP也越低。
负荷侧供水温度越低，系统总效率η及热泵的热力循环总效率COP也虎高
4 地热水热能利用率ξ：实验结果如图7所示。不采用过大的ξ值，总效率η会有所提高。
图6 不同运行条件下总效率η与地热水回灌温度T02（℃ ）之间的关系
图7 不同条件下地热水的利用系数ξ及系统总效率η
六 结论
1．系统总效率η与地热水利用率ξ可以作为地热供暖系统评价的标准之一。本系统的值可达5～9。相应ξ可达0.9～0.7。
2．深井地热水包含了热，矿，水三种成分，除冬季供暖外，另外三季皆可用来供生活热水和其他综合利用。因此与其他源热系统没有直接可比性。