重慶江北城CBD區(qū)域2號能源站運行現(xiàn)狀及分析

王本棟，張華玲

(重慶大學 城市建設與環(huán)境工程學院，重慶 400045)

重慶江北城CBD區(qū)域2號能源站運行現(xiàn)狀及分析

王本棟，張華玲

(重慶大學 城市建設與環(huán)境工程學院，重慶 400045)

該文綜合重慶江北城CBD區(qū)域2號能源站一期投入使用幾年來的運行數(shù)據(jù)，從江水溫度、江水源熱泵運行開啟狀況、用戶側負荷需求、冷熱源系統(tǒng)運行能效等方面進行了分析。并提出現(xiàn)階段基載機組并聯(lián)運行與夏季全蓄冷運行的建議，分析結果可為2號能源站節(jié)能運行與節(jié)費運行提供參考。

江水源熱泵；江水溫度；機組能效；能源站

0 引言

區(qū)域供冷供熱(District Heating and Cooling，DHC)系統(tǒng)是一個或幾個集中冷熱站向商業(yè)區(qū)、居住區(qū)或生產工業(yè)區(qū)等供給冷熱量，用于建筑群的供熱和空調，或生產工藝冷熱能的利用。與傳統(tǒng)的分散式供冷供熱系統(tǒng)相比，DHC系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)境效益好、系統(tǒng)熱效率高、經濟性好等優(yōu)點[1]。目前，DHC系統(tǒng)越來越受到國內外暖通空調制冷行業(yè)的重視和應用。但區(qū)域供冷供熱在實際應用中也存在一些顯著的問題。本文就以目前正在運行的重慶江北城CBD區(qū)域2號能源站為例，找出運行中存在的問題并給出建議，以期為相關人士提供參考。

1 工程概況

重慶市江北城位于重慶江北區(qū)長江、嘉陵江交匯處，東臨長江，南瀕嘉陵江；與渝中區(qū)朝天門、南岸彈子石濱江地區(qū)隔江相望，是重慶市在建的中央商務區(qū)。江北城CBD區(qū)域占地面積226.03公頃，總計建筑面積為652.60萬m2，其中地上建筑面積542.60m2，地下建筑面積110.00萬m2。江北城共分為A、B、C三個地塊，A區(qū)主要為商業(yè)用地，B區(qū)為商業(yè)、娛樂、旅游等綜合用地，C區(qū)為住宅用地。

根據(jù)項目特點采用區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)，設置了兩個能源站1、2，分別服務A區(qū)、B區(qū)。2號能源站采用了江水源熱泵+冰蓄冷的形式，目前2號能源站已經完成安裝工作投入運行。

2 運行現(xiàn)狀

目前，2號能源站服務的江北城B區(qū)已有部分用戶使用，但使用率較低。冰蓄冷裝置雖已安裝好但并未投入運行。根據(jù)江北城2號能源站運行記錄數(shù)據(jù)，分析其運行狀況。

2.1 江水溫度

實測江北城CBD區(qū)域2號能源站運行期間的江水溫度。水溫測試采用精度0.1℃的溫度計，室外溫度測試點位于2號能源站防水門外，江水溫度測試點設置在嘉陵江水面以下1m的位置，每日上午9：00和下午3：00記錄兩次，以最不利的下午3：00測試溫度作為江水溫度。由于此次一期工程采用的是滲渠取水，江水溫度理論上和機組的進水溫度存在差別。但由于輸送距離較近，加之采用了良好的保溫措施，近似認為江水的測試溫度為機組的進水溫度。2011-2013年室外溫度及江水取水溫度數(shù)據(jù)見圖1-圖3。

圖1 2011年室外溫度及江水溫度

圖2 2012年室外溫度及江水溫度

圖3 2013年室外溫度及江水溫度

從圖1-圖3可知，2011年至2013年，室外月平均溫度和江水月平均溫度最大值均出現(xiàn)8月份，室外月平均溫度最小值出現(xiàn)在1月份。2011和2013年江水月平均溫度最小值出現(xiàn)在1月份，2012年江水月平均溫度最低出現(xiàn)在2月份。2011-2013年8月份的江水平均溫度分別達到了27.42℃、27.69℃和27.33℃，2011-2013年的江水的最高溫度分別出現(xiàn)在9月、8月和8月，分別達到了31℃、30.5℃和29.5℃。

2.2 機組開啟運行情況

2 號能源站設計采用江水源熱泵+冰蓄冷冷熱源系統(tǒng)，制冷主機均為單蒸發(fā)器，蓄冰裝置為冰盤管，外融冰方式，目前能源站所選主機型號及參數(shù)見表1。夏季夜間利用谷段電價雙工況主機和三工況主機滿負荷制冰，夏季白天則由雙工況主機、三工況主機、熱泵主機及蓄冰設備融冰聯(lián)合供冷；冬季由熱泵主機和三工況主機聯(lián)合供暖。

表1 現(xiàn)有主要設備及參數(shù)

目前，由于用戶入住率低，冰蓄冷裝置雖已安裝好但并未啟用，僅開啟基載熱泵機組。基載熱泵機組為串聯(lián)運行，詳細性能參數(shù)如表2。

表2 串聯(lián)熱泵機組性能參數(shù)

2.3 用戶負荷需求

現(xiàn)階段已開始供冷供熱的建筑為金融街、大劇院和中央公園，其供冷面積和供冷負荷詳細如表3。

表3 投入使用建筑負荷概況

由于實際測試每個供冷區(qū)域負荷工作量巨大，現(xiàn)階段缺乏詳細的房間負荷狀況。我們采用設計階段根據(jù)重慶氣候狀況和建筑負荷特性，利用華電源負荷計算軟件和Dest能耗模擬軟件得出的冷指標和同時使用系數(shù)計算出了建筑的總冷負荷。

建筑的同時使用狀況：金融街一般在白天及工作日（周一至周五）使用較多，周末及晚間使用較少；大劇院則是在周末及夜晚使用時間更多，即使建筑同時使用，在設計工況下的負荷率也僅占1號基載熱泵機組名義制冷量的42%左右，如果按區(qū)域負荷同時使用特點來看，投入使用的建筑的同時供冷或供暖負荷更低。

2.4 冷熱源系統(tǒng)運行能效

根據(jù)能源站運行記錄。計算得出機房側2011-2013年期間系統(tǒng)運行的COP值如圖4所示。

圖4 機組運行COP值

其中，2011年1月1日-12月18日只有大劇院運行，2011年12月19日-2012年7月22日大劇院和金融街AB共同運行，7月23日-12月31日大劇院、金融街AB、中央公園共同運行。2013年1月1日-6月15日大劇院、金融街AB、中央公園共同運行（金融街CD間斷運行，忽略不計），2013年6月16日-12月31日，大劇院、金融街AB、中央公園、金融街CD共同運行。

COP值為冷熱源側的系統(tǒng)能效比，不包含用戶末端設備，測試方法為用2號能源站電表（精度為二級）每日記錄設備（包括機組及水泵）用電量，用熱量表（精度為二級表）每日記錄2號能源站供冷量或供熱量。夏季供冷期為5月15日-9月15日，共124天。冬季供暖期為12月15日-2月28日，共76天。從圖中可以看到供冷周期內大多數(shù)時間實測COP值在2.5～3.5之間，供暖周期內大多數(shù)時間實測COP值在2.0～3.0之間。系統(tǒng)設計能效比夏季為4.3，冬季為4.1，實測值與設計值之間有較大偏差。

不同時間的負荷率如表4（假定建筑同時使用）。

表4 投入使用建筑負荷概況

3 分析與建議

根據(jù)江北CBD實測數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段系統(tǒng)的能效比供冷周期僅能達到2.5～3.5，供暖周期為2.0～3.0，遠未達到設計值。通過現(xiàn)場調研數(shù)據(jù)結合理論分析，總結以下影響系統(tǒng)能效比的主要原因，并提出改進運行管理的建議。

（1）江水溫度。在2011-2013年主要的供冷月份5-9月江水的平均溫度均超過22℃，最高值出現(xiàn)在2012年的八月份，達到27.69355。江水最高溫度甚至超過了30℃（2011年9月最高水溫31℃，2012年八月份最高水溫30.5℃）。而機組的設計進水溫度為21℃，遠遠低于江水溫度。中央空調冷卻水系統(tǒng)是否經濟運行對整個中央空調系統(tǒng)的能效比COP值影響甚大[2]，冷卻水溫度在制冷主機正常運行范圍內每下降1℃，制冷主機效率提高約3%～5%[3]。過高的江水溫度只降低制冷主機能效比低的一個重要原因。

（2）機組連接形式。現(xiàn)在運行的兩臺主機為串聯(lián)連接。串聯(lián)的冷水機組一般適用于大溫差的空調系統(tǒng)[4]，一方面，從上游主機出來的冷凍水進入下游主機溫度已經比較低，進一步十冷二卻月主機能效比必然下降。另一方面，江水溫度已經比較高，冷卻水冷卻一臺主機后溫度已經較高，再冷卻下一臺主機時必然造成主機能效比降低。

（3）負荷率。目前階段使用的用戶只有大劇院和金融街，且二者使用時間分散，基載機組的負荷又比較大，機組很難在高負荷率下運行，因而能效比不高（見表4）。但隨著用戶的逐漸入住，負荷的增加，機組能效比也會相應有大的提升。

（4）并聯(lián)運行。在目前負荷率較低的情況下，可采用并聯(lián)的運行模式，提高供回水溫差進而提高主機能效。

（5）夏季全蓄冷運行。2號能源站的蓄冰裝置已經安裝，在現(xiàn)在的負荷狀況下可做到全量蓄冷模式，大大減少運行費用。

4 結語

通過以上計算分析，可以看出在目前的運行狀況下，造成能源站能效比低的原因是多方面的：過高的江水溫度、串聯(lián)的機組連接形式及較低的負荷率等。隨著用戶的逐漸入住，機組負荷率會顯著提高，串聯(lián)的機組連接形式也能較好的運行，此外冷凍冷卻水泵等輔助設備的效率也會顯著提升，這種狀況會有很大的改善。2號能源站冰蓄冷裝置已經安裝，在現(xiàn)階段用戶入住率比較低的情況下，開啟蓄冰裝置，現(xiàn)有蓄冰裝置可做到全量蓄冷，能很好的解決主機效率低的問題，大幅度降低運行費用，并可為后期設計工況下的運行提供參考。

[1]ASHRAE.ASHRAE Handbook-Systems and Equipment[M].Atlanta，2000：1-34.

[2]張秀平，田旭東，鐘根仔，等.水冷冷水機組能效特征變化規(guī)律的研究[J].流體機械， 2003，36（10）:55-59.

[3]田旭東，劉華，張治平，等.高溫離心式冷水機組及其特性研究[J].流體機械，2009，37(10):53-56，73.

[4]李繼路，劉謹.冷水機組串聯(lián)在空調冷水大溫差系統(tǒng)中的應用[J].節(jié)能與環(huán)保，2004（11）:11-19.

Analysison Current Operation Statusof Energy Station 2 in Central Business District in Jiangbei,Chongqing

Based on theoperation data of energy station 2 in the centralbusinessdistrictof Jiangbeidistrict in Chongqing,related situationsare analyzed from riverwater temperature,the operation condition of riverwater source heatpump,users'demand for lateral load aswellasheating and cooling system,and suggestions for paralleloperation of base load unitand summer cooling operation are presented.Theanalysis can offer some references forenergy saving operation and cost reduction of energy station 2.

watersourceheatpump；riverwater temperature；crew efficiency；energy station

TU 831.3+8

A

1671-9107（2014）06-0063-03

基金論文：該論文為重慶市可再生能源建筑應用城市示范配套能力建設項目論文之一。

10.3969/j.issn.1671-9107.2014.06.063

2014-05-09

王本棟（1990-），男，山東濟寧人，碩士研究生，主要從事暖通空調和建筑節(jié)能研究工作。

孫蘇，李紅