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论多种清洁能源形式在供热供冷中的综合应用

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：程学远

[导读] 摘要：近些年，由于社会的发展，带动了我国科学技术水平的进步，目前，由于技术、经济、现场条件等多种因素的影响，清洁能源的实际应用往往受到一定限制，在同一个项目上，单一清洁能源的应用往往达不到理想效果，有时甚至满足不了负荷要求。

        中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司河北省石家庄市 050031
        摘要：近些年，由于社会的发展，带动了我国科学技术水平的进步，目前，由于技术、经济、现场条件等多种因素的影响，清洁能源的实际应用往往受到一定限制，在同一个项目上，单一清洁能源的应用往往达不到理想效果，有时甚至满足不了负荷要求。将多种清洁能源综合应用，取长补短，效果更为理想。本文以实际工程为例，介绍了地源热泵、空气源热泵以及电锅炉+水蓄能等清洁能源在实际工程中的综合应用，针对具体项目采用适合的多种清洁能源进行综合应用，既经济、环保又安全、可靠，效果比较理想。
        关键词：清洁能源；热泵；电锅炉；水蓄能；供热；供冷
        引言
        目前，雾霾等环保问题已经严重地影响到人们的身体健康和日常生活。供热供冷行业作为重要污染源，节能减排要求日趋严格，多角度、多维度利用清洁能源成为必然选择。在实际操作过程中，由于多种因素影响，单一清洁能源利用形式效果不佳，限制了其使用推广。本文以实际案例为基础，探索分析多种清洁能源在供热供冷中的综合应用，以期为合理选择清洁能源利用方式提供一定借鉴。
        1项目简介
        青岛市某旅游服务综合管理中心占地面积超过10万m2，建筑面积将近6万m2，该中心地处青岛新开发区，共有六栋独立的建筑物，分别负责办公和健身等的建筑功能。建筑面积中全面覆盖供热，此外还有4.9万m2的建筑物需要供冷。还有少部分建筑需要储备热水进行供应。该区域内的环保要求标准较高，没有集中供热设备，不允许使用烟囱类的采暖设施，只能通过电力能源来满足建筑中的供热需求。
        2原方案设计
        原方案设计主要采用地源热泵和电锅炉耦合供能方式，未考虑热水供应负荷。热泵为基础热源，夏季可满足负荷要求，冬季负荷不满足要求时采用电锅炉调峰。供能负荷、地埋管安装规模及调峰用电情况参见表1、表2。

表1 建筑冷热负荷及地埋管安装规模

                   表2 采暖期电锅炉用电量
        从表1可以看出，原设计方案如下问题：第一，地源热泵冬夏季用热差别较大，使得土壤内部出现冷热不平衡现象。第二，地埋管占地面积非常大，造成出投资过高且不易维护。从表2可以看出，电锅炉的运行费用相对较高。若能充分利用低谷电，运行费用会大幅降低。
        3改进方案
        3.1方案特点
        1）增设蓄能设施。对于低谷电的使用能够有效压缩设备运行成本，所以笔者在改进方案中增加了一些蓄能设备。首先，增加蓄能罐955m3，700m3用于冬夏两季的蓄冷和蓄冷时使用；剩余255m3用于供应热水，空气源热泵如果足以应付本项目的热水供应需求，那么这255m3的蓄能罐可以转为蓄冷使用。其次，对于原有设施进行充分利用，可以对已有的500m3消防水池进行改造，将消防水池也用于蓄冷。2）井数少有助于修改设计方案。打井数量应当要用冷负荷数值进行明确，如本项目的打井数量应当为812口。而且引入蓄冷技术后，打井数量还可以再减少，计算后得出最终的打井数量为730口，同初始设计方案相比打井数量减少了327口，缩减比例达到31%，730口井能够满足本项目的全部冷负荷需求和69%的热符合需求，可以减少各类设备的占地面积，缩减室外场地的占地需求。3）降低了造价。尽管在改进后的设计方案中增设了蓄能设备等的设施，但是因为打井数量的锐减，所以整体项目造价并没有出现增加，而且还出现了一定比例的下降。4）总体运行费用降低。a.供热运行费用提高。同初始设计方案中大量使用地源热泵供热的设计来看，因为部分热量供应使用的是电锅炉低谷蓄热供应，所以整体的设施运行成本会更高。b.供冷运行费用降低。因为地域和建筑特征要求，本项目的供冷需求大多是在工作时间。初始设计方案中利用地源热泵直接供冷，高峰时段和平峰时段都有运营，但是改进后的设计方案中大部分的冷量都是利用地源热泵低谷蓄冷进行供应的，所以整体的运行成本会出现一定比例的下降。5）有利于土壤冷热平衡，系统持续性、可靠性增强。同初始设计方案相比，改进后的设计方案中利用地源热泵来提供冷量以及部分热量，并且通过计量表控制土壤冷热平衡。而且通过地源热泵和电锅炉+蓄能的联合供热，系统供热的稳定性和持续性都得到了极大的提升。6）控制复杂。系统较为繁复，自控性要求高。
        4供热供冷系统实际运行
        4.1降低了造价
        改进方案虽然增加了蓄能设施、电锅炉、空气源热泵等方面的造价，但打井数比原来减少了近31%，因而总造价并未增加，且略有降低。
        4.2降低总体造价
        虽然改进方案中增加了包括蓄能设施、电锅炉和空气源热泵等方面的造价，但由于井口数量大幅降低，总投资并没有增加，甚至有降低趋势。
        4.3有利于平衡土壤冷热并使得系统整体变得更加可靠
        与原方案相比，改造方案中的地源热泵提供全部冷量，部分热量，由计量表控制即可实现土壤的冷热平衡。另外，地源热泵、电锅炉和蓄能联合供热的方式能够使得整个系统变得更加可靠。
        结语
        （1）地源热泵技术以其节能、环保、经济等特点越来越多地得到人们的关注，其应用已非常普遍。我国地域广阔，各地地温差异很大、冷热需求也各自不同，在应用时应充分考虑所在地区用冷、用热特点，选取合理的补热或补冷方案，以保证土壤冷热平衡，保证热泵技术应用的合理性与有效性；（2）水蓄能技术虽然占地较大，但其冷热兼蓄（消防水池除外）的特点，提高了其利用率，经济效益较好；（3）电锅炉直供采暖，会大幅增加项目的配电容量，同时运行费用较高；而采用电锅炉+水蓄能技术，可充分利用晚间闲置电容量，项目的配电容量增加不多，同时运行费用较低，使大规模采用电采暖成为可能。
        参考文献：
        [1]孙汝超.浅谈清洁能源在供冷供热中的应用[J].民营科技，2018（10）：83.
        [2]陆耀庆.实用供热空调设计手册（第2版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.
        [3]GB50366-2005（2009年版），地源热泵系统工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.
        [4]GB50736-2012（2012年版），民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.