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复合热泵系统在某楼宇智能表库中的应用
时间:2017-04-30 07:17:09 来源:北京华商能源管理有限公司
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  我国北方地区比较常见建筑供暖方式有集中供暖、燃气锅炉供暖、电锅炉供暖以及热泵供暖,这些供暖方式各有特点。本文以大白楼智能表库的暖通系统为例,对热泵系统的设计和运行效果进行分析。

  1、原设计方案分析

  某楼宇电力智能表库位于北京市大兴区西红门镇大白楼村(以下简称“大白楼”),总用地面积22137m2,总建筑面积11980㎡,其中地下一层建筑面积1800㎡,地上三层建筑面积10180㎡,建筑高度(最高点)为16.5m。

  由于在仪表检定区有大量的高精密设备和仪表,在工作时要求温度恒定在20±2℃,湿度恒定在60±15%,所以主体建筑的冷热负荷要求较高,冷负荷2910kW,热负荷2300kW。根据设计方案,选用电锅炉供暖和中央空调制冷,该方案不需要敷设热力管道或燃气管道,技术成熟,能够满足供暖制冷要求;但缺点也比较明显,需要较大的供电负荷、面积较大的设备机房,并且供暖费用较高。

  按照热负荷2300kW,则蓄热电锅炉设备需要占用:3×2300=6900kW的用电容量,需要选用5台1600kW变压器。

  蓄热水箱体积为:V=6 9 0 0 kW×8 h×8 6 0 k c a l/kWh÷1000÷40℃=1186.8m3。

  按照地下室高度为4m,则蓄热水箱需要占用296.7㎡的建筑面积。

  年供暖耗电量为:6 9 0 0kW×8h/d×12 0 d=6 62.4万kWh。

  通过分析,原设计的电锅炉方案会选用5台1600kW变压器,蓄热水箱会占用296.7㎡的地下室面积,每年耗电量为662.4万kWh,所以应改用其他方案。

  2、新设计方案

  由于在大白楼附近没有热力管线和燃气管线,所以新方案选用热泵系统。由于地源热泵系统能效比较高,供冷供暖比较稳定,且园区内空地较少,所以选用地源热泵为主,空气源热泵为补充的复合热泵系统。

复合热泵系统在某楼宇智能表库中的应用

  热泵空调系统由能量采集系统、能量提升系统、能量释放系统组成。能量采集系统以竖直地埋管为核心,以空气源室外机为补充。

  2.1  能量采集系统

  根据本项目的情况,在园区没有地面建筑的东北、西北、东南和西南角,布置约200个地埋管孔(总体布置216个,其中16个为备用);在二楼屋顶放置14台空气源热泵室外机,满足冷热负荷需求,具体设计选型过程如下:

  (1)地埋管部分

  依据相关设计实际工程经验确定De32管径的双“U”地埋管,并且根据地勘报告,冬季每米的换热量选取42W,夏季换热量选取65W。

  考虑施工方便、场地施工条件的因素,竖直地埋管设计钻孔直径不小于150mm,设计孔深最低为75m,地埋管中水流速:保证在0.4~0.6m/s之间,地埋管内流体保持紊流流态,并确保系统及时排气。

  (2)空气源热泵机组部分

  由提供数据可知建筑总热负荷23 0 0kW,总冷负荷2910kW。其中由地源热泵部分承担热负荷879.5kW、冷负荷82 0.2kW,剩余冷热负荷全部由空气源热泵机组承担。现选超低温强热旋出风循环加热型热泵19 0IIB型机组14台。

  机组名义工况性能参数如下:

  制冷工况:进水温度12℃、出水温度7℃;

  制热工况:进水温度40℃、出水温度45℃;

  额定制热量:204kW、制热输入功率:58.5kW;

  额定制冷量:162kW、制冷输入功率:56.4kW。

  2.2 能量提升系统

  能量提升系统的热泵机组安放在地下一层的制冷机房中,由冷热负荷可知,方案能量提升系统选用2台400B和1台600B/2地能热泵机组,其中两台400B用来满足建筑冬季供暖、夏季制冷的要求,四管制风机盘管考虑采用1台

  600B/2机组接入。

  400B机组的名义性能参数如下:

  额定制热量:396kW;制热输入功率:90.0kW;

  额定制冷量:375kW;制冷输入功率:68.4kW。

  600B/2机组的名义性能参数如下:

  额定制热量:661kW;制热输入功率:156.0kW;

  额定制冷量:610kW;制冷输入功率:114.4kW。

  2.3 能量释放系统

  本项目能量释放系统采用风机盘管系统,由于部分空间要求全年20±2℃,则在该部分区域采用四管制风机盘管。本项目中能量释放系统由其他建设单位负责。

  通过上述分析可以看出:复合热泵系统能够满足冷热负荷的要求,同时,也能够满足仪表检定区的恒温恒湿要求。

  3、运行情况分析

  热泵系统的主机包括地下机房的2台YSSR-400B地源热泵机组和1台YSSR-600B/2地源热泵机组,以及地上二层屋顶的14台190IIB11低温空气源热泵机组。为保证大白楼智能表库仪表检定区的全年恒温恒湿要求,需要对热泵机组的启停顺序和运行情况进行设置,以下按夏季、冬季、春季和秋季四个模式进行分析。

  在夏季运行模式下,2台YSSR-400B地源热泵主机开启制冷工况,根据系统图切换阀门。运行初期、冷负荷较低,开启1台YSSR-400B/2主机,当回水温度高于12℃时,

  开启另一台YSSR-400B主机。随着冷负荷的增加,在2台YSSR-400B同时运行的工况下,回水温度高于12℃时,开启低温空气源热泵机组,为制冷模式,开启台数根据运行状态、回水温度调整。

  YSSR-600B/2在夏季运行模式下开启制热工况,根据系统图切换阀门,根据监控回水温度控制机组运行负荷率。

  在冬季运行模式下,2台YSSR-400B地源热泵主机开启制热工况,根据系统图切换阀门。运行初期、热负荷较低,开启1台YSSR-400B主机,当回水温度低于40℃时,开启另一台YSSR-400B主机。随着热负荷的增加,在2台YSSR-400B同时运行的工况下,回水温度低于40℃时,开启低温空气源热泵机组,为制热模式,开启台数根据运行状态、回水温度调整。

  YSSR-600B/2在冬季运行模式下开启制冷工况,根据系统图切换阀门,根据监控回水温度控制机组运行负荷率。

  在春季运行模式下,2台YSSR-400B地源热泵主机与低温空气源热泵机组一般会经过前期供热、中期停机、后期制冷的情况,前期供热工况运行模式与该机器冬季运行模式相同,后期制冷运行模式与该机器夏季运行模式相同。

  YSSR-600B/2在春季过渡季一般会经过前期制冷、后期供热。前期制冷工况运行模式与该机器冬季运行模式相同,后期制热工况运行模式与该机器夏季运行模式相同。YSSR-600B/2机组要与YSSR-400B机组运行工况同时切换,在YSSR-400B机组停机运行时,根据冷热需求确定YSSR-600B/2机组的运行工况。

  在秋季运行模式下,2台YSSR-4 0 0B地源热泵主机与低温空气源热泵机组一般会经过前期制冷、中期停机、后期供热的情况,前期制冷工况运行模式与该机器夏季运行模式相同,后期供热运行模式与该机器冬季运行模式相同。

  YSSR-600B/2在秋季过渡季一般会经过前期供热、后期制冷。前期供热工况运行模式与该机器夏季运行模式相同,后期制冷工况运行模式与该机器冬季运行模式相同。YSSR-600B/2机组要与YSSR-400B机组运行工况同时切换,在YSSR-400B机组停机运行时,根据冷热需求确定YSSR-600B/2机组的运行工况。

  4、实际运行效果分析

  大白楼电力智能表库的热泵系统于2015年12月施工,2016年5月完工并进行预验收,2016年7月进入空调季后,机组全部启动运行。

  热泵系统运行后,在仪表检定区能够达到恒温恒湿的要求,在保证主体建筑供冷供暖的同时减小了系统供电负荷、降低了运行费用,经济效益明显,并且,由于热泵系统技术成熟,运行控制方便,稳定性好,节能效果明显。

  5、结束语

  从大白楼电力智能表库热泵系统的运行可以看出,通过将电锅炉系统改为热泵系统,降低了暖通系统用电负荷,节约了锅炉机房空间。而且节能减排,减少了设备初始投资和设备运行费用。整个系统技术成熟度高,运行维护量小。

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