水源热泵多联机系统在密云水库调蓄工程泵站的应用研究

北京市南水北调团城湖管理处 田 葛

密云水库调蓄工程沿途跨越海淀、昌平、顺义、怀柔、密云等区县，线路总长103km，从团城湖取水，通过73km 京密引水渠反向输水，经9 座泵站连续提升总扬程为132.85m，总装机容量36320kW。

密云调蓄工程泵站主厂房装配的水泵机组，在主电机运行时会产生大量的热，由于主厂房无制冷设计，造成热量不能有效排出、中和，不利于机电设备的长期稳定运行及运行维护人员工作的正常开展，急需建立有效的降温系统，达到降低主厂房室内温度、形成设备密闭环境运行、改善运行维护人员工作环境、降低运行耗能的作用。

一、应用研究

笔者以密云水库调蓄工程九级泵站中的第二级泵站前柳林泵站为目标，进行制冷量计算、设备选型、预算分析、运行经济成本分析等可行性深化工作。

前柳林泵站主厂房内安装4 台额定功率为355kW 的水泵机组，泵站正常运行采用3 台工作1台备用的方案，3 台水泵电机额定工况下发热量共约130kW，使得夏季室内温度达到38～40℃，即便打开门窗、排风扇进行通风其降温效果仍然不明显，不利于机电设备的长期稳定运行及运行维护人员工作的正常开展。

可行性深化研究目标为使用水源热泵系统，在夏季期间降低主厂房机电设备运行环境温度（不高于26℃），改善泵站运维人员工作环境；同时替换副厂房部分设备间的原传统电力空调，起到节能、降低运行耗能的作用。

1.水源热泵多联机空调的特性

热泵是一种输送热量的机械装置。它通过消耗少量的高品位能源（如电能），把热量从低温物体输送到高温物体中，从而实现了低品位能源向可用能源的转换。高品位能源电能相当于搬运工，把热量从低温物体土壤中搬运到高温物体中房间里，实现冬季供暖的目的。夏季，则反向运行，实现制冷的目的。

2.室外参数

前柳林泵站总建筑面积约为1508.85m2，其中地上一层，建筑面积为362.85m2，地下两层，建筑面积为1146m2。室外计算参数取自《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012，如表1所示。

表1 室外参数

3.制冷设备规格选型

依据制冷负荷，对市场现有主要水源热泵进行规格选型，如表2所示。

表2 水源热泵规格选型

4.主要设备布置

机房室内机安装位置如图1所示。机房布置8 台FXSP160CA 室内机，夏季可提供机房所需冷负荷；机房布置4 台原有低压配电室的4 台利旧空调，冬季可提供机房所需最低热负荷；地下一层和地下二层各布置1 台FXFP56LVC 环绕气流室内机；二层办公区走廊布置2FXSP71CA 风管机提供走廊区域所需冷负荷；二层低压配电室布置2 台FXFP90LVC 环绕气流室内机提供低压配电室所需冷负荷，原有4 台空调在本系统调试运行良好稳定后，拆除移机到主厂房。

图1 机房室内机安装位置

5.经济分析

通过初步市场调研，按照上述水源热泵多联机设备规格选型，第一次投资预算与常规电力制冷空调系统基本持平，但后续运行费用，若系统采用同等制冷功率的常规空调系统，经计算，耗电量约为44.7kW·h（单台主机消耗功率为21.35kW，2 台主机消耗功率42.7kW，室内机功率小计2kW，总功率合计44.7kW）；水源热泵多联机系统约为35kW·h。

水源热泵系统相较于常规空调系统耗电量减少9.7kW·h，按每年夏季运行时间为150 天，每年节省电费约34920 元。

二、应用效果及后评价

水源热泵多联机系统在前柳林泵站完成安装、调试后，于2018年8月13日进行试运行阶段，截至2022年8月23日，已连续11 天（总计264h）工作状态稳定，未发生设备故障。项目试运行初期效果明显，满足了项目预期的降温、节能、环境改善等要求。

降温效果。为有效验证水源热泵系统的降温效果，试运行前在主厂房不同位置分别设置9 个温湿度计，在试运行过程中，定期对温湿度计进行读数、记录。8月13日～15日北京持续高温，室外温度维持在36℃左右，该系统运行数小时后，主厂房室内温度由38℃降至25℃，8月15日～23日主厂房室内温度稳定保持在25℃～26℃。

节能效果。为验证节能效果，水源热泵系统配置了单独电量计量装置，经过264h 的运行，电表显示总耗电量为10600kW·h，平均耗电量为40.15kW·h。若系统采用同等制冷功率的常规空调系统，经计算耗电量约为44.7kW·h。水源热泵系统相较于常规空调系统耗电量减少4.55kW·h，按每年夏季运行时间为150 天，每年节省电费约16380 元（由于运行初期厂房温度较高，造成系统负荷保持较高水平，降温后日用电量明显减少，由此造成与论证阶段计算量有一定偏差）。

环保效果。本项目采用的水源热泵系统，以河道内河水为系统提供冷源，河水经板置换热器升温后再排入河道，循环过程中未对河水的水质、水量造成污染、消耗，且相较于传统空调，还有效减少了温室效应，起到低碳排放的作用。

设备运行环境改善。在实施节能设备采购项目后，目前主厂房由开放式（门、窗）改为密闭环境运行，有效避免了室外粉尘吸入设备的情况，改善了设备运行环境，对设备的稳定运行起到了一定的作用。

运行工作人员环境改善。在项目实施前，该项目所在前柳林泵站运行维护工作人员工作环境较差，尤其在夏季，其设备巡检、维护、检修等工作内容的开展均处在高温环境下，极易发生体虚、中暑等不良反应，从而影响工作效率，甚至人员安全。项目实施后，凉爽舒适的工作环境，不但提高人员工作效率，而且确保了人员安全。

三、在密云调蓄工程其他泵站的推广

水源热泵多联机在前柳林泵站的有效使用，并在降温、节能、环境改善、成本控制等多方面的效益，使得前柳林泵站水源热泵多联机运行1年后，便在密云水库调蓄工程其他6 座泵站得以推广使用。

水源热泵多联机在泵站工程运行的成功应用有效保障了泵站泵站厂房内设备的运行环境温度，改善了设备运行环境，提高了设备运行可靠性，减少了泵站运行耗能，同时改善了运维工作人员工作环境，保障了工程安全运行，并且作为解决北京水资源危机的民生项目，符合国家政策，环保效果显著。