摘要：对水源热泵机组在区域集中供能方面的优势以及设计要点进行了简要分析，并结合某集中供能项目的水源热泵应用实例，确定装机方案。
关键词：水源热泵机组；区域供能；设计要点；装机方案
Application of water source heat pump technology in regional energy supply
Guo Jiewen
（China qiyuan engineering Corporation）
ABSTRACT：This paper briefly analyzes the advantages and design points of the water source heat pump unit in the area of centralized energy supply，and combines the application of the water source heat pump in a centralized energy supply project to determine the installation scheme。
KEY WORDS：Water source heat pump unit；Regional power；Design points；The installed package
随着社会经济的发展，对能源的需求越来越大，同时矿石能源使用带来的环境问题越来越严重。如何利用清洁、高效而且成熟的水源热泵技术及蓄冷、蓄热技术，满足集中供冷、供热的需求，已受到越来越多的关注。
1水源热泵技术的工作原理及区域供能的优势[1]
水源热泵技术的工作原理主要是利用地下水或地表水水温比较稳定的特点，采用电能将江水汇集到热泵中转换、冷却冷冻，使之形成一种空调系统。夏季将建筑物中的热量转移到水中带走，冬季则从水中提取能量，为建筑物供热采暖。
区域能源供应系统是为了满足某一特定区域内建筑群落的集中供冷、供热需求，由专门的能源中心集中提供冷水、热水等，通过区域管网进行供给的一个或多个大规模生活热水、中央空调冷热源系统。采用区域能源系统的主要优势有：
1.1集中选用大型优质高效的设备，减少设备总装机容量；
1.2提高能源系统的电力利用效率，提高能源系统的管理效率；
1.3减少或取消单体建筑部分的热水器、空调室外设备，美化城市环境、降低城市噪声、节约用水、减小热岛效应。
2 水源热泵供能系统的设计要点
2.1典型建筑负荷模拟
选取区域内典型的建筑功能类型、设定典型的气象条件、建筑物使用时间表、内部负荷强度、设备效率的不同情景组合，用建筑能耗分析软件DEST得出情景负荷，确定系统的峰值负荷、低谷负荷、基础负荷；确定区域的典型负荷曲线；确定负荷分布，合理分配负荷，与能源系统的运行情况相匹配。
2.2区域供能负荷统计
对于区域供能系统来说，还需考虑各分区的功能及用能特点，根据《实用供热空调设计手册》（第二版）[2]，要考虑同时使用系数，同时，也要考虑区域内建筑物的接入情况（接入率），由此可计算得夏季总供冷负荷和冬季总供热负荷。
2.3夏季逐时冷负荷计算
根据《全国民用建筑工程设计技术措施》（暖通空调•动力2009）[3]及相关书籍的规定，结合项目各建筑的实际用能时间，确定各建筑夏季设计日逐时冷负荷系数。根据冷负荷指标，以及设计日冷负荷系数，可以确定夏季设计日逐时冷负荷。
2.4冬季逐时热负荷计算
根据冬季设计日的室外逐时温度，可以计算出各典型建筑在供暖系统连续运行情况下的冬季负荷系数，同时考虑各建筑的供暖系统运行时间表，可以得到各建筑的冬季逐时负荷系数。根据热负荷指标，以及设计日热负荷系数，可以确定冬季设计日逐时热负荷
3 典型项目设计范例[4]
3.1供能方案简述
福州海西高新区创新园可再生能源供能项目供能建筑主要为办公建筑，负荷时间段主要集中在白天上班时间。项目所在地对冰蓄冷空调用电执行特殊的峰谷电价政策，故优先考虑采用蓄能形式。
3.2供热方案
本项目设计日的总供热量为145.23MWh，为充分利用夜间低谷电及现有蓄能水池，热泵主机制热量计算如下：
式中：qi—建筑物逐时热负荷；
n1—夜间热泵蓄热工况下运行小时数，本项目取8h
n2—白天热泵机组空调工况下运行小时数，取12h。
可计算得热泵机组最小总装机量为10.76MW。另外考虑到本项目冷负荷较高，蓄冰池与蓄热水池合用，根据夏季计算的水池容积较大。为使冬季能够充分利用夜间低谷电蓄热，发挥蓄能水池的作用，故本项目适当加大热泵主机的装机量来匹配冬夏季需要水池容积。根据下文计算，本项目拟配置了两台单台制热量为7.0MW的热泵机组。
蓄能水池的体积按下式计算：
式中：qc—热泵机组标准工况下制热量（kW）
V—水池容积，m3
P—水池容积率，与结构、形式等因素有关，本项目取1.15
η—蓄热效率，与结构、形式、保温情况有关，本项目取0.8
△t—可利用进出水温差（℃），本项目冬季蓄热温差为50/40℃
n—热泵机组夜间运行小时数（h）
可计算得蓄能水池的总体积为10115m3。
3.3供冷方案
本项目设计日的总供冷量为502.06MWh，项目所在地谷电时段为23:00至次日7:00，考虑夜间蓄冷8小时，白天，机组运行12小时。
冷水机组标准工况下的制冷量计算如下：
式中：Qr—热泵装置一天提供的总冷量（kWh）
qc—制冷机组标准工况下的制冷量（kW）
qi—建筑物逐时冷负荷（kW）
C1—有换热设备时，冷水机组制冷工况系数，本项目取0.9
n1—白天冷水机组制冷运行小时数（h），本项目取11h
C2—制冷机组制冰工况系数，本项目取0.65
n2—冷水机组制冰工况下运行小时数（h），为5h
C3—冷水机组水蓄冷工况系数，本项目取0.9
n3—冷水机组水蓄冷工况下运行小时数（h），为3h
经计算，制冷机组总装机容量为21.040MW，共配置3台单台制冷量为7.0MW的离心式冷水机组。蓄能水池总蓄能量为125.12MWh。
蓄能水池容量计算如下表所示：
式中：ESC—设计日所需水池蓄冷量（kWh）
P—水池容积率，与结构、形式等因素有关，本项目取1.10
η—蓄冷效率，与结构、形式、保温情况有关，本项目取0.9
△t—可利用进出水温差（℃），本项目冬季蓄热温差为-2/11℃
可计算得蓄冷池总容积为10115m3。故本项目蓄能水池设计容积为10115m3。
3.4装机方案
根据以上对供热量、供冷量的计算，本项目共需设计2台离心式热泵机组，单台制热量约为7000kW；3台离心式冷水机组，单台制冷量约为7000kW；1座容积约为10115m3的蓄能水池。
4 结束语
我国南方地区普遍供冷供热的周期较长，对供能需求比较集中的区域，如办公建筑、酒店等集中的地方，采用水源热泵技术集中供能的方式，既能解决环境污染的问题，又能解决设备分散难以管理的困难。
参考文献
[1]水源热泵区域集中供冷供热系统定价方法的研究.薛眯眯.重庆大学硕士学位论文.
[2]实用供热空调设计手册（第二版）陆耀庆.中国建筑工业出版社 2008年.
[3]全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调•动力2009）.中国计划出版社市.
[4]冰蓄冷与水源热泵系统设计实例.关海霞.低温工程 2006年04期.
论文作者:郭介文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/27
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