多能互補(bǔ)供冷供熱系統(tǒng)改造項(xiàng)目運(yùn)行研究
——地源熱泵、太陽(yáng)能及谷電蓄熱系統(tǒng)的互補(bǔ)應(yīng)用

劉 權(quán)，趙麗麗

（1.沈陽(yáng)市城市公用事業(yè)發(fā)展中心，遼寧 沈陽(yáng) 110014；2.沈陽(yáng)欣榮基建筑工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110014）

近幾年，遼寧省正在積極推進(jìn)冬季清潔取暖，完善“煤改電”供暖政策，擴(kuò)大“煤改電”供暖范圍，加快淘汰燃煤小鍋爐。2018 年 10月，遼寧省人民政府發(fā)布《遼寧省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)方案（2018 ～2020 年)》，指出大力推進(jìn)清潔取暖。2018 年清潔取暖率達(dá)到 40%，2019 年達(dá)到 44%，2020 年達(dá)到49%。該方案提出積極推廣電供暖，科學(xué)發(fā)展熱泵供暖，鼓勵(lì)推進(jìn)蓄熱電蓄熱鍋爐等蓄熱式電供暖方式。

沈陽(yáng)市人民政府辦公廳于 2014 年 5 月 3日發(fā)布了關(guān)于嚴(yán)格控制燃煤熱源的通知，要求根據(jù)《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》、《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》、《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》（國(guó)發(fā)〔2013〕37 號(hào)）、《關(guān)于印發(fā)沈陽(yáng)市“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》（沈政發(fā)〔2012〕26 號(hào)）、《沈陽(yáng)市藍(lán)天工程實(shí)施方案》等規(guī)定，嚴(yán)格控制我市燃煤熱源建設(shè)。此外沈陽(yáng)市還頒布了城建資金支持燃煤鍋爐清潔能源改造項(xiàng)目實(shí)施流程， 從資金上支持新能源項(xiàng)目。

以遼寧大廈項(xiàng)目為例，遼寧大廈為集住宿、餐飲、會(huì)議、綜合服務(wù)為一體的多功能新型四星級(jí)商務(wù)酒店，占地面積10 萬(wàn)㎡，后經(jīng)改建內(nèi)部功能，夏季空調(diào)面積按56000 ㎡，冬季實(shí)際采暖面積按66000 ㎡計(jì)算。遼寧大廈項(xiàng)目的運(yùn)行結(jié)果充分證明了多能互補(bǔ)系統(tǒng)的適用性及優(yōu)勢(shì)，為未來(lái)其他項(xiàng)目的新能源利用起到了示范性作用。

1 改造前項(xiàng)目冷、熱源基本狀況

1.1 熱源情況

改造前遼寧大廈（含老干部活動(dòng)中心、友誼花園）有4 臺(tái)10 t 蒸汽鍋爐，已經(jīng)投入運(yùn)行14 年，基本滿足供冷、供熱、供生活熱水的要求，但其運(yùn)行費(fèi)用每年都在上升，原設(shè)計(jì)2 用2 備的鍋爐在最冷月時(shí)必須開(kāi)啟三臺(tái)機(jī)組才能保證大廈正常運(yùn)營(yíng)，鍋爐運(yùn)行效率低于50%，每年運(yùn)行費(fèi)用僅燃煤一項(xiàng)就超過(guò)600 萬(wàn)，運(yùn)煤人工費(fèi)80 萬(wàn)元，值班人工費(fèi)35 萬(wàn)元，水質(zhì)檢測(cè)人工費(fèi)12 萬(wàn)元，每年維修成本50～60萬(wàn)元不等，其他制冷系統(tǒng)運(yùn)行、生活熱水運(yùn)行、鍋爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行、鏟車運(yùn)行及煙塵處理費(fèi)用等總運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)約1000 萬(wàn)元。

遼寧大廈的燃煤鍋爐排放指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，并收到了環(huán)保相關(guān)部門的處罰通知。煤場(chǎng)堆放也造成環(huán)境污染，尤其鏟車上煤及出渣的運(yùn)輸過(guò)程中均產(chǎn)生噪音，且附近居民（友誼花園、鳳凰國(guó)際公寓）也多次投訴，給遼寧大廈造成了很大壓力。

1.2 冷源情況

遼寧大廈3 臺(tái)蒸汽吸收式溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組基本滿足夏季制冷需求，其中一臺(tái)溴化鋰機(jī)組已使用14 年，制冷量衰減嚴(yán)重，維修率高。每年所有溴化鋰機(jī)組均需要進(jìn)行真空度及溶液濃度的維護(hù)，且利用鍋爐提供的蒸汽作為動(dòng)力，制冷效率遠(yuǎn)低于市場(chǎng)上的常規(guī)壓縮式制冷。夏季附近居民或部分單位的某些建筑均開(kāi)啟外窗，鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣、灰塵嚴(yán)重影響生活及辦公環(huán)境，尤其友誼花園的居民還要受運(yùn)煤、運(yùn)渣鏟車噪音的影響。

2 項(xiàng)目節(jié)能改造的技術(shù)路線及運(yùn)行策略

2.1 項(xiàng)目節(jié)能改造實(shí)施的技術(shù)路線

遼寧大廈作為賓館項(xiàng)目，對(duì)能源的需求為：夏季制冷（空調(diào)），冬季制熱（空調(diào)及散熱器），全年生活熱水供應(yīng)，全年廚房及洗衣機(jī)房蒸汽供應(yīng)。目前，沈陽(yáng)市場(chǎng)應(yīng)用的清潔能源及可再生能源有以下幾種形式：天然氣、地下（表）水（或污廢水）源熱泵、土壤源熱泵、太陽(yáng)能及電蓄熱等。遼寧大廈有足夠的園區(qū)面積，所在地區(qū)為富水區(qū)，水文地質(zhì)勘察測(cè)試后具備水源熱泵使用條件。參照《 民 用建 筑 供 暖 通 風(fēng) 與 空 氣 調(diào) 節(jié) 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 》GB50736-2012 第 8.1.1 條的規(guī)定，以及各種能源運(yùn)行費(fèi)及環(huán)保屬性綜合對(duì)比，水源熱泵為最佳能源方案形式。但因地鐵線從遼寧大廈園區(qū)內(nèi)經(jīng)過(guò)，50 m 范圍保護(hù)線不設(shè)置水源井，因此打井?dāng)?shù)量受限，可打井?dāng)?shù)量?jī)H能滿足空調(diào)的夏季制冷和冬季供暖需求，而不能為大廈的散熱器采暖系統(tǒng)提供熱量。此時(shí)，沈陽(yáng)市響應(yīng)遼寧省號(hào)召，正大力推進(jìn)冬季清潔取暖，完善“煤改電”供暖政策，擴(kuò)大“煤改電”供暖范圍，使遼寧大廈能夠享受低谷電優(yōu)惠政策。因此，上述冬季供暖不足部分采用了低谷電蓄熱進(jìn)行補(bǔ)充，而生活熱水則采取了更環(huán)保的太陽(yáng)能利用系統(tǒng)。但因沈陽(yáng)市太陽(yáng)能照度原因以及雨雪天氣等情況，太陽(yáng)能不能獨(dú)立滿足大廈生活熱水需求，則需水源熱泵和低谷電蓄熱鍋爐根據(jù)實(shí)際需求作為生活熱水的備用熱源使用，同時(shí)利用天然氣作為廚房及洗衣機(jī)房的蒸汽熱源。

最終，遼寧大廈經(jīng)過(guò)多種能源形式的對(duì)比，從可行性、初投資、運(yùn)行費(fèi)，到后期維護(hù)保養(yǎng)等多方面因素的論證，節(jié)能改造最終選擇了以地源熱泵為主的綜合能源利用、多能互補(bǔ)的技術(shù)路線。

2.2 項(xiàng)目運(yùn)行策略

本項(xiàng)目在運(yùn)行時(shí)，應(yīng)以運(yùn)行費(fèi)用最低為原則，決定各種能源選擇的主次順序。同樣制熱1000kW，消耗不同熱值的各個(gè)能源所需要的運(yùn)行費(fèi)用如下表：

表1 不同能源制熱 1000kW 費(fèi)用對(duì)比表

根據(jù)實(shí)際測(cè)算的能源費(fèi)用排序而確定的具體能源運(yùn)行策略為：供熱優(yōu)先啟動(dòng)水源熱泵系統(tǒng)，其次為低谷電蓄熱系統(tǒng)； 而生活熱水的制取優(yōu)先使用太陽(yáng)能系統(tǒng)，其次為水源熱泵系統(tǒng)，最后為低谷電蓄熱系統(tǒng)；蒸汽系統(tǒng)為單獨(dú)供能系統(tǒng)，由天然氣作為熱源。夏季除制冷外，其他系統(tǒng)均同此原則。此外，由于水源井?dāng)?shù)量有限， 因此供暖季水源熱泵最多兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行。

3 改造后項(xiàng)目冷、熱源狀況及分析

本次遼寧大廈燃煤鍋爐拆除后，友誼花園接入市政熱網(wǎng)系統(tǒng)，不再由遼寧大廈供給熱源，老干部活動(dòng)中心冷、熱源與遼寧大廈分開(kāi)設(shè)置，系統(tǒng)配置原理相同。

遼寧大廈進(jìn)行冷、熱源改造后，利用清潔能源替代了燃煤鍋爐，提高了夏季制冷、冬季供暖質(zhì)量的同時(shí)，減少了運(yùn)行人員的人數(shù)和勞動(dòng)強(qiáng)度，而且更重要的是在節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)境保護(hù)方面均取得了顯著成效。

3.1 節(jié)能分析

評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能效益，最直觀的評(píng)判方法就是計(jì)算其能源消耗量，能源消耗少則說(shuō)明系統(tǒng)更加節(jié)能。本次選取全年運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，下表做出了遼寧大廈一年中各系統(tǒng)的耗能和供能量數(shù)據(jù)（具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2），以及每年清潔能源耗電量折合的標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量（具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3）。

表2 各系統(tǒng)耗能及供能量表

表3 全年清潔能源耗電量折合標(biāo)準(zhǔn)煤量表

通過(guò)計(jì)算可以得出，多能互補(bǔ)系統(tǒng)與原燃煤鍋爐系統(tǒng)相比，每年能節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1977 t。

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益取決于多種因素，不同地區(qū)的氣候、水文地質(zhì)條件，不同能源結(jié)構(gòu)及價(jià)格等都將直接影響到其經(jīng)濟(jì)性。為了更好地推廣使用多能互補(bǔ)式熱泵系統(tǒng)，就需要對(duì)該系統(tǒng)在某一地區(qū)的工程應(yīng)用進(jìn)行初投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用分析以及不同供暖方式的對(duì)比分析，對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益做出合理評(píng)價(jià)，以進(jìn)一步保證該系統(tǒng)在這一地區(qū)應(yīng)用的可行性。

通過(guò)計(jì)算，多能互補(bǔ)系統(tǒng)與原燃煤鍋爐系統(tǒng)相比，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省約 340 萬(wàn)元，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 改造前、后全年運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比表

改造后，無(wú)需再進(jìn)行煤的運(yùn)輸及存放、除渣等工序，節(jié)省了儲(chǔ)存空間以及大量的人力、物力，同時(shí)還能享受沈陽(yáng)市水源熱泵優(yōu)惠電價(jià)政策。

3.3 環(huán)境評(píng)價(jià)

根據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)熱泵系統(tǒng)環(huán)境效益的說(shuō)明，由溫室氣體（CO2）、污染氣體（SO2）和粉塵減排量等指標(biāo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的環(huán)境效益。同節(jié)能效益評(píng)價(jià)類似，環(huán)境效益評(píng)價(jià)同樣根據(jù)可替代標(biāo)準(zhǔn)煤量進(jìn)行計(jì)算，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 改造后全年系統(tǒng)減排量

本項(xiàng)目主要能源為可再生能源，其次為清潔能源，改造后不再產(chǎn)生煙氣及灰塵，不僅解決了周圍居民為灰塵及煙氣所困擾的問(wèn)題，且減少了對(duì)大氣的污染，為沈陽(yáng)市的藍(lán)天工程出了一份力，也為新能源替代燃煤鍋爐改造工程樹(shù)立了一個(gè)樣板工程。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目是以地源熱泵為主，其他能源為輔的新能源利用形式，沈陽(yáng)市在建及改造項(xiàng)目往往在能源選擇時(shí)，因地源熱泵不能完全滿足需求而遭到否定，改換其他能源形式，但在后期運(yùn)行時(shí)，地源熱泵的經(jīng)濟(jì)性又是其他能源無(wú)法相媲美的。本項(xiàng)目進(jìn)行新能源改造后，多種能源共存，多能互補(bǔ)，整體節(jié)能效果顯著，并具有可復(fù)制性。多種能源共存的形式打破了以往單一能源不能解決所有用能需求即遭否定的思路，利用不同能源各自的優(yōu)勢(shì)互相彌補(bǔ)各自的劣勢(shì)，充分發(fā)揮了多能互補(bǔ)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，值得廣泛應(yīng)用。