區域能源系統能效的理論分析

□文/李君 王硯

區域能源系統能效的理論分析

□文/李君 王硯

針對大型集中能源站供冷、供熱系統，特別是超大規模建筑群可再生能源利用與綜合蓄能技術耦合，復合以調峰冷熱源的多元化復合能源系統，通過理論分析和試驗測試研究系統在典型工況下冬季供暖和夏季供冷時的能源效率，形成一套完整的分析計算與設計方法、系統工藝集成體系、監控體系，進一步提升系統的運行能效。

區域能源；集中供冷；供熱；能效

隨著城市CBD的發展，區域集中供冷、供熱系統越來越具有優勢，特別是多種能源、新能源的復合利用。具有共性的大規模公共建筑組團區域供冷、供熱能夠節約能源，節約投資，提高單體建筑空間的商業價值，減少系統運行維護工作量。區域能源系統效果顯著，必須有優化的控制運行策略支持，才能真正的節能降耗。監測分析區域能源系統的能效比，既可以驗證系統是否達到設計預期，也可以對后續工程項目的建設與評價提供參考。

以某大型集中能源站為例，系統采用帶有冷熱調峰復合以冰蓄冷系統的三工況地源熱泵系統。

1　區域能源供冷系統能效比

EER（energy efficiency ratio）指能源系統中運行時供給的冷量或熱量與整個系統運行時功耗的比值，為評價系統運行是否高效和節能的標準。

式中：EER為整個系統的能效比；Q為系統的制冷/制熱量；W為系統總耗電量。

區域供冷系統和其他空調系統一樣，大部分時間段處在部分負荷運行，部分負荷的系統能效指的是系統在部分時段輸送的冷量與系統在部分負荷是所使用的設備用電量之間的比值。區域供冷系統在部分負荷下運行是否高效是整個系統在運行周期內是否節能的關鍵因素。

系統運行部分負荷率為系統運行的逐時冷負荷與設計日最大負荷的比值

式中：Qx為運行時系統的部分負荷；Q為設計日最大負荷。

區域供冷部分負荷下，系統設備功耗和系統的能效

式中：EERX為部分負荷率為X的時候系統能效；W為部分負荷率為X的時候，整個系統的總耗電量；WX1為部分負荷率為X的時候，制冷機組的耗電量；WX2為部分負荷率為X的時候，冷凍水泵的耗電量；WX3為部分負荷率為X的時候，地源側水泵的耗電量；WX4為部分負荷率為X的時候，地源側水泵的耗電量；Q1為部分負荷率為X的時候，冷凍水溫升造成的冷量損失；Q2為部分負荷率為X的時候，冷凍水管道在部分負荷下冷量損失。

系統在不同的負荷條件下，系統的運行工況不同，其融冰策略和機組配置不同，系統的能效也有明顯的不同，系統的能效不同主要表現在制冷機組的能耗、系統水泵的能耗、管道的冷損三個方面，從而影響整個系統的效率。

式中：EER為系統制冷機的制冷效率；Q冷損失系統的管道損失和泵的溫升損失以及換熱損失；W系統中總耗電量；W主機、W冷凍水泵、W溶液泵、W地源側冷卻水泵、W融冰泵分別為主機的耗電量、冷凍水泵耗電量、溶液泵耗電量、地源側水泵耗電量、融冰泵耗電量。

系統不同負荷率100%、75%、50%、25%系統能耗見圖1。

圖1　不同負荷率下的系統能效

系統夏季節運行綜合能效為各個負荷時段能效值與其時間比的加權平均值SEER=3.69×4.48%+3.46× 19.8%+3.38×46.52%+3.01×29.20%=3.29。

2　區域能源供熱系統綜合能效

區域供熱系統比區域供冷系統由于沒有蓄能系統的影響，系統能效計算簡單許多，只考慮地源熱泵系統供熱能效，不考慮調峰熱源供熱能效影響。主機和機載機均在額定工況下運行。滿負荷運行時主要耗能設備見表1。

表1　冬季供暖系統能夠滿負荷運行時設備耗能kW

板式換熱器損失為供熱量的3%，管道散熱損失為170 kW，參照系統供冷能效計算方式。

則系統滿負荷下能效比為（14 933×0.97-170）÷（744×4+110×4+75×4+160×4）=3.29。

3　結論

通過區域能源系統能效的理論分析，系統綜合能耗為3.29。通過運行一段時間的實際測量，系統能耗為3.01。導致能源效率低的一個原因是系統負荷率低，裝機容量大，無效的輸送功耗導致系統經濟性差。另一方面，自動控制系統仍無法精準的預測出下一個時段的負荷，并指導運行。人為因素成為運行的主導，在運行過程中的錯誤或偏差也導致系統的經濟性差。

設計得當區域能源的能效仍高于傳統空調的能效，是根據不同單體建筑使用時間及負荷變化，綜合考慮同時使用系數，減少總裝機容量與機房占用的建筑面積并可節約項目的總體投資。

綜上，對城市CBD區域能源系統，應充分論證項目的可行性。在投資之初，充分考察項目的負荷率。從設計上，合理設定負荷率可以有效提高區域能源系統的經濟性，因地制宜地利用可再生能源。

［1］馬宏權，龍惟定.區域供冷系統的能源效率［J］.暖通空調，2008，38（11）：59-64.

［2］康英姿，左政.區域供冷系統二次管網的冷量損失分析［J］.暖通空調，2009，39（11）：31-36.

□王硯/天津市建筑設計院。

TU831

C

1008-3197（2016）04-73-02

2016-04-08

李君/女，1986年出生，天津佳源興創新能源科技有限公司，從事工程技術管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.04.029