一种基于能源塔热泵技术应用的综合智慧能源站

王儿龙

国电投零碳能源（南京）有限公司 江苏 南京 210000

能源综合服务的高效利用是实现低碳园区的关键，也是建筑节能的重点，低碳园区的建设是应对全球气候变化的重要战略选择和行动载体。国家节能减排战略计划逐年下达，各级政府在城市建设相关政策中不断深化落实，并成为创优评价不可或缺的要求。

南方在应对低温寒流时易形成电力和天然气负荷高峰，引发能源供应缺口。综合智慧能源站可有效提升可再生能源应用比重，提高能源系统利用效率，减低区域性能耗，对改善生态、保护环境具有重要的现实意义，同时节省区域内基础能源设施的总投资。本文针对某文化设施景区建设为例，通过综合智慧能源站的建设分析，总结出合理的建设模式，为其他项目的建设提供参考。

1 项目概况

本项目位于无锡市，项目总建筑面积135800㎡，供能面积约114785㎡，项目以娱乐文化设施、酒店建筑为主。

2 设计思路

2.1 综合智慧能源站

综合智慧能源站，像城市给水、电力一样是一项公用事业，是城市的基础设施之一，是为了满足某一特定区域内建筑群落的集中供冷、供热需求，由专门的区域能源中心站集中制备冷水、热水等，通过区域管网进行供给的一个或多个中央空调冷热源系统。

2.2 能源塔热泵技术

能源塔热泵是一种外观呈塔形，以空气为热源，通过塔体与空气的换热作用，实现制冷、供暖以及提供生活热水等多种功能的新设备（见图1工作原理图）。能源塔热泵系统的热源虽然也来自空气，但它有别于传统空气源热泵从空气中获取能量的方式，而是利用热泵主机将能源塔从空气中吸收的低品位热源用于制冷、供暖和提供生活热水。在夏季，能源塔热泵机组把能源塔作为冷却塔，利用水的蒸发散热，能效比可达5.0以上；在冬季，能源塔热泵机组利用冰点低于0℃的载体介质，高效提取-9℃以上、相对湿度较高的低温环境下空气中的低品位热能进行供热，解决了传统空气源热泵冬季结霜的问题，省去了传统空气源热泵的电辅助加热[1]。

图1 能源塔热泵系统工作原理图

能源塔热泵的工作原理是：通过水和空气之间的热质交换将空气中的热量传递给水。冬季利用冰点低于0℃的介质提取空气中的低品位热源，通过向能源塔热泵机组输入少量电能来高效提取空气中水蒸气凝结为水时所放出的潜热，达到制热目的；夏季制冷时，为热泵机组的冷凝器提供冷却水，作为高效冷却塔使用。另外，在春秋季节，能源塔作为热源可用来制取生活热水[2]。

能源塔的核心技术是溶液浓缩装置。冬季阴雨连绵期间，能源塔防冻液膜直接与空气进行显热与潜热交换的同时，凝结了空气中的水分，使防冻溶液浓度降低，冰点上升。而浓缩装置的作用是将稀释的防冻液浓缩，使冰点下降。

2.3 项目资源条件分析

通过资源条件分析，项目技术方案比选如下（表1）：通过上述资源条件分析，本项目选用能源塔热泵技术建设综合智慧能源站为项目提供集中供冷供热服务。

3 项目实施方案

3.1 建设模式研究

业主自建：空调系统由项目业主方自建，根据项目资源条件考虑采用溴化锂机组供冷+蒸汽供热的能源形式，此种供能形式初投资较大，后期运行费用较高。

第三方专业能源服务公司投资建设：由第三方专业能源服务公司投资建设综合智慧能源站，并由其负责后期的运行维护，项目合作期30年。

项目的收费模式采用两部制原则：接入费+能源使用费。

业主选择第三方专业能源服务公司来为其提供优质的冷热源服务。其中，收取的接入费用低于业主自建空调系统的初投资，后期收取的能源使用费也远低于自建空调系统的运行费用，可节约较大的运行成本。同时第三方专业能源服务公司凭借其自身专业的技术能力、成熟的运维能力为用户可提供智慧、绿色、安全、可靠、经济的能源服务。

3.2 技术经济分析

项目经济测算边界条件如下：

采用第三方专业能源服务公司建设综合智慧能源站的形式需接入费+能源使用费：

接入费：180元/㎡（按供能建筑面积计）

供冷、供热能源使用费：0.55元/kwh（按实际能源使用量计）

蒸汽费用：330元/t

项目建设初投资对比分析如下（表2）：

表2 初投资费用对比分析

项目运行费用对比如下（表3）：

表3 运行费用对比分析

由上述对比分析可得，项目由第三方建设综合智慧能源站比自建空调系统建设投资及后期运营费用均有较大的节约。

经测算，项目动态投资回收期12.09年（所得税后），所得税前项目投资内部收益率11.6%，所得税后内部收益率8.73%。

4 总结与思考

本项目拟采用综合智慧能源站实施集中空调供冷、空调供热、供卫生热水，有利于优化和改善景区能源利用结构，提升景区生态建设水平。工程符合区域发展要求，对改善区域的空气质量，节约能源消耗，提高经济效益等均有明显的作用。相较与用户自建蒸汽溴化锂+蒸汽供热系统，年可实现节约标煤1148.1吨，节约二氧化碳排放量3951.5吨。

本项目采用了可再生能源技术——空气源，可再生能源利用比例100%，利用热泵系统将低品位的空气能进行利用，空调系统夏季能源塔热泵、风冷热泵综合系统COP为4.0以上；冬季能源塔热泵、风冷热泵综合系统COP为2.8以上。

项目投资动态投资回收期12.09年（所得税后），所得税前项目投资内部收益率11.6%，所得税后内部收益率8.73%。

综合可见，在本项目中采用综合智慧能源站系统为项目提供供冷、供热及供生活热水服务，可以获得很好的经济和环保特性，具备实施的前提条件。