武漢光谷金融港1期區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

艾 愛(ài) 鐘 凡

武漢光谷金融港1期區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

艾 愛(ài) 鐘 凡

武漢光谷節(jié)能技術(shù)有限公司

介紹了武漢金融港產(chǎn)業(yè)園區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)；采用滿負(fù)荷當(dāng)量法對(duì)該園區(qū)空調(diào)能耗進(jìn)行了計(jì)算及總結(jié)，首次提出了武漢地區(qū)辦公產(chǎn)業(yè)園區(qū)的滿負(fù)荷當(dāng)量時(shí)間參考數(shù)據(jù)；通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比得出：DHC的運(yùn)行優(yōu)化措施在系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行中起到至關(guān)重要的作用。

區(qū)域供冷供熱負(fù)荷率能耗當(dāng)量滿負(fù)荷時(shí)間法

0 引言

區(qū)域供冷供熱技術(shù)（又稱DHC系統(tǒng)），從上個(gè)世紀(jì)70年代即開(kāi)始出現(xiàn)，目前在世界上發(fā)展技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。國(guó)家“十一五”節(jié)能減排政策出臺(tái)之后，DHC技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到了空前的推廣。

雖然我國(guó)DHC系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，但目前其相關(guān)運(yùn)行研究數(shù)據(jù)仍較缺乏；另一方面，由于人員運(yùn)行管理不當(dāng)?shù)纫蛩兀S多DHC項(xiàng)目仍面臨著能效比低下的問(wèn)題，使得原本為節(jié)能的系統(tǒng)運(yùn)行成本居高不下，從而導(dǎo)致DHC系統(tǒng)的推廣受到嚴(yán)重阻礙。

筆者從武漢金融港產(chǎn)業(yè)園區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)出發(fā)，首次采用了滿負(fù)荷當(dāng)量法對(duì)武漢辦公產(chǎn)業(yè)園區(qū)進(jìn)行了分析，得到了寶貴的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；同時(shí)，針對(duì)該區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)運(yùn)行中的成功經(jīng)驗(yàn)提出了對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行管理采取優(yōu)化措施的建議。

1 工程概況

武漢光谷金融港位于國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū)——武漢東湖新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，由武漢光谷金融港公司負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)營(yíng)運(yùn)工作，項(xiàng)目由加拿大AAI國(guó)際建筑師事務(wù)所擔(dān)綱整體規(guī)劃。整個(gè)規(guī)劃用地1600畝，規(guī)劃建筑面積160萬(wàn)m2，容積率1.66，將分成綜合后臺(tái)服務(wù)區(qū)、研發(fā)培訓(xùn)服務(wù)區(qū)和配套服務(wù)區(qū)等多個(gè)功能區(qū)域。目前，該項(xiàng)目響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，采用分布式能源系統(tǒng)，分別建設(shè)了金融港1期（25萬(wàn)m2）、2期（40萬(wàn)m2）DHC系統(tǒng)，遠(yuǎn)期還將建設(shè)3期（28萬(wàn)m2）等，為園區(qū)集中供冷供熱；其冷熱源采用了關(guān)山熱電廠的余熱蒸汽，有效實(shí)現(xiàn)了天然氣的梯級(jí)利用，同時(shí)提高了電廠的蒸汽利用率，從而大大減少了碳排放，緩解了園區(qū)熱島效應(yīng)，為辦公園區(qū)綠色舒適環(huán)境的打造創(chuàng)造了良好條件。

目前金融港1期DHC項(xiàng)目已成功運(yùn)行2年，本

文將對(duì)其空調(diào)用能及運(yùn)行的情況做出分析。

2 武漢金融港1期DHC項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范。

1）夏季氣候參數(shù)

①夏季大氣壓：99970Pa

②空調(diào)室外干球溫度：35.3℃

③通風(fēng)室外干球溫度：32℃

④空調(diào)室外濕球溫度：28.4℃

⑤空調(diào)室外日平均溫度：31℃

⑥通風(fēng)室外相對(duì)濕度：67%

⑦室外平均風(fēng)速：3.6m/s

⑧大氣透明度等級(jí)：4

2）冬季氣候參數(shù)

①冬季大氣壓：102450Pa

②冬季室外供暖計(jì)算干球溫度：0.1℃

③冬季通風(fēng)計(jì)算溫度：0.1℃

④冬季室外空調(diào)計(jì)算干球溫度：-2.4℃

⑤空調(diào)相對(duì)濕度：67%

⑥室外平均風(fēng)速：3.7m/s

⑦最多風(fēng)向平均風(fēng)速：6.1m/s

2.2 空調(diào)冷熱源

空調(diào)冷熱源采用電廠發(fā)電后的余熱蒸汽，根據(jù)測(cè)算，本項(xiàng)目最大滿負(fù)荷時(shí)的小時(shí)蒸汽用量為28.6t/h，采用1.6MPa160℃的高溫蒸汽。

在夏季，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用4臺(tái)400萬(wàn)kcal的溴化鋰制冷機(jī)組制冷和1臺(tái)200萬(wàn)kcal冰蓄冷螺桿機(jī)聯(lián)合制冷，系統(tǒng)總設(shè)計(jì)制冷量為：20.6MW（設(shè)計(jì)工況）；冬季采用兩臺(tái)9MW汽水換熱機(jī)組供暖，總設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為12.7MW（設(shè)計(jì)工況）；系統(tǒng)末端采用直接連接與間接連接混用的方式，且采用大溫差輸送，夏季空調(diào)供應(yīng)設(shè)計(jì)溫度為6.5/13℃，冬季為60/50℃；用戶側(cè)的空調(diào)形式主要以風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)為主，少數(shù)數(shù)據(jù)機(jī)房采用多聯(lián)機(jī)。

考慮用戶入駐進(jìn)度的影響，能源站考慮預(yù)留設(shè)備吊裝孔和設(shè)備運(yùn)輸通道，設(shè)備則根據(jù)用戶需求的進(jìn)度實(shí)施分批建設(shè)；這樣做的目的是為了減小初期投入的成本，在資金投入的方式上更加靈活。

2.3 年空調(diào)用能分析

由于初期冰蓄冷設(shè)備并未使用，因此金融港1期主要仍然采用溴化鋰制冷，冬季依靠換熱板換進(jìn)行制熱。

2.3.1 滿負(fù)荷當(dāng)量時(shí)間計(jì)算

根據(jù)園區(qū)2012年運(yùn)行情況，夏、冬季用量如圖1～2所示。

圖1 金融港1期年用冷量負(fù)荷柱狀圖

圖2 金融港1期年用熱量負(fù)荷柱狀圖

通過(guò)逐時(shí)負(fù)荷監(jiān)測(cè)，夏季7月底8月初時(shí)用能出現(xiàn)峰值，此時(shí)單位面積用冷量為91W/m2；冬季1月底2月初出現(xiàn)峰值，此時(shí)單位面積用熱量為75 W/m2。根據(jù)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間的定義[1]，有：

式中：σER、σEB為夏、冬季當(dāng)量滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間，h；Qc、Qh為全年空調(diào)冷、熱負(fù)荷，kJ/a；Qr、Qb為冷機(jī)、換熱器的最大出力，kJ/h。

通過(guò)計(jì)算可知，本項(xiàng)目σER＝530h，σEB＝581h。同比日本尾島俊雄通過(guò)實(shí)測(cè)整理出的資料而言，本項(xiàng)目實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)夏季略少，冬季略多；其主要原因經(jīng)分析有以下幾點(diǎn)：

①夏季周六、周日有很少用戶需加班，設(shè)備處于部分負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間較多；

②冬季供應(yīng)時(shí)間比常規(guī)90天多出了12天，接近夏季供冷時(shí)間長(zhǎng)度，整體負(fù)荷用量偏大。

且當(dāng)量滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間與建筑物的功能、性質(zhì)、空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能方式等均有關(guān)系，建議可以根據(jù)日后的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整[2]。

2.3.2 負(fù)荷率

全年空調(diào)冷負(fù)荷（或熱負(fù)荷）與制冷機(jī)（或換熱器）在累計(jì)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)總的最大出力之和的比例，稱為負(fù)荷率ε[1]，即

式中：Tr、Tb分別為夏、冬季設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，h。

因此：

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，夏季能源站共計(jì)運(yùn)行125天，冬季共計(jì)運(yùn)行102天，每天平均運(yùn)行10h，可得：εR＝0.42，εB＝0.57。

從目前的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，金融港1期的空調(diào)夏季整體用量是偏低的，因此負(fù)荷率也偏低，而冬季的負(fù)荷率則較為合適[3]。

2.3.3 系統(tǒng)能耗的計(jì)算

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目的設(shè)備參數(shù)一覽如表1。

表1 系統(tǒng)主要設(shè)備一覽表

1）設(shè)備耗電量計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)[1]中表18.3-2所示，計(jì)算項(xiàng)目的設(shè)備耗電量如表2。

表2 系統(tǒng)設(shè)備耗電量計(jì)算表

表3 系統(tǒng)設(shè)備燃料耗量計(jì)算表

2）設(shè)備耗汽量計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)[1]中表18.3-3所示，計(jì)算項(xiàng)目的設(shè)備燃料耗量如表3。

3）設(shè)備耗水量計(jì)算

冷卻塔全年的總循環(huán)水量WCTA（m3/a）按下式計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算得：WCTA=1840000m3/a。

冷卻塔的補(bǔ)水量QWCT（m3/a）按下式計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算得：QWCT=36800m3/a。

2.4 優(yōu)化措施

本項(xiàng)目針對(duì)集中能源站采取的運(yùn)行控制優(yōu)化措施有：

1）水泵變頻。根據(jù)回水溫度調(diào)節(jié)水泵電流頻率，采用水泵變頻的方式，同時(shí)輔助水泵臺(tái)數(shù)控制[4]。

2）提升水溫參數(shù)。在部分負(fù)荷下，根據(jù)水溫參數(shù)當(dāng)提高供水溫度，提高主機(jī)能效比[5]。

3）在板換機(jī)組和主機(jī)上安裝蒸汽流量調(diào)節(jié)閥，根供回水溫度參數(shù)調(diào)節(jié)蒸汽流量。

4）冷卻塔采用常規(guī)的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)控制，根據(jù)供回水溫度參數(shù)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)。

5）冷卻塔采用節(jié)水型冷卻塔，減少飄散水損失。

通過(guò)采取運(yùn)行管理優(yōu)化措施，系統(tǒng)年運(yùn)行耗量明顯節(jié)省，表4為年能耗對(duì)比。

表4 系統(tǒng)能耗量對(duì)比一覽表

3 結(jié)論

根據(jù)本文論述內(nèi)容，得出以下結(jié)論：

1）武漢地區(qū)辦公產(chǎn)業(yè)園區(qū)夏季供冷冬季供熱，平均日工作時(shí)間10h，則滿負(fù)荷當(dāng)量時(shí)間為夏季至少530h，冬季至少580h，負(fù)荷率均低于0.6。

2）對(duì)于大型DHC系統(tǒng)，采取運(yùn)行管理的優(yōu)化措施，將對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行至關(guān)重要：

①對(duì)于大型的DHC系統(tǒng)，采取水泵變頻的運(yùn)行方式，可至少節(jié)省電成本14%；

②對(duì)于以余熱蒸汽為冷熱源的DHC系統(tǒng)，蒸汽流量的調(diào)節(jié)與控制可較大程度節(jié)省系統(tǒng)的運(yùn)行成本；③冷卻塔的選擇直接決定系統(tǒng)的水能耗成本，因此采用節(jié)水型的冷卻塔將有效減少水能耗成本。

[1]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011

[2]江億,王剛.區(qū)域供冷系統(tǒng)能耗分析[J].暖通空調(diào),2008,38(1): 26-40

[3]張恩祥,李春旺,陳淑琴,等.辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗評(píng)價(jià)及節(jié)能潛力分析[J].節(jié)能技術(shù),2008,(4):12-15

[4]蔡亞橋.改變動(dòng)力流量調(diào)節(jié)方式的節(jié)能研究[D].武漢:武漢科技大學(xué),2006

[5]甕文兵,宋振寧,陳劍波,等.空調(diào)系統(tǒng)變水溫調(diào)節(jié)的特性實(shí)驗(yàn)及節(jié)能分析[J].制冷與空調(diào),2007,(1):43-46

Ope ra tion Optim iza tion of Dis tric t He a ting a nd Cooling Sys te m of Wuha n Optic s Va lle y Fina nc ia l Ha rbor Pha s e I

AI Ai,ZHONG Fan
Wuhan Optics Valley Energy Saving Technology Co.Ltd.

describes the district heating and cooling system.analyses and summarizes the energy consumption with the equivalent full load hours method.provides reference data of Office Industrial Park in Wuhan for the first time.By comparing with the actual operation data,suggests that operation optimization of DHC is very important for the system energy saving.

DHC,air-conditioning load rate,energy consumption,equivalent full load hours method

1003-0344（2014）04-103-4

2013-7-16

艾愛(ài)（1984～），女，大學(xué)，工程師；武漢市東湖新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)光谷大道77號(hào)光谷金融港A3棟2樓（430000）；E-mail:you1984117@163.com