水源熱泵多聯機系統在密云水庫調蓄工程泵站的應用研究

北京市南水北調團城湖管理處 田 葛

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

密云調蓄工程泵站主廠房裝配的水泵機組，在主電機運行時會產生大量的熱，由于主廠房無制冷設計，造成熱量不能有效排出、中和，不利于機電設備的長期穩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，達到降低主廠房室內溫度、形成設備密閉環境運行、改善運行維護人員工作環境、降低運行耗能的作用。

一、應用研究

筆者以密云水庫調蓄工程九級泵站中的第二級泵站前柳林泵站為目標，進行制冷量計算、設備選型、預算分析、運行經濟成本分析等可行性深化工作。

前柳林泵站主廠房內安裝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熱量共約130kW，使得夏季室內溫度達到38～40℃，即便打開門窗、排風扇進行通風其降溫效果仍然不明顯，不利于機電設備的長期穩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為使用水源熱泵系統，在夏季期間降低主廠房機電設備運行環境溫度（不高于26℃），改善泵站運維人員工作環境；同時替換副廠房部分設備間的原傳統電力空調，起到節能、降低運行耗能的作用。

1.水源熱泵多聯機空調的特性

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，從而實現了低品位能源向可用能源的轉換。高品位能源電能相當于搬運工，把熱量從低溫物體土壤中搬運到高溫物體中房間里，實現冬季供暖的目的。夏季，則反向運行，實現制冷的目的。

2.室外參數

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。室外計算參數取自《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012，如表1所示。

表1 室外參數

3.制冷設備規格選型

依據制冷負荷，對市場現有主要水源熱泵進行規格選型，如表2所示。

表2 水源熱泵規格選型

4.主要設備布置

機房室內機安裝位置如圖1所示。機房布置8 臺FXSP160CA 室內機，夏季可提供機房所需冷負荷；機房布置4 臺原有低壓配電室的4 臺利舊空調，冬季可提供機房所需最低熱負荷；地下一層和地下二層各布置1 臺FXFP56LVC 環繞氣流室內機；二層辦公區走廊布置2FXSP71CA 風管機提供走廊區域所需冷負荷；二層低壓配電室布置2 臺FXFP90LVC 環繞氣流室內機提供低壓配電室所需冷負荷，原有4 臺空調在本系統調試運行良好穩定后，拆除移機到主廠房。

圖1 機房室內機安裝位置

5.經濟分析

通過初步市場調研，按照上述水源熱泵多聯機設備規格選型，第一次投資預算與常規電力制冷空調系統基本持平，但后續運行費用，若系統采用同等制冷功率的常規空調系統，經計算，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，室內機功率小計2kW，總功率合計44.7kW）；水源熱泵多聯機系統約為35kW·h。

水源熱泵系統相較于常規空調系統耗電量減少9.7kW·h，按每年夏季運行時間為150 天，每年節省電費約34920 元。

二、應用效果及后評價

水源熱泵多聯機系統在前柳林泵站完成安裝、調試后，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11 天（總計264h）工作狀態穩定，未發生設備故障。項目試運行初期效果明顯，滿足了項目預期的降溫、節能、環境改善等要求。

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

節能效果。為驗證節能效果，水源熱泵系統配置了單獨電量計量裝置，經過264h 的運行，電表顯示總耗電量為10600kW·h，平均耗電量為40.15kW·h。若系統采用同等制冷功率的常規空調系統，經計算耗電量約為44.7kW·h。水源熱泵系統相較于常規空調系統耗電量減少4.55kW·h，按每年夏季運行時間為150 天，每年節省電費約16380 元（由于運行初期廠房溫度較高，造成系統負荷保持較高水平，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）。

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

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

運行工作人員環境改善。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境較差，尤其在夏季，其設備巡檢、維護、檢修等工作內容的開展均處在高溫環境下，極易發生體虛、中暑等不良反應，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、在密云調蓄工程其他泵站的推廣

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

水源熱泵多聯機在泵站工程運行的成功應用有效保障了泵站泵站廠房內設備的運行環境溫度，改善了設備運行環境，提高了設備運行可靠性，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，環保效果顯著。