某区域能源站可再生能源应用方案

陈海峰，李苗姝，潘博文

（1.中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南 长沙 410007；2.搏力谋自控设备（上海）有限公司，上海 201100）

1 工程概况

本项目位于长沙某地区，为新开发区域，需建设一座集中供冷供热能源站，本能源站需为约120 万平方米的建筑物提供集中供冷、供热服务。根据《该片区片区控制性规划》相关内容，本站点供能范围内主要用地性质为B1 商业用地，R2 二类住宅用地，总建筑面积120.8 万平方米。

2 方案指导思想及原则

（1）以提高城市人民生活质量、改善城市生活环境、提高能源利用效率和城市综合实力为目标，推进城市可持续发展为指导思想及原则。

（2）坚决执行《该片区城市总体规划》对片区的规划及建设局总体的指导下进行设计与建设。

（3）以节减量、节约能源为前提，形成以江水源为主体的城市供能体系，提高经济效益和社会效益，发挥区域集中供能的优势。

（4）安全可靠、经济运行，能源中心站和供能管网设置监控和采集系统，对系统运行的参数进行数据采集、分析，为区域能源系统运行保驾护航。

3 负荷分析

本项目住宅26.07 万平方米，商业94.78 万平方米，根据建筑特性，同时参考类似项目的实际情况，各类不同建筑的接入率如下：商业建筑：0.8；住宅：0.4；各类不同建筑的同时使用系数如下：商业建筑：0.75；住宅：0.4；空调面积商业按建筑接入面积的75%计算，住宅按接入建筑面积的60%计算。

3.1 供冷、供热运行时间

区域能源站夏季，空调系统制冷运行时间：每年5 月15 日～10 月15 日，总共154 日历天；区域能源站冬季，空调系统制热运行时间：每年11 月15 日到来年3 月15 日，总共121 日历天。

每日运行时间：

（1）夏季：根据不同类型建筑，结合已运行项目数据，初步确定出本项目各建筑业态夏季用能时间，区域能源站系统的运行时间如下：①商业：每天运行为8：00—21：00；②住宅：每天运行的时间为全天24h。

（2）冬季：根据不同类型建筑，结合已运行项目数据，初步确定出本项目各建筑业态冬季用能时间，空调系统的运行时间如下：①商业：空调运行的时间为8：00—20：00；②住宅：空调运行的时间为全天24h。

3.2 负荷计算

本项目根据供能区域内的建筑业态，计算空调负荷所需各项指标参考《公共建筑节能设计标准》。根据DeST 模拟出的本项目业态典型建筑物全年8760h 动态负荷结果，可得出典型建筑峰值负荷指标见表1。

表1 负荷计算指标

通过计算，供能区夏季设计日的最大供冷负荷出现在14：00，为51.86MW。供能区供热季设计日的最大供热负荷出现在8 点，为24.25MW。本能源站规划范围内预计总冷负荷约为51.86MW，总热负荷为24.25MW，从运行节能、投资经济合理的角度考虑，拟选用水源热泵+常规能源方式为整个规划范围内的建筑供冷、供热。

4 工艺方案

4.1 总体原则

（1）本项目实际供能面积约63.09 万平方米，体量较小，设置一座能源中心站可满足供能区域的供能需求，并降低投资成本。

（2）立足区域能源条件，优先、充分、高效的使用可再生能源。项目靠近湘江，可再生能源丰富，应规模化并最大限度使用项目区域的可再生能源，减小传统能源的比重，优化能源结构，充分发挥可再生能源在节能减排和促进系统高效运行方面的明显优势。

（3）根据项目建设实际情况暂不考虑蓄能。

（4）按照区域的总体规划进行能源站和管网的配置工作，与区域内各种资源有序衔接，优化管网的配置设计，减少区域能源站的输送能耗损失。

（5）整个供能系统采用智能管控，根据空调负荷的变化，自适应调节机组运行方式、水泵运行功率、室内温度等。控制方案设计与项目工艺需求相配合，并兼顾后期运行调试，以实现节能运行。

4.2 站点选址

本站点主要为地下建筑物，主要包括热泵机房、配电间、值班监控室等辅助用房，突出地面部分主要为疏散楼梯间和通风井、冷却塔放置平台等。

拟选能源中心位置具有以下几个特点：

（1）应力求靠近负荷中心，减少能源在输配过程中的损耗，并便于引出冷热管线，使室外管网布置在技术、经济上合理；一般来说能源站功能半径不宜超过1.5km。

（2）考虑管网路由与市政道路的关系，尽量布置在人行道或者绿化带位置。

（3）江水管管径较大，施工难度较高，还要穿越大堤位置，尽量靠近江边。

（4）建设位置需考虑取退水管网的布置，尽量降低取退水管网的投资。

（5）结合土地利用现状，避免不必要的拆建。

4.3 主机设备选型

能源中心站的能源配比采用“以热定冷”原则，水源热泵以满足冬季热负荷为基准，冷负荷不足部分由水冷机组补充，且考虑冬季极端情况下，湘江水温度过低，无法满足水源热泵取热需求，设置燃气锅炉作为紧急辅助热源，燃气锅炉装机容量约为额定热负荷的40%。

表2 主机设备选型配置

上述设备合计总制冷量53.8MW，总制热量24MW，极端情况下的锅炉辅热容量9.3MW，满足能源站制冷、制热需求。

4.4 供能参数

本项目为集中能源站，能源站距用能最远点为1.5km 左右，输送距离较远。输送能耗在能源中心运行成本中占比较大，采用大温差可降低输送能耗。

本能源站采用大温差供能（7℃温差），夏季冷冻水供水温度为5℃，回水温度为12℃，供热季节空调提供热水供水温度为46℃，回水温度为39℃。

特殊情况真空锅炉提供热水的供水温度为60℃，回水温度为40℃。

水源热泵机组冷却水侧，夏季冷却水供水温度为，回水温度为30℃，换热温差为5℃；冬季源水侧供回水温度为4.5/8℃，换热温差为3.5℃。

4.5 输送系统

为方便运行及管理，能源站与用户间采用间接方式连接，各末端用户均设置二层板式换热器进行间接换热。

为满足各类用户的不同流量流量需求，在能源站内设置一级泵，在用户末端的换热站房内设置二级泵。

图1 换热站原理

管网输送采用二级泵变流量形式，二级泵设置在各用户的换热机房内，一级泵负担能源站和供能主管网的压损，一级泵定流量运行，二级泵负担用户末端分支管网和换热机房内的压损，换热机房内的资用压头12～14mH2O。

区域能源站采用大温差输送，室外主管网管径按照经济比摩阻选取，避免管径过小而带来的输送能耗过高，同时规避管径过大带来的初投资过高，经济比摩阻选取范围为40～80Pa/m，主要选择范围为50～60Pa/m，换热支管至入户管段比摩阻选取范围为300～400Pa/m。

管网计算以夏季工况为计算依据，并复核冬季工况。

根据初步确定的供能管网走向和管径估算，得到一级泵管网系统的阻力约8～10mH2O，机房内阻力约为8～10mH2O，一级泵水泵扬程约20mH2O；二级泵扬程根据各用户位置不同有所差异，需承担相应多余主管网的阻力损失，从20～46mH2O 不等。

机房水泵选型如下：

4.5.1 燃气锅炉热水循环泵

锅炉额定制热量为4652kW，供回水温差为20℃，则锅炉热水循环泵流量为：

L=3600×Q/（C×1000×△T）m3/h其中：Q-制热功率，kW；C-水的定压比热容，4.1819kJ/kg·℃；△T-换热温差。

代入数据可得锅炉热水循环泵流量为199m3/h，一级泵扬程选20m。水泵台数为3 台，两用一备。

4.5.2 水源热泵机组空调循环泵

水源热泵机组制冷量7800kW，制冷供水温差为7℃，代入数据可得水源热泵机组夏季空调循环泵流量为958m3/h，一级泵扬程为20m，水泵台数3 台，互为备用。

水源热泵机组冬季制热量为8000kW，冬季制热供回水温差为7℃，带入数据可得水源热泵机组冬季空调循环泵流量为982m3/h，一级泵扬程为20m，与夏季工况匹配。

4.5.3 水源热泵机组冷却水循环泵

夏季水源热泵机组冷却功率为制冷量与电机功率之和，单台机组冷却功率为9058kW，冷却水换热温差为5℃，代入数据，可得冷却水循环流量为1557m3/h。

冬季水源热泵机组源水侧换热功率为制热量与电机功率之差，单台机组源水侧换热功率为6367kW，换热温差为3.5℃，代入数据，可得冬季源水循环流量为1564m3/h；与夏季冷却水循环流量匹配。

夏季，水源热泵机组通过板换与江水进行换热，总的循环阻力约为16～18mH2O。水泵台数为3 台，互为备用。

4.5.4 水冷离心机组空调循环泵

水冷离心机组制冷量7600kW，制冷供水温差为7℃，代入数据可得水源热泵机组夏季空调循环泵流量为933m3/h，一级泵扬程为20m，水泵台数4 台，互为备用。

4.5.5 水冷离心机组冷却水循环泵

夏季水冷离心机组冷却功率为制冷量与电机功率之和，单台机组冷却功率为8910kW，冷却水换热温差为5℃，代入数据，可得冷却水循环流量为1532m3/h；冷却水泵扬程为24m，水泵台数4 台，互为备用。