江蘇某產(chǎn)業(yè)園區(qū)動力站水蓄能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

摘 ?要：水蓄能中央空調(diào)系統(tǒng)可以實現(xiàn)電力削峰填谷，利用峰谷電價差，有效節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)運行費用，在工業(yè)園區(qū)、機(jī)場、商業(yè)綜合體、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。^[1]水蓄能中央空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)中央空調(diào)相比，運行費用可節(jié)省25%～60%。由于水蓄冷系統(tǒng)的系統(tǒng)形式靈活多樣，在設(shè)計中需要結(jié)合項目具體情況進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：水蓄能;地源熱泵;消防水池;水罐;運行模式

中圖分類號：TU831 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ??文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

本項目位于江蘇省某產(chǎn)業(yè)園區(qū)。原設(shè)計動力站設(shè)置3臺地源熱泵機(jī)組，為產(chǎn)業(yè)園實驗樓和活動中心夏季供冷，冬季供熱。增設(shè)水蓄能系統(tǒng)設(shè)計后，削減1臺地源熱泵機(jī)組及其配套設(shè)施。夜間低谷電價時段，利用園區(qū)容積約600m?的消防水池夏季蓄冷，室外空地新建1個容積約600m?的蓄能水罐，夏季蓄冷，冬季蓄熱。

本文就該蓄能系統(tǒng)的負(fù)荷計算、系統(tǒng)原理、系統(tǒng)設(shè)計、運行策略以及經(jīng)濟(jì)效益給出詳細(xì)分析。

1工程概況

1.1項目基本情況

本項目所述某產(chǎn)業(yè)園區(qū)位于江蘇省鹽城市，園區(qū)內(nèi)建設(shè)有國家地方風(fēng)電聯(lián)合工程實驗室。其中，綜合實驗室面積約10000㎡，員工活動中心面積約500㎡。集中空調(diào)系統(tǒng)夏季供冷，冬季供熱。

1.2?當(dāng)?shù)仉娰M情況

為鼓勵調(diào)峰用電，充分利用現(xiàn)有的電力資源，江蘇省提出了一系列的鼓勵措施，如推行峰谷分時電價政策，分時電價表如表1所示。

2 水蓄能空調(diào)方案

2.1水蓄能空調(diào)概述

本產(chǎn)業(yè)園冬季供熱，夏季供冷。冷熱源方案為地源熱泵機(jī)組+水蓄能系統(tǒng)。在夜間低谷電價時段，水蓄能系統(tǒng)冬季利用蓄水罐蓄熱，夏季利用消防水池和蓄水罐聯(lián)合蓄冷。白天電價高峰時段，優(yōu)先使用蓄能系統(tǒng)供冷/供熱，不足部分開啟地源熱泵補足。

2.2系統(tǒng)逐時負(fù)荷計算

2.2.1 逐時冷負(fù)荷計算

綜合實驗室和員工服務(wù)中心設(shè)計冷負(fù)荷約2210kW?？紤]各時段室外氣候條件的變化以及室內(nèi)使用需求的不同，用逐時負(fù)荷系數(shù)計算各時段用戶的逐時負(fù)荷。^[2]其中，綜合實驗室在夜間根據(jù)使用情況，可能會有用冷需求。冷負(fù)荷峰值出現(xiàn)在14：00前后。計算得到的逐時冷負(fù)荷變化情況見圖1。

2.2.2 逐時熱負(fù)荷計算

綜合實驗室和員工服務(wù)中心設(shè)計熱負(fù)荷約1950kW。綜合實驗室在夜間仍有部分實驗室有用熱需求，夜間有防凍采暖。熱負(fù)荷峰值出現(xiàn)在早晨9：00前后，如圖2所示。

2.3 蓄放能系統(tǒng)設(shè)計

地源熱泵機(jī)房建筑面積250㎡，位于地面停車場下方。消防水池與地源熱泵機(jī)房毗鄰，存水量約600m?。室外蓄能水罐距地源熱泵機(jī)房約100m。除蓄能水罐與消防水池布水設(shè)施之外，其余設(shè)備均設(shè)置于地源熱泵機(jī)房內(nèi)。

2.3.1地源熱泵機(jī)組

選用2臺地源熱泵機(jī)組為系統(tǒng)供冷供熱，并且完成蓄冷蓄熱。當(dāng)實驗室夜間無供冷需求時，可采用2臺地源熱泵機(jī)組同時蓄冷，如表2所示。

2.3.2消防水池

利用消防水池蓄冷，水池容積約600m?，蓄冷量為4150kWh。

規(guī)范規(guī)定：蓄冷水池的設(shè)計，應(yīng)充分利用工程項目的消防水池，將其改造成蓄冷水池，少占建筑面積和空間。蓄冷水池用于冬天蓄熱時應(yīng)另設(shè)置消防水池。^[3]

2.3.3蓄能水罐

新建1個蓄能水罐，容積約600m?，直徑8.4m，高約11m。最大蓄冷量約為4150kWh，最大蓄熱量約為4950kWh。

由于水罐與消防水池的液位不在同一高度，因此在系統(tǒng)運行中，需要嚴(yán)格隔離水池和水罐，當(dāng)其中一個容器完成充放冷后，才能切換至另一個容器。防止系統(tǒng)水由水罐倒灌至消防水池。

2.3.4系統(tǒng)流程設(shè)計及工況切換

水蓄能系統(tǒng)通常有以下種運行模式：地源熱泵蓄能、地源熱泵單獨供能、水罐或水池單獨供能和地源熱泵與蓄能設(shè)施聯(lián)合供能。系統(tǒng)流程簡化示意圖見圖3。

3水蓄冷系統(tǒng)運行策略分析

水蓄能系統(tǒng)根據(jù)不同的負(fù)荷情況，需合理運行2臺地源熱泵機(jī)組與蓄能系統(tǒng)，使得系統(tǒng)處于費用最優(yōu)狀態(tài)。蓄熱系統(tǒng)與蓄冷系統(tǒng)運行策略類似，且僅由水罐參與蓄熱，消防水池在供熱季切出，運行工況比蓄冷系統(tǒng)更簡潔，此處僅以蓄冷系統(tǒng)為例詳述系統(tǒng)運行策略。

3.1 100%冷負(fù)荷時的運行策略

在電力低谷時段（24：00-8：00）使用1臺額定制冷量884kW的地源熱泵蓄冷，蓄冷8個小時。在白天運行時，開啟2臺地源熱泵與水池或水罐聯(lián)合供冷。

3.2 75%冷負(fù)荷時的運行策略

在電力低谷時段使用1臺884kW的地源熱泵蓄冷，蓄冷8個小時。在白天運行時，電價高峰時段，開啟1臺442kW的地源熱泵與水池或水罐聯(lián)合供冷;電價平價時段，開啟2臺地源熱泵與水池或水罐聯(lián)合供冷。

3.3 50%冷負(fù)荷時的運行策略

在電力低谷時段使用1臺884kW的地源熱泵蓄冷，蓄冷8個小時。在白天運行時，電價高峰時段，由水池或水罐單獨供冷，不必開啟冷機(jī);電價平價時段，開啟1～2臺地源熱泵供冷。

3.4 25%冷負(fù)荷時的運行策略

在電力低谷時段使用1臺884kW的地源熱泵蓄冷，蓄冷7.3個小時。在白天運行時，由水池或水罐單獨供冷，不必開啟冷機(jī)。

4 水蓄能空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析

為了便于直觀比較，將水蓄能系統(tǒng)與常規(guī)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運行電費進(jìn)行對比。

4.1供冷季運行電費對比

產(chǎn)業(yè)園區(qū)的供冷季為4月底至10月初，共計165天。水蓄冷空調(diào)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的運行電費對比見表3。

由上表3可知，一個供冷季，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運行電費約為66.85萬元，水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運行電費約為50.81萬元，可節(jié)約運行電費約16.04萬元。

4.2供暖季運行電費對比

產(chǎn)業(yè)園區(qū)的供熱季為12月初至3月初，共計105天。水蓄熱空調(diào)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的運行電費對比見表4。

由上表4可知，一個供熱季，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運行電費約為43.15萬元，水蓄熱空調(diào)系統(tǒng)運行電費約為31.19萬元，可節(jié)約運行電費約11.96萬元。

4.3綜合經(jīng)濟(jì)效益

4.3.1運行電費節(jié)費情況

綜和上述兩小節(jié)所述，采用水蓄能系統(tǒng)后，供冷季可節(jié)約運行電費16.04萬元，采暖季可節(jié)約運行電費11.96萬元，空調(diào)系統(tǒng)年節(jié)約運行電費約28萬元。

4.3.2初投資分析

原常規(guī)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)共配置3臺地源熱泵，2臺額定制冷量884kW，1臺制冷量442kW。采用水蓄能系統(tǒng)后，削減了1臺制冷量為884kW的地源熱泵及其配套打井費用、地源側(cè)水泵等附屬設(shè)備和管路的投資，約節(jié)約費用170萬元。新增水蓄能系統(tǒng)所有設(shè)備、管線、成套控制系統(tǒng)投資約220萬元，則開展水蓄能系統(tǒng)增加初投資約50萬元，年節(jié)約電費28萬元，項目靜態(tài)投資回收期約為1.79年。

5結(jié)語

本工程采用水蓄能與地源熱泵結(jié)合的技術(shù)形式，充分利用天然冷熱源資源，利用分時峰谷電價政策，移峰填谷，平衡電網(wǎng)負(fù)荷，有利于國家電網(wǎng)的安全運行。水蓄能系統(tǒng)的投入，年節(jié)約運行電費約28萬元，節(jié)費比例可達(dá)25%，連續(xù)運行15年可節(jié)約約運行電費420萬元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

水蓄能技術(shù)和地源熱泵技術(shù)均是入選《國家重點節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄》的空調(diào)節(jié)能節(jié)費技術(shù)，其綠色低碳的屬性，可為業(yè)主樹立良好的綠色低碳品牌形象，提高社會公信度。

參考文獻(xiàn)

[1]方貴銀.蓄能空調(diào)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]趙慶珠.蓄冷技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計[M].中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院，2009全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施（暖通空調(diào)動力）[M].北京：中國計劃出版社，2009.

收稿日期：2019-06-22

作者簡介：葛然（1986—），女，河北張家口人，碩士，工程師，研究方向：蓄冷蓄熱空調(diào)系統(tǒng)。