重慶江北城CBD區(qū)域2號(hào)能源站運(yùn)行現(xiàn)狀及分析

王本棟，張華玲

(重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045)

重慶江北城CBD區(qū)域2號(hào)能源站運(yùn)行現(xiàn)狀及分析

王本棟，張華玲

(重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045)

該文綜合重慶江北城CBD區(qū)域2號(hào)能源站一期投入使用幾年來(lái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，從江水溫度、江水源熱泵運(yùn)行開(kāi)啟狀況、用戶側(cè)負(fù)荷需求、冷熱源系統(tǒng)運(yùn)行能效等方面進(jìn)行了分析。并提出現(xiàn)階段基載機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行與夏季全蓄冷運(yùn)行的建議，分析結(jié)果可為2號(hào)能源站節(jié)能運(yùn)行與節(jié)費(fèi)運(yùn)行提供參考。

江水源熱泵；江水溫度；機(jī)組能效；能源站

0 引言

區(qū)域供冷供熱(District Heating and Cooling，DHC)系統(tǒng)是一個(gè)或幾個(gè)集中冷熱站向商業(yè)區(qū)、居住區(qū)或生產(chǎn)工業(yè)區(qū)等供給冷熱量，用于建筑群的供熱和空調(diào)，或生產(chǎn)工藝?yán)錈崮艿睦谩Ｅc傳統(tǒng)的分散式供冷供熱系統(tǒng)相比，DHC系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)境效益好、系統(tǒng)熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)[1]。目前，DHC系統(tǒng)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外暖通空調(diào)制冷行業(yè)的重視和應(yīng)用。但區(qū)域供冷供熱在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些顯著的問(wèn)題。本文就以目前正在運(yùn)行的重慶江北城CBD區(qū)域2號(hào)能源站為例，找出運(yùn)行中存在的問(wèn)題并給出建議，以期為相關(guān)人士提供參考。

1 工程概況

重慶市江北城位于重慶江北區(qū)長(zhǎng)江、嘉陵江交匯處，東臨長(zhǎng)江，南瀕嘉陵江；與渝中區(qū)朝天門、南岸彈子石濱江地區(qū)隔江相望，是重慶市在建的中央商務(wù)區(qū)。江北城CBD區(qū)域占地面積226.03公頃，總計(jì)建筑面積為652.60萬(wàn)m2，其中地上建筑面積542.60m2，地下建筑面積110.00萬(wàn)m2。江北城共分為A、B、C三個(gè)地塊，A區(qū)主要為商業(yè)用地，B區(qū)為商業(yè)、娛樂(lè)、旅游等綜合用地，C區(qū)為住宅用地。

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)采用區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)，設(shè)置了兩個(gè)能源站1、2，分別服務(wù)A區(qū)、B區(qū)。2號(hào)能源站采用了江水源熱泵+冰蓄冷的形式，目前2號(hào)能源站已經(jīng)完成安裝工作投入運(yùn)行。

2 運(yùn)行現(xiàn)狀

目前，2號(hào)能源站服務(wù)的江北城B區(qū)已有部分用戶使用，但使用率較低。冰蓄冷裝置雖已安裝好但并未投入運(yùn)行。根據(jù)江北城2號(hào)能源站運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，分析其運(yùn)行狀況。

2.1 江水溫度

實(shí)測(cè)江北城CBD區(qū)域2號(hào)能源站運(yùn)行期間的江水溫度。水溫測(cè)試采用精度0.1℃的溫度計(jì)，室外溫度測(cè)試點(diǎn)位于2號(hào)能源站防水門外，江水溫度測(cè)試點(diǎn)設(shè)置在嘉陵江水面以下1m的位置，每日上午9：00和下午3：00記錄兩次，以最不利的下午3：00測(cè)試溫度作為江水溫度。由于此次一期工程采用的是滲渠取水，江水溫度理論上和機(jī)組的進(jìn)水溫度存在差別。但由于輸送距離較近，加之采用了良好的保溫措施，近似認(rèn)為江水的測(cè)試溫度為機(jī)組的進(jìn)水溫度。2011-2013年室外溫度及江水取水溫度數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1-圖3。

圖1 2011年室外溫度及江水溫度

圖2 2012年室外溫度及江水溫度

圖3 2013年室外溫度及江水溫度

從圖1-圖3可知，2011年至2013年，室外月平均溫度和江水月平均溫度最大值均出現(xiàn)8月份，室外月平均溫度最小值出現(xiàn)在1月份。2011和2013年江水月平均溫度最小值出現(xiàn)在1月份，2012年江水月平均溫度最低出現(xiàn)在2月份。2011-2013年8月份的江水平均溫度分別達(dá)到了27.42℃、27.69℃和27.33℃，2011-2013年的江水的最高溫度分別出現(xiàn)在9月、8月和8月，分別達(dá)到了31℃、30.5℃和29.5℃。

2.2 機(jī)組開(kāi)啟運(yùn)行情況

2 號(hào)能源站設(shè)計(jì)采用江水源熱泵+冰蓄冷冷熱源系統(tǒng)，制冷主機(jī)均為單蒸發(fā)器，蓄冰裝置為冰盤管，外融冰方式，目前能源站所選主機(jī)型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)表1。夏季夜間利用谷段電價(jià)雙工況主機(jī)和三工況主機(jī)滿負(fù)荷制冰，夏季白天則由雙工況主機(jī)、三工況主機(jī)、熱泵主機(jī)及蓄冰設(shè)備融冰聯(lián)合供冷；冬季由熱泵主機(jī)和三工況主機(jī)聯(lián)合供暖。

表1 現(xiàn)有主要設(shè)備及參數(shù)

目前，由于用戶入住率低，冰蓄冷裝置雖已安裝好但并未啟用，僅開(kāi)啟基載熱泵機(jī)組?；d熱泵機(jī)組為串聯(lián)運(yùn)行，詳細(xì)性能參數(shù)如表2。

表2 串聯(lián)熱泵機(jī)組性能參數(shù)

2.3 用戶負(fù)荷需求

現(xiàn)階段已開(kāi)始供冷供熱的建筑為金融街、大劇院和中央公園，其供冷面積和供冷負(fù)荷詳細(xì)如表3。

表3 投入使用建筑負(fù)荷概況

由于實(shí)際測(cè)試每個(gè)供冷區(qū)域負(fù)荷工作量巨大，現(xiàn)階段缺乏詳細(xì)的房間負(fù)荷狀況。我們采用設(shè)計(jì)階段根據(jù)重慶氣候狀況和建筑負(fù)荷特性，利用華電源負(fù)荷計(jì)算軟件和Dest能耗模擬軟件得出的冷指標(biāo)和同時(shí)使用系數(shù)計(jì)算出了建筑的總冷負(fù)荷。

建筑的同時(shí)使用狀況：金融街一般在白天及工作日（周一至周五）使用較多，周末及晚間使用較少；大劇院則是在周末及夜晚使用時(shí)間更多，即使建筑同時(shí)使用，在設(shè)計(jì)工況下的負(fù)荷率也僅占1號(hào)基載熱泵機(jī)組名義制冷量的42%左右，如果按區(qū)域負(fù)荷同時(shí)使用特點(diǎn)來(lái)看，投入使用的建筑的同時(shí)供冷或供暖負(fù)荷更低。

2.4 冷熱源系統(tǒng)運(yùn)行能效

根據(jù)能源站運(yùn)行記錄。計(jì)算得出機(jī)房側(cè)2011-2013年期間系統(tǒng)運(yùn)行的COP值如圖4所示。

圖4 機(jī)組運(yùn)行COP值

其中，2011年1月1日-12月18日只有大劇院運(yùn)行，2011年12月19日-2012年7月22日大劇院和金融街AB共同運(yùn)行，7月23日-12月31日大劇院、金融街AB、中央公園共同運(yùn)行。2013年1月1日-6月15日大劇院、金融街AB、中央公園共同運(yùn)行（金融街CD間斷運(yùn)行，忽略不計(jì)），2013年6月16日-12月31日，大劇院、金融街AB、中央公園、金融街CD共同運(yùn)行。

COP值為冷熱源側(cè)的系統(tǒng)能效比，不包含用戶末端設(shè)備，測(cè)試方法為用2號(hào)能源站電表（精度為二級(jí)）每日記錄設(shè)備（包括機(jī)組及水泵）用電量，用熱量表（精度為二級(jí)表）每日記錄2號(hào)能源站供冷量或供熱量。夏季供冷期為5月15日-9月15日，共124天。冬季供暖期為12月15日-2月28日，共76天。從圖中可以看到供冷周期內(nèi)大多數(shù)時(shí)間實(shí)測(cè)COP值在2.5～3.5之間，供暖周期內(nèi)大多數(shù)時(shí)間實(shí)測(cè)COP值在2.0～3.0之間。系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效比夏季為4.3，冬季為4.1，實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值之間有較大偏差。

不同時(shí)間的負(fù)荷率如表4（假定建筑同時(shí)使用）。

表4 投入使用建筑負(fù)荷概況

3 分析與建議

根據(jù)江北CBD實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段系統(tǒng)的能效比供冷周期僅能達(dá)到2.5～3.5，供暖周期為2.0～3.0，遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)值。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)結(jié)合理論分析，總結(jié)以下影響系統(tǒng)能效比的主要原因，并提出改進(jìn)運(yùn)行管理的建議。

（1）江水溫度。在2011-2013年主要的供冷月份5-9月江水的平均溫度均超過(guò)22℃，最高值出現(xiàn)在2012年的八月份，達(dá)到27.69355。江水最高溫度甚至超過(guò)了30℃（2011年9月最高水溫31℃，2012年八月份最高水溫30.5℃）。而機(jī)組的設(shè)計(jì)進(jìn)水溫度為21℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于江水溫度。中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)的能效比COP值影響甚大[2]，冷卻水溫度在制冷主機(jī)正常運(yùn)行范圍內(nèi)每下降1℃，制冷主機(jī)效率提高約3%～5%[3]。過(guò)高的江水溫度只降低制冷主機(jī)能效比低的一個(gè)重要原因。

（2）機(jī)組連接形式?，F(xiàn)在運(yùn)行的兩臺(tái)主機(jī)為串聯(lián)連接。串聯(lián)的冷水機(jī)組一般適用于大溫差的空調(diào)系統(tǒng)[4]，一方面，從上游主機(jī)出來(lái)的冷凍水進(jìn)入下游主機(jī)溫度已經(jīng)比較低，進(jìn)一步十冷二卻月主機(jī)能效比必然下降。另一方面，江水溫度已經(jīng)比較高，冷卻水冷卻一臺(tái)主機(jī)后溫度已經(jīng)較高，再冷卻下一臺(tái)主機(jī)時(shí)必然造成主機(jī)能效比降低。

（3）負(fù)荷率。目前階段使用的用戶只有大劇院和金融街，且二者使用時(shí)間分散，基載機(jī)組的負(fù)荷又比較大，機(jī)組很難在高負(fù)荷率下運(yùn)行，因而能效比不高（見(jiàn)表4）。但隨著用戶的逐漸入住，負(fù)荷的增加，機(jī)組能效比也會(huì)相應(yīng)有大的提升。

（4）并聯(lián)運(yùn)行。在目前負(fù)荷率較低的情況下，可采用并聯(lián)的運(yùn)行模式，提高供回水溫差進(jìn)而提高主機(jī)能效。

（5）夏季全蓄冷運(yùn)行。2號(hào)能源站的蓄冰裝置已經(jīng)安裝，在現(xiàn)在的負(fù)荷狀況下可做到全量蓄冷模式，大大減少運(yùn)行費(fèi)用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上計(jì)算分析，可以看出在目前的運(yùn)行狀況下，造成能源站能效比低的原因是多方面的：過(guò)高的江水溫度、串聯(lián)的機(jī)組連接形式及較低的負(fù)荷率等。隨著用戶的逐漸入住，機(jī)組負(fù)荷率會(huì)顯著提高，串聯(lián)的機(jī)組連接形式也能較好的運(yùn)行，此外冷凍冷卻水泵等輔助設(shè)備的效率也會(huì)顯著提升，這種狀況會(huì)有很大的改善。2號(hào)能源站冰蓄冷裝置已經(jīng)安裝，在現(xiàn)階段用戶入住率比較低的情況下，開(kāi)啟蓄冰裝置，現(xiàn)有蓄冰裝置可做到全量蓄冷，能很好的解決主機(jī)效率低的問(wèn)題，大幅度降低運(yùn)行費(fèi)用，并可為后期設(shè)計(jì)工況下的運(yùn)行提供參考。

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Analysison Current Operation Statusof Energy Station 2 in Central Business District in Jiangbei,Chongqing

Based on theoperation data of energy station 2 in the centralbusinessdistrictof Jiangbeidistrict in Chongqing,related situationsare analyzed from riverwater temperature,the operation condition of riverwater source heatpump,users'demand for lateral load aswellasheating and cooling system,and suggestions for paralleloperation of base load unitand summer cooling operation are presented.Theanalysis can offer some references forenergy saving operation and cost reduction of energy station 2.

watersourceheatpump；riverwater temperature；crew efficiency；energy station

TU 831.3+8

A

1671-9107（2014）06-0063-03

基金論文：該論文為重慶市可再生能源建筑應(yīng)用城市示范配套能力建設(shè)項(xiàng)目論文之一。

10.3969/j.issn.1671-9107.2014.06.063

2014-05-09

王本棟（1990-），男，山東濟(jì)寧人，碩士研究生，主要從事暖通空調(diào)和建筑節(jié)能研究工作。

孫蘇，李紅