武汉光谷金融港1期区域供冷供热系统运行优化.docx

文章编号：1003-0344（2014）04-103-4武汉光谷金融港 1 期区域供冷供热系统运行优化艾爱 钟凡武汉光谷节能技术有限公司摘要：介绍了武汉金融港产业园区域供冷供热系统；采用满负荷当量法对该园区空调能耗进行了计算及总结，首次提出了武汉地区办公产业园区的满负荷当量时间参考数据；通过理论计算与实际运行数据对比得出：dhc的运行优化措施在系统的节能运行中起到至关重要的作用。关键词：区域供冷供热 负荷率 能耗 当量满负荷时间法operation optimization of district heating and coolingsystem of wuhan optics valley financial harbor phase iai ai, zhong fanwuhan optics valley energy saving technology co. ltd.ab s t r a ct : describes the district heating and cooling system. analyses and summarizes the energy consumption with theequivalent full load hours method . provides reference data of office industrial park in wuhan for the first time. by comparing with the actual operation data , suggests that operation optimization of dhc is very important for the system energy saving.k e y w o r d s : dhc, air-conditioning load rate, energy consumption, equivalent full load hours method0引言1工程概况区域供冷供热技术（又称 dhc 系统），从上个世纪 70 年代即开始出现，目前在世界上发展技术已经相 当成熟。国家“十一五”节能减排政策出台之后，dhc 技术在国内得到了空前的推广。虽然我国 dhc 系统的发展态势良好，但目前其 相关运行研究数据仍较缺乏；另一方面，由于人员运行管理不当等因素，许多 dhc 项目仍面临着能效比 低下的问题，使得原本为节能的系统运行成本居高不 下，从而导致 dhc 系统的推广受到严重阻碍。笔者从武汉金融港产业园区域供冷供热系统出 发，首次采用了满负荷当量法对武汉办公产业园区进 行了分析，得到了宝贵的经验数据；同时，针对该区域 供冷供热系统运行中的成功经验提出了对系统运行 管理采取优化措施的建议。武汉光谷金融港位于国家自主创新示范区武汉东湖新技术开发区，由武汉光谷金融港公司负责开发营运工作，项目由加拿大 aai 国际建筑师事务所 担纲整体规划。整个规划用地 1600 亩，规划建筑面积160 万 m2，容积率 1.66，将分成综合后台服务区、研发 培训服务区和配套服务区等多个功能区域。目前，该 项目响应国家节能减排政策，采用分布式能源系统，分 别建设了金融港 1 期（25 万 m2）、2 期（40 万 m2）dhc 系统，远期还将建设 3 期（28 万 m2）等，为园区集中供 冷供热；其冷热源采用了关山热电厂的余热蒸汽，有效 实现了天然气的梯级利用，同时提高了电厂的蒸汽利用率，从而大大减少了碳排放，缓解了园区热岛效应， 为办公园区绿色舒适环境的打造创造了良好条件。目前金融港 1 期 dhc 项目已成功运行 2 年，本收稿日期：2013-7-16作者简介：艾爱（1984），女，大学，工程师；武汉市东湖新技术开发区光谷大道 77 号光谷金融港 a3 栋 2 楼（430000）；e-mail: 104建 筑 热 能 通 风 空 调2014 年文将对其空调用能及运行的情况做出分析。主要仍然采用溴化锂制冷，冬季依靠换热板换进行制热。2.3.1 满负荷当量时间计算根据园区 2012 年运行情况，夏、冬季用量如图12 所示。武汉金融港 1 期 dhc 项目设计内容22.1设计参数室内设计参数参照国家标准及相关设计规范。1）夏季气候参数夏季大气压：99970pa空调室外干球温度：35.3通风室外干球温度：32空调室外湿球温度：28.4空调室外日平均温度：31通风室外相对湿度：67%室外平均风速：3.6m/s大气透明度等级：42）冬季气候参数冬季大气压：102450pa冬季室外供暖计算干球温度：0.1冬季通风计算温度：0.1冬季室外空调计算干球温度：-2.4空调相对湿度：67%室外平均风速：3.7m/s最多风向平均风速：6.1m/s图 1 金融港 1 期年用冷量负荷柱状图图 2 金融港 1 期年用热量负荷柱状图通过逐时负荷监测，夏季 7 月底 8 月初时用能出现峰值，此时单位面积用冷量为 91w/m2；冬季 1 月底2 月初出现峰值，此时单位面积用热量为 75 w/m2。根 据满负荷运行时间的定义1，有：空调冷热源空调冷热源采用电厂发电后的余热蒸汽，根据测 算，本项目最大满负荷时的小时蒸汽用量为 28.6t/h， 采用 1.6mpa160的高温蒸汽。在夏季，系统设计采用 4 台 400 万 kcal 的溴化锂 制冷机组制冷和 1 台 200 万 kcal 冰蓄冷螺杆机联合 制冷，系统总设计制冷量为：20.6mw（设计工况）；冬 季采用两台 9mw 汽水换热机组供暖，总设计热负荷 为 12.7mw（设计工况）；系统末端采用直接连接与间 接连接混用的方式，且采用大温差输送，夏季空调供 应设计温度为 6.5/13，冬季为 60/50；用户侧的空调 形式主要以风机盘管 + 新风系统为主，少数数据机房 采用多联机。考虑用户入驻进度的影响，能源站考虑预留设备 吊装孔和设备运输通道，设备则根据用户需求的进度实施分批建设；这样做的目的是为了减小初期投入的 成本，在资金投入的方式上更加灵活。2.2（1）（2）er=qc/qreb=qh/qb式中：er、eb 为夏、冬季当量满负荷运行时间，h；qc、qh 为全年空调冷、热负荷，kj/a；qr、qb 为冷机、换热器的最大出力，kj/h。通过计算可知，本项目 er530h，eb581h。同比日本尾岛俊雄通过实测整理出的资料而言，本项目实测数据夏季略少，冬季略多；其主要原因经分析有以 下几点：夏季周六、周日有很少用户需加班，设备处于部分负荷下运转时间较多；冬季供应时间比常规 90 天多出了 12 天，接近 夏季供冷时间长度，整体负荷用量偏大。且当量满负荷运行时间与建筑物的功能、性质、空 调系统的节能方式等均有关系，建议可以根据日后的运行情况进行调整2。2.3.2 负荷率全年空调冷负荷（或热负荷）与制冷机（或换热器） 在累计运行时间内总的最大出力之和的比例，称为负2.3 年空调用能分析由于初期冰蓄冷设备并未使用，因此金融港 1 期第 33 卷第 4 期艾爱等：武汉光谷金融港 1 期区域供冷供热系统运行优化105荷率 1，即2）设备耗汽量计算根据文献1中表 18.3-3 所示，计算项目的设备燃 料耗量如表 3。3）设备耗水量计算冷却塔全年的总循环水量 wcta （m3/a） 按下式计 算：rqc/qr trbqh/qb tb（3）（4）式中：tr 、tb 分别为夏、冬季设备累计运行时间，h。因此：rer/trbeb/tb（5）（6）wcta=wctntrn(r+(1-r)/n) 经计算得：wcta=1840000m3/a。 冷却塔的补水量 qwc（t m3/a）按下式计算：qwct=0.02wcta经计算得：qwct=36800m3/a。（7）经统计，夏季能源站共计运行 125 天，冬季共计运行 102 天，每天平均运行 10h，可得：r0.42，b0.57。从目前的计算结果来看，金融港 1 期的空调夏季整体用量是偏低的，因此负荷率也偏低，而冬季的负 荷率则较为合适3。（8）2.4 优化措施本项目针对集中能源站采取的运行控制优化措 施有：1） 水泵变频。根据回水温度调节水泵电流频率，采用水泵变频的方式，同时辅助水泵台数控制4。2）提升水温参数。在部分负荷下，根据水温参数适当提高供水温度，提高主机能效比5。3） 在板换机组和主机上安装蒸汽流量调节阀，根据供回水温度参数调节蒸汽流量。4）冷却塔采用常规的风机台数控制，根据供回水温度参数调节风机开启台数。5）冷却塔采用节水型冷却塔，减少飘散水损失。通过采取运行管理优化措施，系统年运行耗量明显节省，表 4 为年能耗对比。2.3.3系统能耗的计算经统计，项目的设备参数一览如表 1。注：除少数情况需开启第 3 台制冷机提高制冷速度外，2 台主机能够满足用冷需求。1）设备耗电量计算根据文献1中表 18.3-2 所示，计算项目的设备耗 电量如表 2。3结论注：prn 为制冷机的额定功率，kw；ppn 为冷冻水、冷却水泵、热水泵的额定功率，kw；pctn 为冷却塔的额定功率，kw；tr 为制冷机累计运行时间，h；tp 为水泵累计运行时间，h；tct 为冷却塔累计运行时间，h；n 为设备台数。根据本文论述内容，得出以下结论：） 武汉地区办公产业园区夏季供冷冬季供热，平1均日工作时间 10h，则满负荷当量时间为夏季至 少530h，冬季至少 580h，负荷率均低于 0.6。2）对于大型 dhc 系统，采取运行管理的优化措施，将对系统的节能运行至关重要：对于大型的 dhc 系统，采取水泵变频的运行 方式，可至少节省电成本 14%；对于以余热蒸汽为冷热源的 dhc 系统，蒸汽 流量的调节与控制可较大程度节省系统的运行成本；（下转 35 页）注：qr 为制冷机的总蒸汽耗量，m3/h 或 t/h；qrn 为制冷机额定出力时的蒸汽耗量，m3/h 或 t/h；qfb 为汽水板换的总蒸汽耗量，m3/h 或 t/h；qfbn 为汽水板换额定出力时的蒸汽耗量，m3/h 或 t/h。第 33 卷第 4 期肖杰等：广州地区太阳能溶液除湿再生温度的研究35图 4 10 月份再生数值计算结果结论4太阳能溶液除湿设计时，选择合适的再生温度可以节省投资并实现能源的高效利用。结果表明，计算 条件下，再生热能全部由太阳能提供时，广州地区 5、10 月份气候条件下，随着再生温度的升高，太阳能溶液除湿系统再生量逐渐增大，出现峰值后逐渐减小。由结果可知， 再生 量最大值对应 的再生温度值为 59、72。式中：m 质量流量，kg/s；w 为含湿量，kg/(kg 干空气)；h为比焓，kj/kg；k 为平均再生传热系数，kw/(m2)；km 为平均再生传质系数，kg/(m2 s)；hes 为气液交界面处与 再生溶液平衡的空气的焓值，kj/kg；wes 为气液交界面 处与再生溶液平衡的空气的含湿量，kg/kg，由溶液温度、浓度与溶液气 - 液平衡图决定；av 表示单位体积 传热传质面积，m2；z 为填料总高度，m；cp 为比热容， kj/(kg)； 为密度，kg/m3； 为水的汽化潜热，kj/kg。 下标 s、a、v 分别代表溶液、湿空气、水蒸气。将式（13）（18）离散求解，即可求出再生器的再 生量。数值计算条件：1）换热器中：热水侧进出口温差 5，入口温度变 化范围为 4595，换热后，溶液出口温度和热水出口温度相等。溶液侧入口温度为 20。2）再生器液气比（质量流量之比）为 1.0；填料比表面积 190m2/m3，高度 0.78m，横断面积 0.25m2，螺旋 填料层间的间距 0.01m。3）再生器单位横截面积流量为 0.4kg/s，横截面积 和再生量都随入口溶液流量线性变化，所以，太阳能 集热面积的取值不影响再生量峰值对应的再生温度 值，计算中太阳能集热面积取为 19.6m2。利用 turbo c+ 编程工具对 5、10 月份再生器进 行数值模拟，其结果如图 34。参考文献沈辉, 曾祖勤. 太阳能光伏发电技术m. 北京: 化学工业出版社, 2005丁涛. 太阳能除湿系统中混合盐溶液的除湿 / 再生效率j. 农 业工程学报, 2010, 26(2): 295-299殷勇高. 溶液除湿冷却系统的再生性能实验研究j. 工程热物 理学报, 2005, 26(6): 915-917毛慧琴. 广东省倾斜面上太阳辐射总量的气候学计算j. 广东 气象, 2003, (4): 14-17edward e anderson. fundamentals of solar energy conversion.new york: addison-wesley publisher, 198312345（上接 105 页）冷却塔的选择直接决定系统的水能耗成本，因此采用节水型的冷却塔将有效减少水能耗成本