重庆老旧江水厂开式水源热泵空调源水系统改造

廖怀钰，刘 颉，王 徽，叶亚雄（重庆市斯励博工程咨询有限公司，重庆 401147 ）

经济的迅速发展带来了对老旧城市配套设施的更高要求。张继锋[1]对我国自来水厂现状进行了调查，指出，我国饮用水微生物指标严重超标，迫切需要对老旧自来水厂进行改建或弃用。

重庆市万州区某老旧水厂便面临着弃用的风险。该水厂已运行多年，工艺较为落后，开发商预计在周边重建一新式自来水厂，并将该老旧水厂使用权进行转卖。新使用方购买该使用权后需要对该水厂的用水性质进行调整。由此提出将该水厂水资源作为周边用能点空调源水的改造方案。

1 工程概况

该项目位于重庆市万州区东南方，三面临江。场地内有一老旧自来水厂。依据原设计资料可知，该水厂通过 3台 250 kW 变频水泵每日从长江取水约 100 000 m3供周边居民生活用水使用。由于规划原因，周边即将新建一自来水厂代替该水厂的供水功能。为减少资源与经济损失，同时考虑为周边用能点提供优质空调能源，现将该老旧水厂部分既有设施改造成为周边用能点水源热泵源水系统。场地内用能点众多，其中改造商业建筑仍处于规划阶段。公园配套建筑组团与戏院为老旧自来水厂改建建筑，建筑面积分别为 15 888 m2与 1 656 m2；历史文化体验中心建筑面积 1 177 m2；东南侧科技馆建筑面积 26 000 m2。科技馆由于距老旧水厂过远而不做考虑，项目场地内用能点具体情况如表 1 所示。

表1 项目用能点情况统计表

2 既有资源处利用与系统组成介绍

水源热泵对于源水的温度、水质及取水点位置有着严格的要求，根据林勇豹等[2]、杨露露等[3]、廖兴中[4]的研究结果结果显示，重庆段长江江水在温度与水质方面是较为优秀的空调冷热源，但在使用时需注意应水位变化而造成的取水能耗过大的现象。

为消减上述现象，采用水厂废弃的斜管预沉池进行取水，取水能耗可控且平稳，具体源水系统组成情况如下。①源水沿用老旧水厂江水取水，利用现有斜管预沉池代替蓄水池进行取水。② 取水泵房利用老旧水厂周边废弃建筑进行改造。泵房内放置取水泵与相应物理水处理设备，取水采用干式取水方式直接从斜管预沉池内取水即可。③ 为减少对外部景观的影响，取水管网采用埋地铺设的形式。具体系统流程如图 1 所示。

图1 老旧水厂改造源水系统流程图

3 工程重难点

空调系统的能耗需求随着用户及建筑空间使用情况而变化，国家标准 GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中要求空调系统在设计时，需进行逐时的负荷计算。此外通过刘伟等[5]、王作林[6]及李娟等[7]的研究成果可知，作为区域供能系统，用能点负荷需求的时序性差异与系统末端用能规模的选择是区域工能工程的重难点，具体情况如下。

（1）用能点业态的差异性会使得负荷特性曲线峰值与低谷产生时间有一定的偏差，当该偏差较大时，会使得常规系统常年处于部分负荷状态下运行。且该运行状态下水泵与空调主机将无法高效运行，造成能耗损失。

（2）该类工程为改造工程，其最明显的特点便是前期需通过详细的专项研究决定末端用能点规模。用能点规模大小不仅会对工程投资产生重大影响，更会对系统设备与节能要求提出不同程度的要求。因此，如何在前期通过计算找寻满足现行规范对节能与经济表现要求的用能规模低限值便显得至关重要。

4 用能点负荷需求差异性分析与解决方案

本项目用能点业态性质可分为商业餐饮类与文化类公建两类，而该两类建筑的负荷特性曲线因使用时间的差异性体现出来截然不同的特点。商业餐饮类存在着明显的高峰与低谷，且在傍晚依然存在着负荷需求；而文娱服务类则仅存在中午午餐时间时的一个低谷，其余工作时间内负荷曲线较为稳定，且在傍晚时没有负荷需求。

因此，为解决各用能点用能时序的差异性，空调主机均采用模块式水源热泵机组。一方面，模块式机组将传统大容量集中式机组分为多个小容量在运行中，当负荷需求产生变化时可通过对机组开启数量的智慧化控制，保证主机在任何时间段下处于近满负荷运行，从而保证系统整体能效的高效性。另一方面，模块式机组无须专用机房，可根据用能点分布需求，任意布置于屋顶或室外。

5 末端用能规模低限值的确定

与常规项目不同，本项目为改造项目，如何确定末端用能点规模大小直接影响系统节能性与经济性。本文以万州项目为例，介绍在本次项目中用能规模地限制的确定过程。

5.1 节能性要求下末端用能规模低限值的确定

良好的节能性是任何机电项目在满足实用性前提后的共同追求。重庆市地方标准 DBJ 50—117—2010《地表水水源热泵系统适应性评估标准》规定了重庆地区地表水水源热泵系统的节能性要求。国家标准 GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》对各种类空调设备的基本能效指标作出了详细的要求。因此本工程中将上述指标作为依据，进行本方案系统节能指标的计算。

该项目改造商业建筑仍处于规划阶段，因此计算中采用试算法得出改造商业建筑满足节能性的面积区间范围。DBJ 50—117—2010 对节能性指标 EERR 值根据空调负荷规模分为 3 挡，分别为 3.78、4.01 与 4.29，随着规划面积的增大，节能性指标要求也随着档次的提高而提高。经计算发现，当且仅当改造商业建筑规划面积 ≥6 000 m2时，节能表现可满足要求。

5.2 经济性要求下末端用能规模低限值的确定

节能可行性是经济可行性满足的先决条件，DBJ 50—117—2010 也对重庆地区地表水水源热泵系统经济表现提出具体要求，即“ 地表水水源热泵系统静态投资回收期宜 ＜8 a ”。万州项目中改造商业建筑的计算依然以该要求作为依据。

系统回收年随着规划面积的增大而减少。当且仅当改造商业建筑规划面积 ≥ 8 500 m2时，系统回收年可满足要求。

5.3 小 结

根据对节能性与经济性要求下末端用能点规模地限值的分析计算，取结果中较严者为本项目规划中建筑（改造商业建筑）最低规模限值要求。当且仅当改造商业建筑规划面积≥ 8 500 m2时，系统可满足现行规范节能性与经济性要求。

6 结 语

本文通过对实际项目的介绍，论证了将老旧自来水厂水资源改造为开式江水源热泵空调源水系统的可能性。在该项目中，存在着以下难点供后续实践者们参考。

（1）末端用能点的业态不同会导致末端负荷需求时序的差异性，若不加以重视势必会导致系统能效的降低。

（2）与常规计算思路不同，本次计算中需要对纳入系统的用能规模进行优化选择，以求的同时满足节能与经济要求的最小用能规模限值。

为了应对上述两难点，本项目中采取以下亮点。

（1）空调主机均采用模块式水源热泵机组：在运行中，当负荷需求产生变化时可通过对机组开启数量的智慧化控制，保证主机在任何时间段下处于近满负荷运行，从而保证系统整体能效的高效性。

（2）采用试算法得出末端用能规模与节能、经济指标的关系折线。通过折线关系图，得到规划中用能点的最低规模限值，以保证后续工作中系统节能与经济的表现。