区域能源站集中供冷供热方案分析

张夏

摘要：国家大力推广建筑节能技术，支持和鼓励各地结合自然气候特点，推广应用地源热泵、水源热泵、太阳能发电等新能源技术。鼓励项目实施多能源互补集成优化，加强末端供能系统总体规划和一体化建设，因地制宜推广天然气热电联产、分布式可再生能源发电、地热能供热制冷等供能方式，加强热、电、冷、气能源生产的耦合集成和互补利用。区域能源供应是一种基于“多能源互补”理念，以实现绿色低碳发展为目标的能源管理方式。它以节能、环保、绿色高效、智能管理等优势，成为国内外发达城市的城市能源基础设施。区域能源的实施将创新医院能源发展模式，满足绿色医院发展的需要。

关键词：区域能源站；集中供冷；集中供热；

一、主要分析原则

依据国家相关政策和法规，把“节能环保”理念贯彻落实到项目中。因地制宜，充分、合理地发掘和利用当地的可再生能源资源。通过综合计算与设计使系统可以在最佳状态运行。整个空调系统采用自动控制，自动调节负荷，自动调节温度。能源中心站按较高的自动化水平配置，能够随着区域空调负荷变化，自动调节运行工况。按照区域的总体规划来配置能源站和管网，综合、有选择地利用区域内各类可利用资源及可再生能源。设计方案遵循技术先进、投资省、效率高、经济实用、节省能源、无污染、运行管理简便的原则，同时注重提高系统的可靠性。为了提高热泵系统的实际使用效率，尽量选用COP较高、调节性能好的热泵机组。在对冷热负荷进行科学计算的基础上进行设计选型，保证项目可靠性。在实测数据的基础上，进行污水量的详细预测分析，保证极端情况下的水量水质水温能够满足要求。为保证系统的可靠性，提高系统效率，进行设备选型时，综合考虑设备性能与环境参数、负荷动态变化、节能需求的匹配性。优化管网的配置设计，减少区域能源中心站的输送能耗损失。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。

二、机组串并联运行方式

1.机组并联运行方式。在常规设计情况下，能源站机组一般并联使用，机组并联运行时，水源侧和用户侧的进出口水温与单台机组运行时差别不大，仅整个机组流量增加 。并联机组的每台机组都是独立运行的，当某台机组故障或总负荷降低至一定程度以下时，可以停运一台机组，对整个系统的影响较小，运行调整的灵活性较高，控制系统较为简单。

2．机组串联运行方式。对于采用串联形式的能源站机组，以冬季供热为例，低温热源水首先经过上游机组，在蒸发器释放完一次热量后，再进入下游机组的蒸发器放热，能源站机组按此运行方式，能够充分利用电厂循环水的余热，串联机组的总效率比单台机组运行时高，可有效降低能源站的运行费用。但两台机组需要搭配使用，在运行灵活性上不如并联形式的机组。

三、机组串并联性能对比

为研究机组串并联形式对能源站机组运行性能的实际影响，根据能源站设计冷热负荷、夏季供冷设计供回水温度、冬季供热设计供回水温度以及冬季电厂循环水供回水温度等边界条件，对三个空调主机品牌厂家的产品进行了调研。各厂家按照各自能选出的最高能效比的产品，进行串联或并联组合后，以进一步提升系统能效比、降低运行费用为原则分别做了机组并联和机组串联方案的选型，并提供了对应选型机组的测试数据。各厂家均配备了蓄能系统，通过蓄能系统削峰填谷的运行策略，削减了总装机容量，降低了设备投资。

1.单冷机组串并联性能比较。对三个厂家单冷机组串并联方案的能效比进行对比，最终，三个厂家对于单冷机组均采用了机组串联方案。相比并联方式，所有厂家单冷机组采用串联方式后机组能效比和考虑水泵功耗的系统综合能效比都有不同程度的提高，但综合能效比提升没有机组能效比提升得明显，主要是因为机组串联后会导致阻力增加，影响了机组的综合能效比。

2.水源热泵机组串并联性能比较。该项目采用电厂循环水余热作为水源热泵机组的低温热源，冬季电厂循环水供、回水设计温度分别为25℃、lo℃，温差达15 K，具有较强的供热潜力。水源热泵机组不同于传统单制冷机组，通过切换工况，冬天可制热，夏天可制冷，能够实现一机两用，有利于降低项目投资和减少能源站占地面积。水源热泵机组串联方案由于每个厂家产品的差异性，有的采用的是单侧串联形式，有的采用的是双侧串联形式；有的是机组内部系统串联后再用外部水系统串联，有的是仅采用了外部水系统串联，形式不一。各厂家水源热泵机组制冷、制热工况串并联方案性能对比情况。所有厂家水源热泵机组无论是制冷工况还是制热工况，相比并联方式，采用串联方式后机组能效比和考虑水泵功耗系统综合能效比都有不同程度的提高，最高可提高约8％。厂家C采用的是双机头水源热泵机组，即机组在内部已采用了串联的方式。通过能效对比可发现，该厂家机组能效比和综合能效比较其他两家采用单机头机组的厂家要高出许多，说明对于水源热泵机组，机组内部系统串联方式优于机组外部串联方式。

四、能源站选址及平面布置

能源站设置应靠近冷、热负荷中心，以便尽可能减少冷、热媒的输送距离。冷热源机房内部设备的布置，应符合管道布置方便、整齐、经济、便于安装维修等原则。区域能源站设备管道多，施工配合难度大。可利用BIM设计进行前期优化，要注意冷却塔和蓄能罐的设置位置应和周围景观相结合，同时还应仔细考虑设备吊装口和出入口的位置。此外，还应考虑冷水机组、水泵的噪声和振动问题，加强消声减振设计。

五、室外管网工程

1.管网布置原则。应保证技术安全可靠，经济合理，维修方便，其布置的主要原则如下：（1）在有条件的前提下，管线尽可能穿过负荷中心，并在满足使用要求的同时尽量缩短管线长度，减少投资和运行费用。（2）管网敷设应力求施工方便、工程量小。（3）管网设计要采用先进成熟可靠的技术。（4）对周围环境影响少而协调。（5）管道的走向宜平行于厂区或建筑区域的干道或建筑物。通道尽可能布置在道路人行道或绿化带中，减少与规划道路横断面及管线的矛盾。（6）室外供冷、供热管道宜采用地下直埋敷设。

2.管网的布置形式。供能管网的布置形式有枝状管网和环状管网两大类型。离增大而逐渐减小。金属耗量小，基建投资小，运行管理简单是枝状管网的最突出优点。但枝状管网不具备后备供热（冷）的性能。当管网某处发生故障时，在故障点以后的热（冷）用户都将停止供热（冷）。由于建筑物具有一点的蓄热（冷）能力，通常可采用迅速消除热（冷）网故障的办法，以使建筑物室温不至于大幅度降低（升高）。因此枝状管网是热（冷）水管网最普遍采用的方式。环状管网相对支管管网而言，布置较复杂，布置特点是网路的输配干线（有分支接出的干线）呈环状。环状管网最大优点是具有很高的供热（冷）可靠性。但环状管网热（冷）网投资较大，运行管理较复杂，对自动控制有较高的要求。一般用于具有分散在多处的多热（冷）源联合供热（冷）的情况。

3.管网的敷设方式。

表1管网敷设方式对比

总之，区域能源站集中供冷供热方案应通过技术经济分析，在综合考虑供冷供热能源的安全可靠性、成熟性、运行费用、合适的投资回报以及节能环保等方面后，来选择一个投资合理、运行经济的区域能源站系统形式。

参考文献：

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