摘 ?要：水蓄能中央空調(diào)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電力削峰填谷，利用峰谷電價(jià)差，有效節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，在工業(yè)園區(qū)、機(jī)場(chǎng)、商業(yè)綜合體、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。^[1]水蓄能中央空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)中央空調(diào)相比，運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省25%～60%。由于水蓄冷系統(tǒng)的系統(tǒng)形式靈活多樣，在設(shè)計(jì)中需要結(jié)合項(xiàng)目具體情況進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：水蓄能;地源熱泵;消防水池;水罐;運(yùn)行模式

中圖分類號(hào)：TU831 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ??文章編號(hào)：1671-2064（2019）16-0000-00

本項(xiàng)目位于江蘇省某產(chǎn)業(yè)園區(qū)。原設(shè)計(jì)動(dòng)力站設(shè)置3臺(tái)地源熱泵機(jī)組，為產(chǎn)業(yè)園實(shí)驗(yàn)樓和活動(dòng)中心夏季供冷，冬季供熱。增設(shè)水蓄能系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，削減1臺(tái)地源熱泵機(jī)組及其配套設(shè)施。夜間低谷電價(jià)時(shí)段，利用園區(qū)容積約600m?的消防水池夏季蓄冷，室外空地新建1個(gè)容積約600m?的蓄能水罐，夏季蓄冷，冬季蓄熱。

本文就該蓄能系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算、系統(tǒng)原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行策略以及經(jīng)濟(jì)效益給出詳細(xì)分析。

1工程概況

1.1項(xiàng)目基本情況

本項(xiàng)目所述某產(chǎn)業(yè)園區(qū)位于江蘇省鹽城市，園區(qū)內(nèi)建設(shè)有國(guó)家地方風(fēng)電聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室。其中，綜合實(shí)驗(yàn)室面積約10000㎡，員工活動(dòng)中心面積約500㎡。集中空調(diào)系統(tǒng)夏季供冷，冬季供熱。

1.2?當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)情況

為鼓勵(lì)調(diào)峰用電，充分利用現(xiàn)有的電力資源，江蘇省提出了一系列的鼓勵(lì)措施，如推行峰谷分時(shí)電價(jià)政策，分時(shí)電價(jià)表如表1所示。

2 水蓄能空調(diào)方案

2.1水蓄能空調(diào)概述

本產(chǎn)業(yè)園冬季供熱，夏季供冷。冷熱源方案為地源熱泵機(jī)組+水蓄能系統(tǒng)。在夜間低谷電價(jià)時(shí)段，水蓄能系統(tǒng)冬季利用蓄水罐蓄熱，夏季利用消防水池和蓄水罐聯(lián)合蓄冷。白天電價(jià)高峰時(shí)段，優(yōu)先使用蓄能系統(tǒng)供冷/供熱，不足部分開啟地源熱泵補(bǔ)足。

2.2系統(tǒng)逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算

2.2.1 逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算

綜合實(shí)驗(yàn)室和員工服務(wù)中心設(shè)計(jì)冷負(fù)荷約2210kW?？紤]各時(shí)段室外氣候條件的變化以及室內(nèi)使用需求的不同，用逐時(shí)負(fù)荷系數(shù)計(jì)算各時(shí)段用戶的逐時(shí)負(fù)荷。^[2]其中，綜合實(shí)驗(yàn)室在夜間根據(jù)使用情況，可能會(huì)有用冷需求。冷負(fù)荷峰值出現(xiàn)在14：00前后。計(jì)算得到的逐時(shí)冷負(fù)荷變化情況見圖1。

2.2.2 逐時(shí)熱負(fù)荷計(jì)算

綜合實(shí)驗(yàn)室和員工服務(wù)中心設(shè)計(jì)熱負(fù)荷約1950kW。綜合實(shí)驗(yàn)室在夜間仍有部分實(shí)驗(yàn)室有用熱需求，夜間有防凍采暖。熱負(fù)荷峰值出現(xiàn)在早晨9：00前后，如圖2所示。

2.3 蓄放能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地源熱泵機(jī)房建筑面積250㎡，位于地面停車場(chǎng)下方。消防水池與地源熱泵機(jī)房毗鄰，存水量約600m?。室外蓄能水罐距地源熱泵機(jī)房約100m。除蓄能水罐與消防水池布水設(shè)施之外，其余設(shè)備均設(shè)置于地源熱泵機(jī)房?jī)?nèi)。

2.3.1地源熱泵機(jī)組

選用2臺(tái)地源熱泵機(jī)組為系統(tǒng)供冷供熱，并且完成蓄冷蓄熱。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室夜間無(wú)供冷需求時(shí)，可采用2臺(tái)地源熱泵機(jī)組同時(shí)蓄冷，如表2所示。

2.3.2消防水池

利用消防水池蓄冷，水池容積約600m?，蓄冷量為4150kWh。

規(guī)范規(guī)定：蓄冷水池的設(shè)計(jì)，應(yīng)充分利用工程項(xiàng)目的消防水池，將其改造成蓄冷水池，少占建筑面積和空間。蓄冷水池用于冬天蓄熱時(shí)應(yīng)另設(shè)置消防水池。^[3]

2.3.3蓄能水罐

新建1個(gè)蓄能水罐，容積約600m?，直徑8.4m，高約11m。最大蓄冷量約為4150kWh，最大蓄熱量約為4950kWh。

由于水罐與消防水池的液位不在同一高度，因此在系統(tǒng)運(yùn)行中，需要嚴(yán)格隔離水池和水罐，當(dāng)其中一個(gè)容器完成充放冷后，才能切換至另一個(gè)容器。防止系統(tǒng)水由水罐倒灌至消防水池。

2.3.4系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)及工況切換

水蓄能系統(tǒng)通常有以下種運(yùn)行模式：地源熱泵蓄能、地源熱泵單獨(dú)供能、水罐或水池單獨(dú)供能和地源熱泵與蓄能設(shè)施聯(lián)合供能。系統(tǒng)流程簡(jiǎn)化示意圖見圖3。

3水蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行策略分析

水蓄能系統(tǒng)根據(jù)不同的負(fù)荷情況，需合理運(yùn)行2臺(tái)地源熱泵機(jī)組與蓄能系統(tǒng)，使得系統(tǒng)處于費(fèi)用最優(yōu)狀態(tài)。蓄熱系統(tǒng)與蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行策略類似，且僅由水罐參與蓄熱，消防水池在供熱季切出，運(yùn)行工況比蓄冷系統(tǒng)更簡(jiǎn)潔，此處僅以蓄冷系統(tǒng)為例詳述系統(tǒng)運(yùn)行策略。

3.1 100%冷負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行策略

在電力低谷時(shí)段（24：00-8：00）使用1臺(tái)額定制冷量884kW的地源熱泵蓄冷，蓄冷8個(gè)小時(shí)。在白天運(yùn)行時(shí)，開啟2臺(tái)地源熱泵與水池或水罐聯(lián)合供冷。

3.2 75%冷負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行策略

在電力低谷時(shí)段使用1臺(tái)884kW的地源熱泵蓄冷，蓄冷8個(gè)小時(shí)。在白天運(yùn)行時(shí)，電價(jià)高峰時(shí)段，開啟1臺(tái)442kW的地源熱泵與水池或水罐聯(lián)合供冷;電價(jià)平價(jià)時(shí)段，開啟2臺(tái)地源熱泵與水池或水罐聯(lián)合供冷。

3.3 50%冷負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行策略

在電力低谷時(shí)段使用1臺(tái)884kW的地源熱泵蓄冷，蓄冷8個(gè)小時(shí)。在白天運(yùn)行時(shí)，電價(jià)高峰時(shí)段，由水池或水罐單獨(dú)供冷，不必開啟冷機(jī);電價(jià)平價(jià)時(shí)段，開啟1～2臺(tái)地源熱泵供冷。

3.4 25%冷負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行策略

在電力低谷時(shí)段使用1臺(tái)884kW的地源熱泵蓄冷，蓄冷7.3個(gè)小時(shí)。在白天運(yùn)行時(shí)，由水池或水罐單獨(dú)供冷，不必開啟冷機(jī)。

4 水蓄能空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析

為了便于直觀比較，將水蓄能系統(tǒng)與常規(guī)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行電費(fèi)進(jìn)行對(duì)比。

4.1供冷季運(yùn)行電費(fèi)對(duì)比

產(chǎn)業(yè)園區(qū)的供冷季為4月底至10月初，共計(jì)165天。水蓄冷空調(diào)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行電費(fèi)對(duì)比見表3。

由上表3可知，一個(gè)供冷季，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行電費(fèi)約為66.85萬(wàn)元，水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行電費(fèi)約為50.81萬(wàn)元，可節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)約16.04萬(wàn)元。

4.2供暖季運(yùn)行電費(fèi)對(duì)比

產(chǎn)業(yè)園區(qū)的供熱季為12月初至3月初，共計(jì)105天。水蓄熱空調(diào)與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行電費(fèi)對(duì)比見表4。

由上表4可知，一個(gè)供熱季，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行電費(fèi)約為43.15萬(wàn)元，水蓄熱空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行電費(fèi)約為31.19萬(wàn)元，可節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)約11.96萬(wàn)元。

4.3綜合經(jīng)濟(jì)效益

4.3.1運(yùn)行電費(fèi)節(jié)費(fèi)情況

綜和上述兩小節(jié)所述，采用水蓄能系統(tǒng)后，供冷季可節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)16.04萬(wàn)元，采暖季可節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)11.96萬(wàn)元，空調(diào)系統(tǒng)年節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)約28萬(wàn)元。

4.3.2初投資分析

原常規(guī)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)共配置3臺(tái)地源熱泵，2臺(tái)額定制冷量884kW，1臺(tái)制冷量442kW。采用水蓄能系統(tǒng)后，削減了1臺(tái)制冷量為884kW的地源熱泵及其配套打井費(fèi)用、地源側(cè)水泵等附屬設(shè)備和管路的投資，約節(jié)約費(fèi)用170萬(wàn)元。新增水蓄能系統(tǒng)所有設(shè)備、管線、成套控制系統(tǒng)投資約220萬(wàn)元，則開展水蓄能系統(tǒng)增加初投資約50萬(wàn)元，年節(jié)約電費(fèi)28萬(wàn)元，項(xiàng)目靜態(tài)投資回收期約為1.79年。

5結(jié)語(yǔ)

本工程采用水蓄能與地源熱泵結(jié)合的技術(shù)形式，充分利用天然冷熱源資源，利用分時(shí)峰谷電價(jià)政策，移峰填谷，平衡電網(wǎng)負(fù)荷，有利于國(guó)家電網(wǎng)的安全運(yùn)行。水蓄能系統(tǒng)的投入，年節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)約28萬(wàn)元，節(jié)費(fèi)比例可達(dá)25%，連續(xù)運(yùn)行15年可節(jié)約約運(yùn)行電費(fèi)420萬(wàn)元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

水蓄能技術(shù)和地源熱泵技術(shù)均是入選《國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄》的空調(diào)節(jié)能節(jié)費(fèi)技術(shù)，其綠色低碳的屬性，可為業(yè)主樹立良好的綠色低碳品牌形象，提高社會(huì)公信度。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙慶珠.蓄冷技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，2009全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（暖通空調(diào)動(dòng)力）[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

收稿日期：2019-06-22

作者簡(jiǎn)介：葛然（1986—），女，河北張家口人，碩士，工程師，研究方向：蓄冷蓄熱空調(diào)系統(tǒng)。