某分布式能源項目空調(diào)水系統(tǒng)運行分析

張晶

（中國華電工程（集團）有限公司，北京 100160）

某分布式能源項目空調(diào)水系統(tǒng)運行分析

張晶

（中國華電工程（集團）有限公司，北京 100160）

介紹了某分布式能源項目的工程概況及設(shè)備參數(shù)，論述了運行調(diào)試中出現(xiàn)的主要問題，分析了問題出現(xiàn)的原因并給出了相應(yīng)的建議，供同類問題參考。

孤島模式；負荷分析；二級泵系統(tǒng)；平衡管；變頻運行

1 工程概況

某工程總建筑面積約25萬m2，其中地上建筑面積約17萬m2，地下建筑面積約8萬m2。主要建筑功能為辦公、會議、酒店及商業(yè)，共由4組建筑組成圍合式庭院。該項目采用天然氣冷熱電三聯(lián)供的分布式能源系統(tǒng)［1］，項目總裝機容量為6.698MW，設(shè)2臺單機容量為3.349MW的內(nèi)燃機發(fā)電機組；總供熱量為16.0MW，供冷量為11.5MW；其中三聯(lián)供部分可以提供5.816MW冷量和5.914MW熱量；按照發(fā)電并網(wǎng)不上網(wǎng)設(shè)計，不足電力部分由電網(wǎng)補充；工作半徑約500m。

自2013年11月投運以來，能源站始終處于孤島運行狀態(tài)，為園區(qū)供應(yīng)電力、空調(diào)熱水、空調(diào)冷水和生活熱水，目前入住過半，1臺發(fā)電機組運行即可滿足項目用電需求。

2 供熱（冷）設(shè)備參數(shù)

該項目空調(diào)水采用分區(qū)二級泵系統(tǒng)，各建筑分別設(shè)置二級泵。冷熱源部分（以下稱為能源站）由電力設(shè)計院負責設(shè)計，大樓側(cè)舒適性空調(diào)及二級泵房由建筑設(shè)計院負責設(shè)計，能源站供回水接至二級泵房內(nèi)的分集水器，平衡管連接在分、集水器之間。

2.1 能源站暖通主機設(shè)備參數(shù)

燃氣內(nèi)燃機煙氣及缸套水的余熱被煙氣-熱水溴化鋰機組利用，冬季供熱、夏季供冷。項目調(diào)峰采用2臺直燃機和2臺電制冷機。能源站暖通主機設(shè)備參數(shù)見表1。

2.2 二級泵房水泵參數(shù)

該工程包括＃1，＃2，＃3，＃4共4組建筑，園區(qū)根據(jù)數(shù)據(jù)機房工藝要求單獨設(shè)置一套24 h冷水管路，因此，二級泵系統(tǒng)共計5組，冬、夏季水泵分開。末端空調(diào)采用新風加風機盤管系統(tǒng)。園區(qū)總設(shè)計冷負荷為20MW，冷指標折合82W／m2；設(shè)計熱負荷為15 MW，熱指標折合75W／m2。冷、熱負荷均大于電力設(shè)計院裝機負荷，其中冷負荷多出3.8MW，熱負荷多出3.5MW；此數(shù)據(jù)為考慮同時使用系數(shù)0.88后建筑設(shè)計院給出的園區(qū)總負荷，為水泵選型依據(jù)。風機盤管和空調(diào)機組依據(jù)計算軟件房間負荷值選型，不考慮0.88的同時使用系數(shù)，因此，實際管道計算采用的負荷折算下來應(yīng)該還要再大些。二級泵房設(shè)備參數(shù)見表2。

3 運行調(diào)試中的主要問題

表1 能源站暖通主機設(shè)備參數(shù)

3.1 冷熱電負荷匹配問題

該項目電力在初期暫時不能外送，發(fā)電機的穩(wěn)定運行要求園區(qū)電力負荷達到額定發(fā)電量的50%；實際穩(wěn)定電力負荷低于1.7MW時，常常需要根據(jù)負荷變化增減電阻箱電阻把電負荷維持在1.7MW左右，隨著入住率的提高，電阻箱取消，但發(fā)電機始終沒能在額定工況3.3MW左右運行，更沒有實現(xiàn)2臺機組同時運行。

表2 二級泵房設(shè)備參數(shù)

在“以冷熱定電”［2］的設(shè)計理念下，電力設(shè)計院按照熱負荷的50%確定煙氣余熱機的制熱量，根據(jù)煙氣量確定發(fā)電量。因為對園區(qū)的電力負荷摸不準，對初期不能并網(wǎng)的情況亦估計不足，因此出現(xiàn)了需要外掛電阻箱支持發(fā)電的浪費現(xiàn)象，并且只能發(fā)揮半臺發(fā)電設(shè)備的能力，而另外一臺無法同時啟動。園區(qū)不足的冷、熱負荷需要直燃機或電制冷機來提供，沒有充分發(fā)揮分布式能源系統(tǒng)的裝機能力。如果園區(qū)冷熱負荷達到設(shè)計工況時，還無法啟動第2臺發(fā)電機，第2臺余熱機就不能貢獻熱量，將直接影響總熱量供應(yīng)，供熱效果必將受到影響。

分布式能源如果不能實現(xiàn)冷（熱）電的梯級運行，沒有理想的發(fā)電工況，沒有余熱帶動的供冷（熱），跟普通制冷站（熱力站）就沒有區(qū)別，投資增加，經(jīng)濟性變差，更談不上能量梯級利用的節(jié)能效益。

分析上網(wǎng)之后可能帶來的問題：2臺發(fā)電機同時運行，當冷熱負荷較低時，煙氣熱量會白白排掉很多，不能實現(xiàn)真正意義上的三聯(lián)供，分布式項目的經(jīng)濟性也得不到很好的體現(xiàn)，投資回收期必將延長。

3.2 一級側(cè)與二級側(cè)供水溫度的偏差問題

空調(diào)水系統(tǒng)與樓宇自控系統(tǒng)的同步調(diào)試，很好地監(jiān)測了暖通系統(tǒng)運行參數(shù)的合理性，對暖通系統(tǒng)的運行可起到積極作用。夏季調(diào)試初期，能源站只開啟1臺余熱機時，負荷側(cè)每個子系統(tǒng)均簡單開啟2臺泵工頻運行，各分系統(tǒng)熱計量表反饋供水溫度值始終高于能源站出水溫度，最多高出3～4℃，而二級泵側(cè)的系統(tǒng)流量也遠遠高于一級側(cè)；冬季調(diào)試初期，水泵工頻運行時，二級側(cè)供水溫度在調(diào)試初期低于一級側(cè)的供水溫度，二級泵側(cè)的系統(tǒng)流量也同樣高于一級側(cè)。水溫的偏差導(dǎo)致末端空調(diào)設(shè)備換熱效率降低。

3.3 一級泵的選型問題

該工程一級泵由電力設(shè)計院設(shè)計，水泵流量根據(jù)供熱機組額定負荷確定，水泵揚程偏大，導(dǎo)致水泵實際工作點偏移，1臺余熱機和1臺直燃機同時運行時，水泵總流量達到850m3／h，而設(shè)計值為485 m3／h，高于設(shè)計值75%。因此，在機組額定出力時，供、回水溫差必然小于機組設(shè)計溫差。

4 問題分析

（1）根據(jù)《高層民用建筑空調(diào)設(shè)計》［3］：平衡管有流量是因為次級泵總供水量與初級泵總供水量有差值，相差的部分即從平衡管流過。因為該工程由兩家不同設(shè)計院設(shè)計，其在總負荷確定上一直存在分歧，而且經(jīng)專家論證也沒有實現(xiàn)統(tǒng)一，直接影響水泵選型，使得一級泵與二級泵流量不匹配。在設(shè)計工況下，末端的總需求大于能源站的提供能力，在開啟多臺二級泵時，一級側(cè)的流量小于二級側(cè)，不足的二次流量通過平衡管補足，導(dǎo)致回水與供水混合，供水溫度提高。

（2）雖然裝機時一級側(cè)與二級側(cè)存在負荷的分歧，但對每一個特定的實際工況，一級側(cè)與二級側(cè)的負荷是相同的。根據(jù)末端需求變化，二級側(cè)與一級側(cè)都需做出很好的反應(yīng)。運行調(diào)試的目的就是使一級側(cè)和二級側(cè)設(shè)備運行在每個特定工況下，其參數(shù)（流量、溫差）都符合規(guī)范要求，即以設(shè)計溫差（冬季10℃，夏季7℃）為參照，調(diào)整水泵頻率，降低水泵流量。

（3）調(diào)試時通過摸索手動加泵及手動變頻情況，掌握系統(tǒng)流量變化規(guī)律。并聯(lián)運行后的水泵流量，既不是單臺泵運行時流量的倍數(shù)，更不是銘牌流量的倍數(shù)。實際工況與《全面水力平衡》［4］中并聯(lián)曲線非常一致，3臺泵并聯(lián)的流量比2臺泵并聯(lián)沒有明顯提高。并聯(lián)泵選型時，建議減少并聯(lián)水泵數(shù)量，盡量節(jié)省機房面積和水泵閑置時間。

（4）二級泵系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是以平衡管為界，一級泵克服平衡管以下的水路阻力，二級泵克服平衡管以上環(huán)路和用戶側(cè)的阻力。該工程一級泵克服的阻力估計過大，導(dǎo)致水泵流量增大。

由于一級側(cè)水泵流量可調(diào)性較差，一級側(cè)流量反而大于調(diào)試理想后的二級側(cè)，可以判定：供水通過平衡管流向回水。此時，一級側(cè)溫差小于二級側(cè)。由于一級泵流量大，對供熱機組供水溫度的提高也會有一定影響。

（5）無論平衡管水流向如何，都不是理想設(shè)計，理想的狀態(tài)平衡管流量應(yīng)該趨于0。水泵設(shè)計時應(yīng)考慮負荷變化因素，增加可調(diào)性，從而減少水泵的耗電量。并且一級泵、二級泵應(yīng)綜合考慮選型，以滿足節(jié)能規(guī)范要求的循環(huán)水泵耗電輸冷（熱）比。

（6）該工程水泵廠家要求15 kW以上的水泵頻率最低到35Hz，水泵頻率變化范圍只有35～50Hz。二級泵以溫差為變頻依據(jù)（溫差設(shè)定值夏季為7℃，冬季為10℃），水泵實現(xiàn)自動變頻運行。注意保持各二級泵總循環(huán)水量低于一級泵，供水溫度基本與供熱（冷）機組出水溫度一致，各子系統(tǒng)供回水溫差趨于一致。

一級側(cè)因水泵選型偏大，可調(diào)性不理想，在大流量、小溫差狀態(tài)運行。一級泵多余部分水量通過平衡管流回供熱機組。

5 結(jié)論

（1）分布式能源系統(tǒng)的負荷分析，應(yīng)分為2部分考慮：總冷、熱負荷與發(fā)電機煙氣余熱提供的冷、熱負荷，相關(guān)規(guī)程的編制需給出可操作的原則。應(yīng)以提高發(fā)電及煙氣余熱機組供冷（熱）的運行小時數(shù)為出發(fā)點，并網(wǎng)機組著重關(guān)注冷（熱）負荷的低負荷工況，孤島運行機組著重考慮電力低負荷工況，避免能源浪費。

（2）電力設(shè)計院與建筑設(shè)計院采用的負荷計算軟件不同，計算的側(cè)重點不同，并且最終同時使用系數(shù)的選取受主觀因素的影響較大，導(dǎo)致設(shè)備選型存在分歧。同一個工程應(yīng)該統(tǒng)一設(shè)計思想，為運行管理提供方便。

（3）二級泵系統(tǒng)力爭平衡管流量為0。

（4）設(shè)計階段的精益求精是運行節(jié)能的基礎(chǔ)，否則運行節(jié)能更多的是彌補設(shè)計缺陷了。

（5）運行時盡量保證各并聯(lián)系統(tǒng)溫差一致，并且接近設(shè)計溫差，避免大流量、小溫差浪費現(xiàn)象的出現(xiàn)。

［1］殷平.冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)研究（1）分布式能源還是冷熱電三聯(lián)供［J］.暖通空調(diào)，2013，44（4）：10-17.

［2］殷平.冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)研究（2）冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是否應(yīng)該“以熱定電”［J］.暖通空調(diào)，2013，44（5）：82-87.

［3］潘云鋼.高層民用建筑空調(diào)設(shè)計［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003：157-169.

［4］羅伯特·珀蒂瓊.全面水力平衡暖通空調(diào)水力計算設(shè)計與應(yīng)用手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009：49.

（本文責編：白銀雷）

TM 615

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1674-1951（2015）07-0073-03

張晶（1971—），女，北京人，高級工程師，從事暖通專業(yè)技術(shù)管理方面的工作（E-mail：zhangjing＠chec.com.cn）。

2014-12-23；

2015-06-10