服裝城三期工程冰蓄冷水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

某服裝城三期工程冰蓄冷水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例一引言

冰蓄冷[1-5]和水源熱泵技術(shù)[6]均起源于歐美等發(fā)達(dá)國家，中國從20世紀(jì)90年代開始推廣這兩項(xiàng)技術(shù)。冰蓄冷技術(shù)主要為了平衡電網(wǎng)的晝夜峰谷差，在夜間電力低谷時段向蓄冰設(shè)備蓄得冷量，在日間電力高峰時段釋放其蓄得的冷量，減少電力高峰時段制冷設(shè)備的電力消耗，是電力部門“削峰填谷”的最佳途徑。水源熱泵技術(shù)是可再生能源的開發(fā)和利用技術(shù)，它可以大量利用自然界可再生的能源，如地下水、地?zé)崴⑼寥?、江河湖水、工業(yè)廢水等其中儲存的大量低位的能源，通過少量的電能，將其轉(zhuǎn)化成高位的能源，其能效轉(zhuǎn)化比可達(dá)到4：1，即消耗1kW的電能可以得到4kW的熱量，其中另外3kW的熱量來自免費(fèi)的能源。采用水源熱泵技術(shù)，可以大幅度降低用戶的能源使用費(fèi)用，同時也大量取代燃煤鍋爐，解決了環(huán)保的壓力，非常適宜在該地區(qū)推廣。改革開放以來中國電力需求增長非常迅速，尤其是該地區(qū)夏季一天內(nèi)用電高峰與低谷差距在不斷拉大，電網(wǎng)運(yùn)行的不均勻情況日趨嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，高峰用電量中空調(diào)用電就占了30％以上，使得電力系統(tǒng)峰谷差急劇增加，電網(wǎng)負(fù)荷率明顯下降，這極大影響了發(fā)電的成本和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。解決這一問題的最好辦法是推廣使用冰蓄冷空調(diào)。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)能夠轉(zhuǎn)移電力高峰電量，平衡電網(wǎng)峰谷差，做到“削峰填谷”，因此可以減少新建調(diào)峰電廠投資，提高現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備和輸變電備的使用率；可以減少新建火力發(fā)電廠帶來的環(huán)境污染，充分利用有限的不可再生資源，有利于生態(tài)平衡，有利于整個社會的優(yōu)化資源配置；峰谷電價的差額使用戶的運(yùn)行電費(fèi)大幅下降；還可以推遲或減少發(fā)電裝機(jī)容量，減少環(huán)境污染治理費(fèi)用；減少電網(wǎng)調(diào)峰次數(shù)、降低發(fā)電成本等，因此推廣使用冰蓄冷空調(diào)是一項(xiàng)利國利民的雙贏舉措。二設(shè)計(jì)實(shí)例

該某服裝城三期工程位于該市，總建筑面積63800m，為大型服裝批發(fā)早市，每天營業(yè)時間為上午5：00～10：00，空調(diào)面積為40000m。需安裝中央空調(diào)系統(tǒng)[5]，以滿足夏季制冷和冬季采暖的要求，空調(diào)運(yùn)行時間為每天上午5：00～10：00。采用水源熱泵和冰蓄冷技術(shù)后，既可達(dá)到上述要求，又可使得整個空調(diào)系統(tǒng)做到最大限度地節(jié)約能源和運(yùn)行費(fèi)用。

該某服裝城三期工程夏季空調(diào)最大設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為5000kW，冬季空調(diào)最大設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為3000kW。根據(jù)該工程夏季制冷負(fù)荷比冬季采暖負(fù)荷大得多的特點(diǎn)，如單純采用水源熱泵系統(tǒng)，會使得所需的地下水用量較大，需開采水源井10口，4抽6回灌，因此受到具體鉆井條件的限制?？紤]到該工程商業(yè)的性質(zhì)，在后半夜電力低谷時段不需要空調(diào)，因此采用冰蓄冷式空調(diào)方案，該系統(tǒng)利用夜間低谷電力蓄冷，日間電力高峰時段由所蓄得的冷量與水源熱泵機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行，向空調(diào)末端提供冷量。這樣，使得地下水在全日內(nèi)得到平均的分配使用，因而只需鉆鑿水源井5口，2抽3回灌，大大節(jié)約鉆鑿水源井量。同時，由于大量使用了后半夜低谷電，代替了日間電力高峰時段的用電量，所以夏季運(yùn)行費(fèi)用也得到了大大降低。整個水源熱泵及冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)冬季最大用電量為964kW，可滿足冬季采暖的需求；夏季日間最大用電量為642kW，夜間最大用電量為490kW。日間冰蓄冷系統(tǒng)啟用，滿足日間空調(diào)的需求，整個系統(tǒng)“削峰填谷”效果明顯。夏季建筑物24小時負(fù)荷曲線如圖1所示。

根據(jù)該某服裝城夏季24小時空調(diào)負(fù)荷情況，夏季采用水源熱泵加冰蓄冷空調(diào)方案，本工程選擇2臺1260kW三工況水源熱泵主機(jī)(蒸發(fā)器冷凍水供、回水工況為6.8℃／10.5℃，再由蓄冰設(shè)備冷卻到4℃，空調(diào)系統(tǒng)供回水溫度為7℃／12℃)，夜間蓄冰，日間與冰蓄冷設(shè)備聯(lián)合供冷。經(jīng)冰蓄冷系統(tǒng)選型軟件計(jì)算，得出該工程系統(tǒng)的最佳配置，系統(tǒng)能量分配如表1，設(shè)備負(fù)荷分配情況如圖2所示。

2臺水源熱泵機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行，用地下水所提供的免費(fèi)的自然可再生能源，提取其熱量，供應(yīng)給整個大樓進(jìn)行采暖，兩臺機(jī)組總供熱量為3000kW系統(tǒng)流程圖示意如圖3所示。

根據(jù)方案設(shè)計(jì)，選用兩臺水源熱泵機(jī)組，共需l5℃的地下水200m／h，夏季作為冷卻水源，地下水最大供回灌溫度為15℃～25℃；冬季作為低位熱源[6]，地下水供回灌溫度為15℃～5℃。故需打出水井2口，回灌水井3口，總出水量為200m／h。

該系統(tǒng)總體投資1013萬元，比常規(guī)制冷系統(tǒng)[5]相比較，增加了約56萬的投資，共打井5口，并可滿足冬夏的需求。表2、表3為本工程中冰蓄冷系統(tǒng)實(shí)際投資與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)投資比較。冰蓄冷與水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

來源：互聯(lián)網(wǎng)時間：2008年1月19日13時16分發(fā)布評論進(jìn)入論壇

夏季，由于該地區(qū)電網(wǎng)采用了峰谷電價政策，高峰電價與低谷電價已達(dá)到4：1。因此，采用冰蓄冷系統(tǒng)，可以大大降低空調(diào)系統(tǒng)常年運(yùn)行費(fèi)用。表4為本工程的冰蓄冷系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)年消耗電費(fèi)的比較，從表4可知，冰蓄冷系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用可以比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約40萬元。

冬季，水源熱泵運(yùn)行費(fèi)用與常規(guī)市政熱力進(jìn)行比較，以冬季運(yùn)行120天，每天運(yùn)行12小時計(jì)算，市政熱力費(fèi)用為60元／m3(市場的層高均超過4m)，則整個冬季運(yùn)行費(fèi)用為240萬元。水源熱泵系統(tǒng)冬季運(yùn)行2臺，冬季商業(yè)負(fù)荷系數(shù)按0.7計(jì)，運(yùn)行費(fèi)用約為

(378+37+37+30)×2×5×120×O.678元／(kW·h)=28萬元，比常規(guī)市政熱力系統(tǒng)節(jié)約212萬元。

本水源熱泵加冰蓄冷系統(tǒng)與常規(guī)電制冷空調(diào)加熱力供暖系統(tǒng)相比，年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)約252萬元。雖然初次投資略有增加，但投資增加部分很快可以回收。三結(jié)論

通過以上該某服裝城空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)踐與數(shù)據(jù)分析，可以得出：

(1)對于大型商業(yè)建筑而言，夏季制冷適宜采用冰蓄冷空調(diào)代替常規(guī)電制冷中央空調(diào)，冬季取暖適宜采用水源熱泵系統(tǒng)代替常規(guī)市政熱力供暖系統(tǒng)，這樣不但可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的“削峰填谷”，還可以大大降低運(yùn)行成本，而且又解決環(huán)境污染問題。

(2)水源熱泵系統(tǒng)耗能量折算至標(biāo)準(zhǔn)煤為9.16kg／(m·年)，常規(guī)市政熱電廠供熱系統(tǒng)耗能量折算至標(biāo)準(zhǔn)煤為13.96kg／(m·年)，本工程可節(jié)約能量(折算至標(biāo)準(zhǔn)煤)為306240kg／年。

(3)這兩種相對獨(dú)立的技術(shù)都具有一定的局限性，冰蓄冷技術(shù)只能應(yīng)用于夏季空調(diào)季節(jié)，可起到削峰填谷的效益。但冰蓄冷技術(shù)無法提供冬季的采暖，對于具有采暖需求的用戶來講，該項(xiàng)技術(shù)就顯得無能為力。同樣，水源熱泵技術(shù)雖然可以同時提供冬季采暖和夏季制冷，但卻無法在夜間電力低谷時