水源熱泵多聯(lián)機系統(tǒng)在密云水庫調(diào)蓄工程泵站的應(yīng)用研究

北京市南水北調(diào)團城湖管理處 田 葛

密云水庫調(diào)蓄工程沿途跨越海淀、昌平、順義、懷柔、密云等區(qū)縣，線路總長103km，從團城湖取水，通過73km 京密引水渠反向輸水，經(jīng)9 座泵站連續(xù)提升總揚程為132.85m，總裝機容量36320kW。

密云調(diào)蓄工程泵站主廠房裝配的水泵機組，在主電機運行時會產(chǎn)生大量的熱，由于主廠房無制冷設(shè)計，造成熱量不能有效排出、中和，不利于機電設(shè)備的長期穩(wěn)定運行及運行維護人員工作的正常開展，急需建立有效的降溫系統(tǒng)，達到降低主廠房室內(nèi)溫度、形成設(shè)備密閉環(huán)境運行、改善運行維護人員工作環(huán)境、降低運行耗能的作用。

一、應(yīng)用研究

筆者以密云水庫調(diào)蓄工程九級泵站中的第二級泵站前柳林泵站為目標(biāo)，進行制冷量計算、設(shè)備選型、預(yù)算分析、運行經(jīng)濟成本分析等可行性深化工作。

前柳林泵站主廠房內(nèi)安裝4 臺額定功率為355kW 的水泵機組，泵站正常運行采用3 臺工作1臺備用的方案，3 臺水泵電機額定工況下發(fā)熱量共約130kW，使得夏季室內(nèi)溫度達到38～40℃，即便打開門窗、排風(fēng)扇進行通風(fēng)其降溫效果仍然不明顯，不利于機電設(shè)備的長期穩(wěn)定運行及運行維護人員工作的正常開展。

可行性深化研究目標(biāo)為使用水源熱泵系統(tǒng)，在夏季期間降低主廠房機電設(shè)備運行環(huán)境溫度（不高于26℃），改善泵站運維人員工作環(huán)境；同時替換副廠房部分設(shè)備間的原傳統(tǒng)電力空調(diào)，起到節(jié)能、降低運行耗能的作用。

1.水源熱泵多聯(lián)機空調(diào)的特性

熱泵是一種輸送熱量的機械裝置。它通過消耗少量的高品位能源（如電能），把熱量從低溫物體輸送到高溫物體中，從而實現(xiàn)了低品位能源向可用能源的轉(zhuǎn)換。高品位能源電能相當(dāng)于搬運工，把熱量從低溫物體土壤中搬運到高溫物體中房間里，實現(xiàn)冬季供暖的目的。夏季，則反向運行，實現(xiàn)制冷的目的。

2.室外參數(shù)

前柳林泵站總建筑面積約為1508.85m2，其中地上一層，建筑面積為362.85m2，地下兩層，建筑面積為1146m2。室外計算參數(shù)取自《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50736-2012，如表1所示。

表1 室外參數(shù)

3.制冷設(shè)備規(guī)格選型

依據(jù)制冷負(fù)荷，對市場現(xiàn)有主要水源熱泵進行規(guī)格選型，如表2所示。

表2 水源熱泵規(guī)格選型

4.主要設(shè)備布置

機房室內(nèi)機安裝位置如圖1所示。機房布置8 臺FXSP160CA 室內(nèi)機，夏季可提供機房所需冷負(fù)荷；機房布置4 臺原有低壓配電室的4 臺利舊空調(diào)，冬季可提供機房所需最低熱負(fù)荷；地下一層和地下二層各布置1 臺FXFP56LVC 環(huán)繞氣流室內(nèi)機；二層辦公區(qū)走廊布置2FXSP71CA 風(fēng)管機提供走廊區(qū)域所需冷負(fù)荷；二層低壓配電室布置2 臺FXFP90LVC 環(huán)繞氣流室內(nèi)機提供低壓配電室所需冷負(fù)荷，原有4 臺空調(diào)在本系統(tǒng)調(diào)試運行良好穩(wěn)定后，拆除移機到主廠房。

圖1 機房室內(nèi)機安裝位置

5.經(jīng)濟分析

通過初步市場調(diào)研，按照上述水源熱泵多聯(lián)機設(shè)備規(guī)格選型，第一次投資預(yù)算與常規(guī)電力制冷空調(diào)系統(tǒng)基本持平，但后續(xù)運行費用，若系統(tǒng)采用同等制冷功率的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，經(jīng)計算，耗電量約為44.7kW·h（單臺主機消耗功率為21.35kW，2 臺主機消耗功率42.7kW，室內(nèi)機功率小計2kW，總功率合計44.7kW）；水源熱泵多聯(lián)機系統(tǒng)約為35kW·h。

水源熱泵系統(tǒng)相較于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)耗電量減少9.7kW·h，按每年夏季運行時間為150 天，每年節(jié)省電費約34920 元。

二、應(yīng)用效果及后評價

水源熱泵多聯(lián)機系統(tǒng)在前柳林泵站完成安裝、調(diào)試后，于2018年8月13日進行試運行階段，截至2022年8月23日，已連續(xù)11 天（總計264h）工作狀態(tài)穩(wěn)定，未發(fā)生設(shè)備故障。項目試運行初期效果明顯，滿足了項目預(yù)期的降溫、節(jié)能、環(huán)境改善等要求。

降溫效果。為有效驗證水源熱泵系統(tǒng)的降溫效果，試運行前在主廠房不同位置分別設(shè)置9 個溫濕度計，在試運行過程中，定期對溫濕度計進行讀數(shù)、記錄。8月13日～15日北京持續(xù)高溫，室外溫度維持在36℃左右，該系統(tǒng)運行數(shù)小時后，主廠房室內(nèi)溫度由38℃降至25℃，8月15日～23日主廠房室內(nèi)溫度穩(wěn)定保持在25℃～26℃。

節(jié)能效果。為驗證節(jié)能效果，水源熱泵系統(tǒng)配置了單獨電量計量裝置，經(jīng)過264h 的運行，電表顯示總耗電量為10600kW·h，平均耗電量為40.15kW·h。若系統(tǒng)采用同等制冷功率的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，經(jīng)計算耗電量約為44.7kW·h。水源熱泵系統(tǒng)相較于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)耗電量減少4.55kW·h，按每年夏季運行時間為150 天，每年節(jié)省電費約16380 元（由于運行初期廠房溫度較高，造成系統(tǒng)負(fù)荷保持較高水平，降溫后日用電量明顯減少，由此造成與論證階段計算量有一定偏差）。

環(huán)保效果。本項目采用的水源熱泵系統(tǒng)，以河道內(nèi)河水為系統(tǒng)提供冷源，河水經(jīng)板置換熱器升溫后再排入河道，循環(huán)過程中未對河水的水質(zhì)、水量造成污染、消耗，且相較于傳統(tǒng)空調(diào)，還有效減少了溫室效應(yīng)，起到低碳排放的作用。

設(shè)備運行環(huán)境改善。在實施節(jié)能設(shè)備采購項目后，目前主廠房由開放式（門、窗）改為密閉環(huán)境運行，有效避免了室外粉塵吸入設(shè)備的情況，改善了設(shè)備運行環(huán)境，對設(shè)備的穩(wěn)定運行起到了一定的作用。

運行工作人員環(huán)境改善。在項目實施前，該項目所在前柳林泵站運行維護工作人員工作環(huán)境較差，尤其在夏季，其設(shè)備巡檢、維護、檢修等工作內(nèi)容的開展均處在高溫環(huán)境下，極易發(fā)生體虛、中暑等不良反應(yīng)，從而影響工作效率，甚至人員安全。項目實施后，涼爽舒適的工作環(huán)境，不但提高人員工作效率，而且確保了人員安全。

三、在密云調(diào)蓄工程其他泵站的推廣

水源熱泵多聯(lián)機在前柳林泵站的有效使用，并在降溫、節(jié)能、環(huán)境改善、成本控制等多方面的效益，使得前柳林泵站水源熱泵多聯(lián)機運行1年后，便在密云水庫調(diào)蓄工程其他6 座泵站得以推廣使用。

水源熱泵多聯(lián)機在泵站工程運行的成功應(yīng)用有效保障了泵站泵站廠房內(nèi)設(shè)備的運行環(huán)境溫度，改善了設(shè)備運行環(huán)境，提高了設(shè)備運行可靠性，減少了泵站運行耗能，同時改善了運維工作人員工作環(huán)境，保障了工程安全運行，并且作為解決北京水資源危機的民生項目，符合國家政策，環(huán)保效果顯著。