基于地源熱泵的冷熱雙蓄系統(tǒng)在電力工程附屬設施中的應用

0 前言

隨著我國關(guān)于“3060”碳排放控制目標發(fā)展的要求日益提高，推動冷熱供應系統(tǒng)向集約、高效、安全的清潔能源供應成為暖通工程師們需要考慮的問題。積極拓展綜合能源供應方案，實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的目標。地埋管地源熱泵系統(tǒng)是以地下巖土體為低溫熱源，由熱泵機組、地熱能交換系統(tǒng)、建筑內(nèi)系統(tǒng)組成的空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能充分利用淺層地熱資源，提高系統(tǒng)的節(jié)能率和可再生性，具有良好的經(jīng)濟與環(huán)保意義

。水蓄空調(diào)是一種簡單的蓄能系統(tǒng)，它是在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中增設蓄能水槽（水罐或水池）作為蓄能設備，以冷水機組+電鍋爐或熱泵作為系統(tǒng)的冷熱源，利用夜間谷電時開啟主機設備制備高品質(zhì)的冷熱水，并在白天電力高峰時段釋放出來的系統(tǒng)形式。

本文介紹了雄安新區(qū)劇村變電站附屬設施的暖通設計，從設計概況到設計思路、機組選型，通過本文的工程案例分享，為暖通設計人員提供參考。

跨境電商高速發(fā)展，傳統(tǒng)外貿(mào)企業(yè)對跨境電商還不是很了解，不了解電商的經(jīng)營以及電商的狀況和其他企業(yè)的情況等。這就導致傳統(tǒng)外貿(mào)企業(yè)在內(nèi)部管理上不能跟上跨境電商的模式。傳統(tǒng)外貿(mào)企業(yè)規(guī)模比較小，管理比較簡單，沒有系統(tǒng)的管理制度，面對跨境電商轉(zhuǎn)型，對企業(yè)倉庫管理、銷售策略、財務管理等提出了更高的要求，對客服人員的素質(zhì)更是提出更高的要求，企業(yè)內(nèi)部管理不到位，這就很容易導致外貿(mào)企業(yè)在對產(chǎn)品和人員管理上都無法跟上電商轉(zhuǎn)型的步伐，導致企業(yè)在跨境電商轉(zhuǎn)型的過程中受到了內(nèi)部管理的限制。

1 工程概況

劇村變電站為河北省雄安新區(qū)容東片區(qū)220 kV降壓變電站，本工程作為變電站的附屬設施。根據(jù)新區(qū)建設的理念，在方案創(chuàng)作中以“多站融合”的新模式進行設計，與變電站共建，與公園共融，為節(jié)約用地充分利用坡下空間，與周邊居民共享。本工程業(yè)態(tài)包括數(shù)據(jù)中心、展示大廳、綜合能源服務中心、健身場所等功能。整個建筑以電為中心的清潔能源作為冷熱源供應系統(tǒng)。

Research on the Development of Yunnan Sports Tourism Industry based on Diamond Model___________________________BAI Yinlong,GUO Tengjie,GAN Songtian 42

2 設計參數(shù)

2.1 典型空調(diào)房間的室內(nèi)設計參數(shù)

典型空調(diào)房間的室內(nèi)設計參數(shù)見表1。

2.2 冷熱負荷

本模型利用藍色五角星代替脫氧核糖，其五個頂點當作五碳糖環(huán)上的五個原子，并在代表1、3號碳原子的地方用打孔器打孔，分別連接堿基與磷酸。在4號碳原子處打孔，穿上銀色細鐵絲，用銀色細鐵絲的另一端代表5號碳原子位置。

2.3 冷熱源

按照建筑使用性質(zhì)及當?shù)乜照{(diào)使用習慣，該建筑每年供冷工況和供熱工況運行時間分別為90 天和121 天。根據(jù)全年的負荷分析計算，本工程年設計空調(diào)總冷、熱負荷分別為 35.24 萬 kWh 和 22.03萬kWh，泳池熱水年熱負荷采用運行時間估算，其年耗熱量約為45.0 萬kWh。為保證地源熱泵的穩(wěn)定運行，本工程為泳池配置150 kW 三集一體的熱泵機組和150 kW的輔助電加熱設施。

本工程選擇兩臺螺桿式地源熱泵機組，設置一座有效容積為230 m

的鋼制水罐（水罐直徑7 m，高7 m），蓄冷工況設計溫度為4 ℃/9 ℃，蓄熱工況設計溫度為43 ℃/48 ℃。設計蓄冷量為1 330 kWh，蓄冷比例為17.7%；設計蓄熱量為1 330 kWh，蓄熱比例為38.1%。主要設備參數(shù)見表2。

作為一個國家級專業(yè)水務投資和運營管理公司，中國水務公司更對此體現(xiàn)出高度的敏感性。圍繞當前新形勢，中國水務公司對市場進行了深入分析：隨著政府職能的轉(zhuǎn)變，未來政府在水務行業(yè)發(fā)展中的角色定位有望徹底改觀，政府在公共服務領(lǐng)域的采購將加大，資源性產(chǎn)品價格改革將加速，水務環(huán)保市場有望進一步開放，這將吸引眾多社會資本加速進入這一領(lǐng)域，進而帶來更加深入持久的水務兼并重組潮。在此形勢下，水務資產(chǎn)效率將提高，效益將變好，良好的市場前景和預期將吸引更多的競爭者加入，競爭激烈程度將進一步加劇。同時，政府對公共服務提供者的技術(shù)、資金、管理水平和資質(zhì)要求將提高，市場的準入門檻將抬升，新的市場開拓難度將加大。

Q

=Σ[空調(diào)分區(qū)熱負荷×（1-1/COP）]

根據(jù)本工程的土壤熱物性測試報告，本區(qū)塊地源熱響應換熱量夏季按50 W/延米，冬季為38 W/延米設計。按照空調(diào)冷、熱負荷可分別計算地埋管需滿足的最大釋熱量Q

與最大吸熱量Q

，分別取制冷性能系數(shù)與制熱能效比為：

EER=5.6

COP=4.5

Q

=Σ[空調(diào)分區(qū)冷負荷×（1+1/EER）]

忽略傳送過程的熱損與水泵傳熱部分

，則有：

在本次的設計工作開展過程中，充分地將城市的建筑開發(fā)與自然生態(tài)環(huán)境的保護進行了有效融合。從設計區(qū)域至外部交通以及空間層面都十分符合生態(tài)建筑理念，濕地公園水岸與周邊城市居民之間相互呼應的效果十分貼合于城市可持續(xù)發(fā)展的目標[1]。具體而言，在進行景觀設計時，使用的是一種幾何抽象的折線形湖水紋樣斑塊，然后在其中融入了工程當?shù)氐奈幕栆约吧鷳B(tài)環(huán)境形象。另外一方面，在進行生態(tài)濕地設計時，需充分與城市的發(fā)展理念相融合，為城市的發(fā)展創(chuàng)造了良好的休閑與綠化空間，同時也為當?shù)氐穆糜?、綠化生態(tài)帶以及經(jīng)濟活力提供了有效的發(fā)展活力。

Q

=488×（1+1/5.6）=575.2 kW

由于本工程設置了蓄冷蓄熱裝置，夜間谷電開啟熱泵機組制取冷水和熱水儲存在蓄能水槽內(nèi)，在白天電力高峰時段釋放給系統(tǒng)末端。通過蓄能裝置的“儲能”可以減少冷/熱源系統(tǒng)的裝機容量和對電網(wǎng)的壓力。100%負荷工況下的機組供冷/供熱運行策略見圖1和圖2。

Q

=490×（1-1/4.5）=381 kW

根據(jù)該工程的建設用地范圍與建筑物形式，地埋管布置在二層地下室底板下，垂直布井，雙U設置，埋管管徑為DN32的聚乙烯管，有效孔深為120 m。由Q

、Q

可計算出所需地能井的數(shù)量分別為96口、84口。夏季釋熱量Q

計算所需打井數(shù)量大于冬季吸熱所需井數(shù)，故取Q

確定本工程地埋管長度的計算依據(jù)。地能井總數(shù)為118 口，地能井夏季工況下可消納的最大峰值釋熱量為708 kW。

3 系統(tǒng)形式

本工程冷熱源機房位于地下二層。系統(tǒng)中所選用水泵，與冷水機組一一對應連接，水泵參數(shù)見表3?？照{(diào)水系統(tǒng)采用一次泵壓差旁通控制變流量系統(tǒng)，地埋管布置在地下二層底板基礎之下。空調(diào)冷熱源系統(tǒng)見圖3。

在對木蘭溪百里風光帶進行整體規(guī)劃的過程中，可以邀請國內(nèi)的高水平設計者對其進行設計和籌劃，將木蘭溪沿線的城鎮(zhèn)以及水利、生態(tài)等產(chǎn)業(yè)進行合理的規(guī)劃，進而促進流域范圍內(nèi)的一體化發(fā)展。另外，還可以進行水陸結(jié)合，共同發(fā)展，從而充分展現(xiàn)莆田市的特色風貌。除此之外，還可以將還水于民以及還溪于民的理念充分融入建設中，在對木蘭溪進行規(guī)劃的過程中，還需要將防洪以及生態(tài)等功能進行合理考慮，從而使木蘭溪百里風光帶的建設充分實現(xiàn)城市河道的防洪、環(huán)保以及旅游等多項功能，為建設優(yōu)美濱水岸線奠定良好的基礎。

4 運行模式

主機在夜間進入蓄能工況，全負荷運行，兩臺機組共同運行3 h，蓄冷（熱）量為1 250 kWh時，主機停止運行，蓄冷（熱）溫度為4 ℃（48 ℃）?？照{(diào)及蓄能系統(tǒng)應具備不同工況和運行模式的自動轉(zhuǎn)換功能及負荷跟蹤和判斷功能，以確定具體的運行策略。在任何運行模式下，系統(tǒng)始終以釋能優(yōu)先和在新的蓄能時段開始時，用盡所蓄冷（熱）量為控制目標，并同時保證可能出現(xiàn)的最大逐時負荷的需求。根據(jù)工程實際需要，本系統(tǒng)的運行策略如下：

綜上所述，對急診胸腹部創(chuàng)傷患者的臨床診斷過程中，采用螺旋CT檢查診斷的準確性更高，其有助于患者病情觀察，應用價值優(yōu)異，于臨床中進行推廣的意義較為深遠。

1）夏季工況，地源熱泵蓄冷；

2）夏季工況，地源熱泵單獨供冷；

5）水罐單獨供冷；

4）夏季工況，熱回收模式；

3）夏季工況，地源熱泵+水罐聯(lián)合供冷；

6）冬季工況，地源熱泵蓄熱；

7）冬季工況，地源熱泵單獨供熱；

8）冬季工況，地源熱泵聯(lián)合供熱；

（2）高速公路上舊路基對應土層OCR比高速公路下新路基土體OCR有較高的趨勢，說明舊路基先期固結(jié)壓力較大，因此在進行新老路基差異沉降變形計算時應考慮OCR的變化。

5 系統(tǒng)介紹

冷熱源機房夏季提供7～12 ℃冷凍水，冬季提供40～45 ℃空調(diào)熱水。熱回收式熱泵機組空調(diào)季節(jié)運行時可提供50～55 ℃的熱水供泳池加熱。地源熱泵機組蓄冷釋冷溫度為4 ℃/9 ℃，蓄熱釋熱溫度為48 ℃/43 ℃，通過板式熱交換器與負荷側(cè)循環(huán)水實現(xiàn)能量交換?？照{(diào)冷、熱水采用閉式機械循環(huán)系統(tǒng)，空調(diào)水系統(tǒng)分別設置公共區(qū)、泳池兩個區(qū)，可全年供應冷凍水和空調(diào)熱水，空調(diào)水系統(tǒng)均為二管制?？照{(diào)水冷源側(cè)及用戶側(cè)均為變水量系統(tǒng)，系統(tǒng)分集水器之間裝設壓差旁通控制閥，采用壓差控制水泵頻率，在水泵達到最小頻率時由旁通保證冷水機組水流量。地源側(cè)根據(jù)進/出水溫差，自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，以保證冷卻水供水溫度不低于冷機限值。

根據(jù)計算,本工程夏季空調(diào)冷負荷峰值約為660 kW，冬季空調(diào)熱負荷為635 kW，泳池熱水負荷為150 kW。本工程地下一層作為數(shù)據(jù)中心，獨立出租使用，空調(diào)預留機位由運營商自理，其冷負荷不計入系統(tǒng)，不在本文設計范圍之內(nèi)。本工程泳池熱水初次加熱最大熱負荷為380 kW。

1)制冷空調(diào)費用

理論基礎是學科存在與發(fā)展的基石。旅游者行為基礎理論的建立，必須要解決的首要問題就是認識旅游者行為的本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)旅游者行為與其他行為的不同之處，找到其獨特性所在，進而把握旅游者行為的基本發(fā)展規(guī)律。同時，要對旅游者行為研究中使用的專業(yè)術(shù)語與概念進行統(tǒng)一界定與劃分，避免對概念術(shù)語的混用、亂用和錯用。從概念的夯實到方法的豐富再到研究范式的改進，是旅游者行為研究理論建構(gòu)的重要發(fā)展路徑。

6 年運行分析

空調(diào)冷、熱水系統(tǒng)為閉式兩管制機械循環(huán)異程式系統(tǒng)。末端側(cè)變流量運行，供、回水總管上設置壓差旁通閥以保證水系統(tǒng)正常運行。各新風機組的回水管路上設置動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥、風機盤管機組的回水管路上設置動態(tài)平衡電動二通閥以維持系統(tǒng)水力平衡。辦公等場所采用風機盤管和新風系統(tǒng)，新風機組風機采用變頻控制，根據(jù)室內(nèi)CO

濃度控制風機轉(zhuǎn)速。新風由新風機組冷熱處理、加濕后直接送至各功能房間內(nèi)。加濕方式采用濕膜加濕。新風空調(diào)機組內(nèi)設置空氣凈化裝置，用以除塵、滅菌、分解有害揮發(fā)性氣體并消除異味，保證室內(nèi)空氣品質(zhì)，滿足衛(wèi)生防疫要求

。

制冷計算時間為90 d，制熱時間為121 d，不同負荷的分布情況根據(jù)《公共建筑節(jié)能設計標準》中IPLV 的規(guī)定。即：100%負荷占1.2%，75%負荷占32.8%，50%負荷占39.7%，25%負荷占26.3%。每天空調(diào)運行時間為14 h。

雄安市電網(wǎng)峰谷分時銷售電價見表4。

分別對不同負荷工況下的運行工況進行計算，各負荷工況下的運行電費見表5。其年運行地區(qū)費用可通過負荷工況占比后加權(quán)得出，詳見表5。全年空調(diào)用電費用為供冷季和供熱季的用電費用，為95 248元。

2)熱回收節(jié)約電費

行為記錄的追蹤分析在商業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)獲得充分地應用，并取得了一定的成果，例如淘寶策劃的“雙十一”活動就是在對海量用戶訪問、購買行為記錄的分析基礎上策劃了一次十分成功的營銷活動。在這一點上，黨校圖書館的信息整合建設也可以吸取經(jīng)驗。例如，黨校圖書館可以以中央黨校為核心，以各省市黨校為分支，以地級市黨校為末梢，對我國黨校讀者的行為記錄進行采集、分布式計算以及非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)挖掘與分析，統(tǒng)計分析不同區(qū)域不同層次的黨員干部的閱讀傾向、知識結(jié)構(gòu)、關(guān)心要點、知識漏洞，大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集、挖掘、分析能夠讓黨校圖書館更好地進行信息整合建設，為我國黨校的教學科研更好地提供服務。[4]

本工程年冷、熱負荷分別為35.24 萬kWh、22.10萬kWh，空調(diào)冷、熱負荷均通過地源熱泵機組排入地下土壤，相應地下土壤的得熱、冷量分別為41.53 萬 kWh、17.18 萬 kWh。為保證土壤的吸熱、放熱量平衡，原則上約有24.35 萬kWh 的熱量可供應泳池熱水。

3)運行問題

泳池全年運行需提供區(qū)域內(nèi)的供冷、供熱以及泳池加熱等供能服務，考慮到土壤熱平衡，地源熱泵系統(tǒng)理論上可以提供約160 d 所需的泳池加熱量，因此為該區(qū)域另外配置一套三集一體冷熱源設備。

7 結(jié)論

本工程同劇村變電站均建設于公園地塊內(nèi)，且同為地下建筑，因此，設計時需充分考慮通風、空調(diào)設備對地形風貌的影響，綜合對比了冷水機組+鍋爐、風冷熱泵系統(tǒng)、吸收式制冷+市政熱網(wǎng)、地源熱泵系統(tǒng)等方案后，最終確定本工程冷熱源的形式為地源熱泵系統(tǒng)。

地源熱泵+蓄冷蓄熱系統(tǒng)是首次運用到雄安地區(qū)的變電站附屬設施的冷熱源形式，隨著國家對控制碳排放的要求日益提高，民用建筑領(lǐng)域?qū)├涔崴褂们鍧嵞茉捶N類也提出了更高要求。合理的系統(tǒng)設計對區(qū)域電力供應的安全性十分重要，這需要設計師在方案制定、參數(shù)確定、設備選擇等方面綜合考慮。在項目實施過程中可能還會遇到其他復雜問題，本文旨在針對特定項目的設計思路進行歸納總結(jié)，便于其他設計師更重視節(jié)能與環(huán)保的有關(guān)內(nèi)容，使暖通專業(yè)設計能引領(lǐng)行業(yè)內(nèi)能源領(lǐng)域的新發(fā)展。

[1]民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范（GB 50736-2012）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（GB50366-2009）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設計手冊（第2版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.