重慶老舊江水廠開式水源熱泵空調(diào)源水系統(tǒng)改造

廖懷鈺，劉 頡，王 徽，葉亞雄（重慶市斯勵(lì)博工程咨詢有限公司，重慶 401147 ）

經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展帶來了對(duì)老舊城市配套設(shè)施的更高要求。張繼鋒[1]對(duì)我國自來水廠現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，指出，我國飲用水微生物指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，迫切需要對(duì)老舊自來水廠進(jìn)行改建或棄用。

重慶市萬州區(qū)某老舊水廠便面臨著棄用的風(fēng)險(xiǎn)。該水廠已運(yùn)行多年，工藝較為落后，開發(fā)商預(yù)計(jì)在周邊重建一新式自來水廠，并將該老舊水廠使用權(quán)進(jìn)行轉(zhuǎn)賣。新使用方購買該使用權(quán)后需要對(duì)該水廠的用水性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。由此提出將該水廠水資源作為周邊用能點(diǎn)空調(diào)源水的改造方案。

1 工程概況

該項(xiàng)目位于重慶市萬州區(qū)東南方，三面臨江。場(chǎng)地內(nèi)有一老舊自來水廠。依據(jù)原設(shè)計(jì)資料可知，該水廠通過 3臺(tái) 250 kW 變頻水泵每日從長江取水約 100 000 m3供周邊居民生活用水使用。由于規(guī)劃原因，周邊即將新建一自來水廠代替該水廠的供水功能。為減少資源與經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)考慮為周邊用能點(diǎn)提供優(yōu)質(zhì)空調(diào)能源，現(xiàn)將該老舊水廠部分既有設(shè)施改造成為周邊用能點(diǎn)水源熱泵源水系統(tǒng)。場(chǎng)地內(nèi)用能點(diǎn)眾多，其中改造商業(yè)建筑仍處于規(guī)劃階段。公園配套建筑組團(tuán)與戲院為老舊自來水廠改建建筑，建筑面積分別為 15 888 m2與 1 656 m2；歷史文化體驗(yàn)中心建筑面積 1 177 m2；東南側(cè)科技館建筑面積 26 000 m2?？萍拣^由于距老舊水廠過遠(yuǎn)而不做考慮，項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)用能點(diǎn)具體情況如表 1 所示。

表1 項(xiàng)目用能點(diǎn)情況統(tǒng)計(jì)表

2 既有資源處利用與系統(tǒng)組成介紹

水源熱泵對(duì)于源水的溫度、水質(zhì)及取水點(diǎn)位置有著嚴(yán)格的要求，根據(jù)林勇豹等[2]、楊露露等[3]、廖興中[4]的研究結(jié)果結(jié)果顯示，重慶段長江江水在溫度與水質(zhì)方面是較為優(yōu)秀的空調(diào)冷熱源，但在使用時(shí)需注意應(yīng)水位變化而造成的取水能耗過大的現(xiàn)象。

為消減上述現(xiàn)象，采用水廠廢棄的斜管預(yù)沉池進(jìn)行取水，取水能耗可控且平穩(wěn)，具體源水系統(tǒng)組成情況如下。①源水沿用老舊水廠江水取水，利用現(xiàn)有斜管預(yù)沉池代替蓄水池進(jìn)行取水。② 取水泵房利用老舊水廠周邊廢棄建筑進(jìn)行改造。泵房內(nèi)放置取水泵與相應(yīng)物理水處理設(shè)備，取水采用干式取水方式直接從斜管預(yù)沉池內(nèi)取水即可。③ 為減少對(duì)外部景觀的影響，取水管網(wǎng)采用埋地鋪設(shè)的形式。具體系統(tǒng)流程如圖 1 所示。

圖1 老舊水廠改造源水系統(tǒng)流程圖

3 工程重難點(diǎn)

空調(diào)系統(tǒng)的能耗需求隨著用戶及建筑空間使用情況而變化，國家標(biāo)準(zhǔn) GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，需進(jìn)行逐時(shí)的負(fù)荷計(jì)算。此外通過劉偉等[5]、王作林[6]及李娟等[7]的研究成果可知，作為區(qū)域供能系統(tǒng)，用能點(diǎn)負(fù)荷需求的時(shí)序性差異與系統(tǒng)末端用能規(guī)模的選擇是區(qū)域工能工程的重難點(diǎn)，具體情況如下。

（1）用能點(diǎn)業(yè)態(tài)的差異性會(huì)使得負(fù)荷特性曲線峰值與低谷產(chǎn)生時(shí)間有一定的偏差，當(dāng)該偏差較大時(shí)，會(huì)使得常規(guī)系統(tǒng)常年處于部分負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行。且該運(yùn)行狀態(tài)下水泵與空調(diào)主機(jī)將無法高效運(yùn)行，造成能耗損失。

（2）該類工程為改造工程，其最明顯的特點(diǎn)便是前期需通過詳細(xì)的專項(xiàng)研究決定末端用能點(diǎn)規(guī)模。用能點(diǎn)規(guī)模大小不僅會(huì)對(duì)工程投資產(chǎn)生重大影響，更會(huì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備與節(jié)能要求提出不同程度的要求。因此，如何在前期通過計(jì)算找尋滿足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)節(jié)能與經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)要求的用能規(guī)模低限值便顯得至關(guān)重要。

4 用能點(diǎn)負(fù)荷需求差異性分析與解決方案

本項(xiàng)目用能點(diǎn)業(yè)態(tài)性質(zhì)可分為商業(yè)餐飲類與文化類公建兩類，而該兩類建筑的負(fù)荷特性曲線因使用時(shí)間的差異性體現(xiàn)出來截然不同的特點(diǎn)。商業(yè)餐飲類存在著明顯的高峰與低谷，且在傍晚依然存在著負(fù)荷需求；而文娛服務(wù)類則僅存在中午午餐時(shí)間時(shí)的一個(gè)低谷，其余工作時(shí)間內(nèi)負(fù)荷曲線較為穩(wěn)定，且在傍晚時(shí)沒有負(fù)荷需求。

因此，為解決各用能點(diǎn)用能時(shí)序的差異性，空調(diào)主機(jī)均采用模塊式水源熱泵機(jī)組。一方面，模塊式機(jī)組將傳統(tǒng)大容量集中式機(jī)組分為多個(gè)小容量在運(yùn)行中，當(dāng)負(fù)荷需求產(chǎn)生變化時(shí)可通過對(duì)機(jī)組開啟數(shù)量的智慧化控制，保證主機(jī)在任何時(shí)間段下處于近滿負(fù)荷運(yùn)行，從而保證系統(tǒng)整體能效的高效性。另一方面，模塊式機(jī)組無須專用機(jī)房，可根據(jù)用能點(diǎn)分布需求，任意布置于屋頂或室外。

5 末端用能規(guī)模低限值的確定

與常規(guī)項(xiàng)目不同，本項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，如何確定末端用能點(diǎn)規(guī)模大小直接影響系統(tǒng)節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性。本文以萬州項(xiàng)目為例，介紹在本次項(xiàng)目中用能規(guī)模地限制的確定過程。

5.1 節(jié)能性要求下末端用能規(guī)模低限值的確定

良好的節(jié)能性是任何機(jī)電項(xiàng)目在滿足實(shí)用性前提后的共同追求。重慶市地方標(biāo)準(zhǔn) DBJ 50—117—2010《地表水水源熱泵系統(tǒng)適應(yīng)性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了重慶地區(qū)地表水水源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能性要求。國家標(biāo)準(zhǔn) GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)各種類空調(diào)設(shè)備的基本能效指標(biāo)作出了詳細(xì)的要求。因此本工程中將上述指標(biāo)作為依據(jù)，進(jìn)行本方案系統(tǒng)節(jié)能指標(biāo)的計(jì)算。

該項(xiàng)目改造商業(yè)建筑仍處于規(guī)劃階段，因此計(jì)算中采用試算法得出改造商業(yè)建筑滿足節(jié)能性的面積區(qū)間范圍。DBJ 50—117—2010 對(duì)節(jié)能性指標(biāo) EERR 值根據(jù)空調(diào)負(fù)荷規(guī)模分為 3 擋，分別為 3.78、4.01 與 4.29，隨著規(guī)劃面積的增大，節(jié)能性指標(biāo)要求也隨著檔次的提高而提高。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)且僅當(dāng)改造商業(yè)建筑規(guī)劃面積 ≥6 000 m2時(shí)，節(jié)能表現(xiàn)可滿足要求。

5.2 經(jīng)濟(jì)性要求下末端用能規(guī)模低限值的確定

節(jié)能可行性是經(jīng)濟(jì)可行性滿足的先決條件，DBJ 50—117—2010 也對(duì)重慶地區(qū)地表水水源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)提出具體要求，即“ 地表水水源熱泵系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期宜 ＜8 a ”。萬州項(xiàng)目中改造商業(yè)建筑的計(jì)算依然以該要求作為依據(jù)。

系統(tǒng)回收年隨著規(guī)劃面積的增大而減少。當(dāng)且僅當(dāng)改造商業(yè)建筑規(guī)劃面積 ≥ 8 500 m2時(shí)，系統(tǒng)回收年可滿足要求。

5.3 小 結(jié)

根據(jù)對(duì)節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性要求下末端用能點(diǎn)規(guī)模地限值的分析計(jì)算，取結(jié)果中較嚴(yán)者為本項(xiàng)目規(guī)劃中建筑（改造商業(yè)建筑）最低規(guī)模限值要求。當(dāng)且僅當(dāng)改造商業(yè)建筑規(guī)劃面積≥ 8 500 m2時(shí)，系統(tǒng)可滿足現(xiàn)行規(guī)范節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性要求。

6 結(jié) 語

本文通過對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的介紹，論證了將老舊自來水廠水資源改造為開式江水源熱泵空調(diào)源水系統(tǒng)的可能性。在該項(xiàng)目中，存在著以下難點(diǎn)供后續(xù)實(shí)踐者們參考。

（1）末端用能點(diǎn)的業(yè)態(tài)不同會(huì)導(dǎo)致末端負(fù)荷需求時(shí)序的差異性，若不加以重視勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)能效的降低。

（2）與常規(guī)計(jì)算思路不同，本次計(jì)算中需要對(duì)納入系統(tǒng)的用能規(guī)模進(jìn)行優(yōu)化選擇，以求的同時(shí)滿足節(jié)能與經(jīng)濟(jì)要求的最小用能規(guī)模限值。

為了應(yīng)對(duì)上述兩難點(diǎn)，本項(xiàng)目中采取以下亮點(diǎn)。

（1）空調(diào)主機(jī)均采用模塊式水源熱泵機(jī)組：在運(yùn)行中，當(dāng)負(fù)荷需求產(chǎn)生變化時(shí)可通過對(duì)機(jī)組開啟數(shù)量的智慧化控制，保證主機(jī)在任何時(shí)間段下處于近滿負(fù)荷運(yùn)行，從而保證系統(tǒng)整體能效的高效性。

（2）采用試算法得出末端用能規(guī)模與節(jié)能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)系折線。通過折線關(guān)系圖，得到規(guī)劃中用能點(diǎn)的最低規(guī)模限值，以保證后續(xù)工作中系統(tǒng)節(jié)能與經(jīng)濟(jì)的表現(xiàn)。