劉靜君（上海國際航運服務(wù)中心開發(fā)有限公司，上海 200082）

上海地區(qū)江水源空調(diào)系統(tǒng)中江水換熱方式的研究

Study on Heat Exchange Method of River Source Pump Air Conditioner in Shanghai

劉靜君（上海國際航運服務(wù)中心開發(fā)有限公司，上海 200082）

江水與空調(diào)機(jī)組之間的換熱方式是江水源空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用與推廣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。對直接式和間接式江水換熱方式進(jìn)行了深入研究，并依托上海國際航運服務(wù)中心能源中心項目對兩種換熱方式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行調(diào)研分析，為今后上海地區(qū)的江水源應(yīng)用項目提供實踐經(jīng)驗，也為國內(nèi)同類型項目的水源換熱環(huán)節(jié)設(shè)計提供參考依據(jù)。

江水源空調(diào)系統(tǒng)；直接式換熱；間接式換熱；經(jīng)濟(jì)性分析

1 概 述

水源熱泵(如地下水、地表的江、河、湖、海水)作為一種可再生能源利用技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。上海地區(qū)因其豐富的黃浦江水資源，江水源熱泵技術(shù)也已逐步推廣。隨著城市的發(fā)展，尤其是黃浦江兩岸大型綜合體建筑群的興起，建筑或建筑群空調(diào)系統(tǒng)的規(guī)模也日益擴(kuò)大。江水源作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，它的應(yīng)用形式也越來越廣泛而不僅局限于水源熱泵這種單一形式，水源離心式制冷機(jī)組、水源制冷制冰雙工況離心機(jī)組等應(yīng)用方式也逐步發(fā)展，并與蓄冷技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮江水源這一可再生能源的優(yōu)勢，積極響應(yīng)了國家合理使用再生能源技術(shù)的號召，推動著綠色低碳城市的建設(shè)。

江水與空調(diào)機(jī)組之間的換熱方式是江水源空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用與推廣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本文依托上海國際航運服務(wù)中心能源中心項目，對江水換熱方式進(jìn)行了深入研究，為江水源空調(diào)系統(tǒng)中江水換熱方式的選擇提供參考依據(jù)，同時也為今后上海地區(qū)的江水源應(yīng)用項目提供實踐經(jīng)驗。

2 常見的兩種換熱方式

對上海地區(qū)江水源熱泵應(yīng)用項目調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前主要有兩種江水換熱系統(tǒng)方式即直接式和間接式。所謂直接式(圖 1) 就是江水直接作為冷卻水進(jìn)入空調(diào)機(jī)組進(jìn)行換熱的方式，應(yīng)用案例有世博演藝中心、世博軸、世博浦西能源中心；間接式 (圖 2) 為江水與空調(diào)機(jī)組冷卻水通過板式熱交換器進(jìn)行換熱而不直接進(jìn)機(jī)組的方式，應(yīng)用案例有上海十六鋪、上海港國際客運中心、上海國際航運服務(wù)中心。

圖 1 直接式江水換熱系統(tǒng)示意圖

圖 2 間接式江水換熱系統(tǒng)示意圖

3 兩種換熱方式的對比分析

江水間接式和直接式兩種換熱方式各有利弊。本文從兩種換熱方式對機(jī)組運行性能的影響和經(jīng)濟(jì)性兩方面進(jìn)行深入分析，具體內(nèi)容如表 1 所示。

表 1 間接式和直接式江水換熱系統(tǒng)對比分析

4 兩種換熱方式的經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 能源中心項目設(shè)計方案

上海國際航運服務(wù)中心項目分西、中、東 3 個地塊，總建筑面積約為 52 萬 m2，共建設(shè)有 20 棟商務(wù)辦公樓，采用區(qū)域供冷供熱的方式，基地內(nèi)建設(shè)一座能源中心。根據(jù)空調(diào)冷負(fù)荷計算，項目所有建筑所需最大空調(diào)冷負(fù)荷為 42 478 kW，最大空調(diào)熱負(fù)荷為 19 526 kW。項目考慮 100% 采用江水源作為整個空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，夏季并與冰蓄冷相結(jié)合，最大負(fù)荷的 30% 由蓄冰系統(tǒng)提供，總蓄冰量為 132 905 kWh。根據(jù)市場調(diào)研，目前同時滿足制冷、制冰及制熱 3 工況的熱泵機(jī)組的應(yīng)用案例相對較少，考慮到本項目的規(guī)模較大、影響面較廣，因此采用制冷制冰雙工況機(jī)組和熱泵機(jī)組完全獨立的保守設(shè)計：中央制冷系統(tǒng)擬采用 4 臺 6 329 kW 及 1 臺 3164 kW 雙工況制冷機(jī)及3 臺 1 400 kW 可供冷的水源熱泵機(jī)組作為基載制冷機(jī)組。中央制熱系統(tǒng)擬采用 12 臺 1 758 kW 專門用于供熱的螺桿式的水源熱泵機(jī)組。

由于間接式和直接式換熱方式的利弊相當(dāng)，在主機(jī)招投標(biāo)時采用雙方案(兩個方案提供不同的江水進(jìn)出水溫)投標(biāo)形式，同時對板交及小球清洗均進(jìn)行了初步市場調(diào)研，為系統(tǒng)江水源換熱方式的選擇提供決策依據(jù)。

兩種換熱方式的系統(tǒng)配置如下：①間接式系統(tǒng)：主機(jī)選型時夏季冷凝器側(cè)冷卻水進(jìn)水溫度為 33 ℃，冬季蒸發(fā)器側(cè)熱源水進(jìn)水溫度為 3 ℃；為預(yù)防極端低溫天氣，熱泵機(jī)組熱源水側(cè)采用乙二醇溶液，因此冬夏季的江水換熱板交獨立設(shè)計，冬夏季各配置 5 臺板交；對應(yīng)冬夏季板交分別設(shè)置冷卻水循環(huán)泵組和熱源水循環(huán)泵組；②直接式系統(tǒng)：主機(jī)選型時夏季冷凝器側(cè)冷卻水進(jìn)水溫度為 32 ℃，冬季蒸發(fā)器側(cè)熱源水進(jìn)水溫度為 4 ℃；以應(yīng)用工程案例相對較多的小球清洗方式進(jìn)行設(shè)計，每臺主機(jī)設(shè)備分別配置一套小球清洗裝置，共配置 20 套小球清洗裝置。

4.2 兩種江水換熱方式的經(jīng)濟(jì)性比較分析

根據(jù)以上兩個不同系統(tǒng)的設(shè)備配置，向各知名品牌供應(yīng)商進(jìn)行了詢價調(diào)研。結(jié)合本項目辦公樓宇均為 5A 級辦公寫字樓的市場定位，選用了品質(zhì)較高的設(shè)備品牌：主機(jī)選用外資背景國產(chǎn)設(shè)備，板換、水泵和小球清洗選用進(jìn)口設(shè)備；整個能源中心總的設(shè)備造價約為 14 000 萬元。本項目的兩種江水換熱系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的初投資如表 2 所示。

表 2 兩種江水源換熱方式初投資對比 萬元

根據(jù)表 2 可以得出：從主要設(shè)備的初投資來看，直接式換熱系統(tǒng)要比間接式節(jié)約 978 萬元，占能源中心設(shè)備總造價的 7% 左右。

4.3 本項目江水換熱方式的選定

通過以上分析，可以看出直接式江水換熱方式要比間接式造價低，但從系統(tǒng)的運行安全可靠性和拓展應(yīng)用來看，間接式江水換熱系統(tǒng)擁有獨有的特點：

(1) 對于特殊地理位置設(shè)置輔助熱源有困難的項目，要100% 利用江水源作為空調(diào)冷熱源，間接式江水換熱方式可在熱泵機(jī)組熱源水側(cè)采用乙二醇溶液，有效防止了極端低溫下機(jī)組結(jié)凍的風(fēng)險，解決了極端低溫下的供熱問題，無需配置輔助加熱系統(tǒng)，同時避免了設(shè)置常規(guī)的輔助加熱系統(tǒng)而對環(huán)境造成的污染破壞。

(2) 間接式江水換熱系統(tǒng)對江水的水質(zhì)要求更低，直接式存在由江水水質(zhì)惡化帶來的對主機(jī)造成腐蝕等風(fēng)險，而主機(jī)設(shè)備的造價在整個系統(tǒng)中占較高比重，一旦主機(jī)受到腐蝕，帶來的經(jīng)濟(jì)損失相對較大；間接式系統(tǒng)中的板式換熱器本身選材就是 316 不銹鋼材質(zhì)，可有效避免咸潮等惡劣水質(zhì)條件對系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕。

(3) 直接式系統(tǒng)中的小球清洗系統(tǒng)存在小球在主機(jī)中卡殼的風(fēng)險。這時不僅影響機(jī)組使用，而且需要開機(jī)疏通、檢修，工作量大且耗時。當(dāng)然間接式系統(tǒng)中的板式熱交換器也存在江水雜質(zhì)或泥沙堵塞的風(fēng)險，但是多臺板交同時堵塞的概率相對較低，即使發(fā)生某臺板交堵塞，也可以切斷此臺板交的閥門，并不影響其他板交的正常工作，也不影響主機(jī)的使用。板交的堵塞有一個漸變過程，通過對進(jìn)出口壓差的監(jiān)測可以提前判斷板交的堵塞狀況，合理選擇部分負(fù)荷時段對部分板交進(jìn)行清洗工作，可確保高峰用能時刻的空調(diào)供應(yīng)。

(4) 對于金融企業(yè)較集中的建筑群，間接式江水換熱系統(tǒng)還可實現(xiàn)為末端樓宇內(nèi)的數(shù)據(jù)中心提供 24 h 冷卻水，提高數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)的運行效率。

考慮到本項目是以租售為主的商務(wù)建筑群，必須為客戶保證其全年的空調(diào)需求；同時本項目位于黃浦江畔，對景觀的要求相對較高。綜合上述因素，盡管間接式系統(tǒng)的造價較高，但差價的比例在本項目預(yù)算可承受范圍內(nèi)，因此本項目最終選用間接式江水換熱系統(tǒng)。

5 結(jié) 語

通過對上海地區(qū)江水源空調(diào)系統(tǒng)中直接式和間接式兩種江水換熱方式的研究，可以得出：

(1) 直接式江水換熱方式的造價要比間接式低，但兩種換熱方式的初投資差價對于規(guī)模較大的集中式供能中心來說，所占的比例并不高，在可接受范圍。

(2) 兩種換熱方式各有利弊，在選擇時應(yīng)充分考慮到項目所在的地理位置、系統(tǒng)所服務(wù)建筑群的性質(zhì)以及體量、江水水質(zhì)條件、總體投資預(yù)算等因素，使江水源空調(diào)系統(tǒng)充分發(fā)揮節(jié)能、環(huán)保且具有較高經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢。

無論選用哪一種江水換熱方式，江水側(cè)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)都是確保江水源空調(diào)系統(tǒng)正常、高效運行的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注。

TU50

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1674-814X(2017)03-0037-03

2017-02-11

劉靜君，現(xiàn)供職于上海國際航運服務(wù)中心開發(fā)有限公司。

作者通信地址：上海市楊浦區(qū)楊樹浦路18號，郵編：200082。