某分布式能源项目空调水系统运行分析

张晶

（中国华电工程（集团）有限公司，北京 100160）

某分布式能源项目空调水系统运行分析

张晶

（中国华电工程（集团）有限公司，北京 100160）

介绍了某分布式能源项目的工程概况及设备参数，论述了运行调试中出现的主要问题，分析了问题出现的原因并给出了相应的建议，供同类问题参考。

孤岛模式；负荷分析；二级泵系统；平衡管；变频运行

1 工程概况

某工程总建筑面积约25万m2，其中地上建筑面积约17万m2，地下建筑面积约8万m2。主要建筑功能为办公、会议、酒店及商业，共由4组建筑组成围合式庭院。该项目采用天然气冷热电三联供的分布式能源系统［1］，项目总装机容量为6.698MW，设2台单机容量为3.349MW的内燃机发电机组；总供热量为16.0MW，供冷量为11.5MW；其中三联供部分可以提供5.816MW冷量和5.914MW热量；按照发电并网不上网设计，不足电力部分由电网补充；工作半径约500m。

自2013年11月投运以来，能源站始终处于孤岛运行状态，为园区供应电力、空调热水、空调冷水和生活热水，目前入住过半，1台发电机组运行即可满足项目用电需求。

2 供热（冷）设备参数

该项目空调水采用分区二级泵系统，各建筑分别设置二级泵。冷热源部分（以下称为能源站）由电力设计院负责设计，大楼侧舒适性空调及二级泵房由建筑设计院负责设计，能源站供回水接至二级泵房内的分集水器，平衡管连接在分、集水器之间。

2.1 能源站暖通主机设备参数

燃气内燃机烟气及缸套水的余热被烟气-热水溴化锂机组利用，冬季供热、夏季供冷。项目调峰采用2台直燃机和2台电制冷机。能源站暖通主机设备参数见表1。

2.2 二级泵房水泵参数

该工程包括＃1，＃2，＃3，＃4共4组建筑，园区根据数据机房工艺要求单独设置一套24 h冷水管路，因此，二级泵系统共计5组，冬、夏季水泵分开。末端空调采用新风加风机盘管系统。园区总设计冷负荷为20MW，冷指标折合82W／m2；设计热负荷为15 MW，热指标折合75W／m2。冷、热负荷均大于电力设计院装机负荷，其中冷负荷多出3.8MW，热负荷多出3.5MW；此数据为考虑同时使用系数0.88后建筑设计院给出的园区总负荷，为水泵选型依据。风机盘管和空调机组依据计算软件房间负荷值选型，不考虑0.88的同时使用系数，因此，实际管道计算采用的负荷折算下来应该还要再大些。二级泵房设备参数见表2。

3 运行调试中的主要问题

表1 能源站暖通主机设备参数

3.1 冷热电负荷匹配问题

该项目电力在初期暂时不能外送，发电机的稳定运行要求园区电力负荷达到额定发电量的50%；实际稳定电力负荷低于1.7MW时，常常需要根据负荷变化增减电阻箱电阻把电负荷维持在1.7MW左右，随着入住率的提高，电阻箱取消，但发电机始终没能在额定工况3.3MW左右运行，更没有实现2台机组同时运行。

表2 二级泵房设备参数

在“以冷热定电”［2］的设计理念下，电力设计院按照热负荷的50%确定烟气余热机的制热量，根据烟气量确定发电量。因为对园区的电力负荷摸不准，对初期不能并网的情况亦估计不足，因此出现了需要外挂电阻箱支持发电的浪费现象，并且只能发挥半台发电设备的能力，而另外一台无法同时启动。园区不足的冷、热负荷需要直燃机或电制冷机来提供，没有充分发挥分布式能源系统的装机能力。如果园区冷热负荷达到设计工况时，还无法启动第2台发电机，第2台余热机就不能贡献热量，将直接影响总热量供应，供热效果必将受到影响。

分布式能源如果不能实现冷（热）电的梯级运行，没有理想的发电工况，没有余热带动的供冷（热），跟普通制冷站（热力站）就没有区别，投资增加，经济性变差，更谈不上能量梯级利用的节能效益。

分析上网之后可能带来的问题：2台发电机同时运行，当冷热负荷较低时，烟气热量会白白排掉很多，不能实现真正意义上的三联供，分布式项目的经济性也得不到很好的体现，投资回收期必将延长。

3.2 一级侧与二级侧供水温度的偏差问题

空调水系统与楼宇自控系统的同步调试，很好地监测了暖通系统运行参数的合理性，对暖通系统的运行可起到积极作用。夏季调试初期，能源站只开启1台余热机时，负荷侧每个子系统均简单开启2台泵工频运行，各分系统热计量表反馈供水温度值始终高于能源站出水温度，最多高出3～4℃，而二级泵侧的系统流量也远远高于一级侧；冬季调试初期，水泵工频运行时，二级侧供水温度在调试初期低于一级侧的供水温度，二级泵侧的系统流量也同样高于一级侧。水温的偏差导致末端空调设备换热效率降低。

3.3 一级泵的选型问题

该工程一级泵由电力设计院设计，水泵流量根据供热机组额定负荷确定，水泵扬程偏大，导致水泵实际工作点偏移，1台余热机和1台直燃机同时运行时，水泵总流量达到850m3／h，而设计值为485 m3／h，高于设计值75%。因此，在机组额定出力时，供、回水温差必然小于机组设计温差。

4 问题分析

（1）根据《高层民用建筑空调设计》［3］：平衡管有流量是因为次级泵总供水量与初级泵总供水量有差值，相差的部分即从平衡管流过。因为该工程由两家不同设计院设计，其在总负荷确定上一直存在分歧，而且经专家论证也没有实现统一，直接影响水泵选型，使得一级泵与二级泵流量不匹配。在设计工况下，末端的总需求大于能源站的提供能力，在开启多台二级泵时，一级侧的流量小于二级侧，不足的二次流量通过平衡管补足，导致回水与供水混合，供水温度提高。

（2）虽然装机时一级侧与二级侧存在负荷的分歧，但对每一个特定的实际工况，一级侧与二级侧的负荷是相同的。根据末端需求变化，二级侧与一级侧都需做出很好的反应。运行调试的目的就是使一级侧和二级侧设备运行在每个特定工况下，其参数（流量、温差）都符合规范要求，即以设计温差（冬季10℃，夏季7℃）为参照，调整水泵频率，降低水泵流量。

（3）调试时通过摸索手动加泵及手动变频情况，掌握系统流量变化规律。并联运行后的水泵流量，既不是单台泵运行时流量的倍数，更不是铭牌流量的倍数。实际工况与《全面水力平衡》［4］中并联曲线非常一致，3台泵并联的流量比2台泵并联没有明显提高。并联泵选型时，建议减少并联水泵数量，尽量节省机房面积和水泵闲置时间。

（4）二级泵系统设计的关键是以平衡管为界，一级泵克服平衡管以下的水路阻力，二级泵克服平衡管以上环路和用户侧的阻力。该工程一级泵克服的阻力估计过大，导致水泵流量增大。

由于一级侧水泵流量可调性较差，一级侧流量反而大于调试理想后的二级侧，可以判定：供水通过平衡管流向回水。此时，一级侧温差小于二级侧。由于一级泵流量大，对供热机组供水温度的提高也会有一定影响。

（5）无论平衡管水流向如何，都不是理想设计，理想的状态平衡管流量应该趋于0。水泵设计时应考虑负荷变化因素，增加可调性，从而减少水泵的耗电量。并且一级泵、二级泵应综合考虑选型，以满足节能规范要求的循环水泵耗电输冷（热）比。

（6）该工程水泵厂家要求15 kW以上的水泵频率最低到35Hz，水泵频率变化范围只有35～50Hz。二级泵以温差为变频依据（温差设定值夏季为7℃，冬季为10℃），水泵实现自动变频运行。注意保持各二级泵总循环水量低于一级泵，供水温度基本与供热（冷）机组出水温度一致，各子系统供回水温差趋于一致。

一级侧因水泵选型偏大，可调性不理想，在大流量、小温差状态运行。一级泵多余部分水量通过平衡管流回供热机组。

5 结论

（1）分布式能源系统的负荷分析，应分为2部分考虑：总冷、热负荷与发电机烟气余热提供的冷、热负荷，相关规程的编制需给出可操作的原则。应以提高发电及烟气余热机组供冷（热）的运行小时数为出发点，并网机组着重关注冷（热）负荷的低负荷工况，孤岛运行机组着重考虑电力低负荷工况，避免能源浪费。

（2）电力设计院与建筑设计院采用的负荷计算软件不同，计算的侧重点不同，并且最终同时使用系数的选取受主观因素的影响较大，导致设备选型存在分歧。同一个工程应该统一设计思想，为运行管理提供方便。

（3）二级泵系统力争平衡管流量为0。

（4）设计阶段的精益求精是运行节能的基础，否则运行节能更多的是弥补设计缺陷了。

（5）运行时尽量保证各并联系统温差一致，并且接近设计温差，避免大流量、小温差浪费现象的出现。

［1］殷平.冷热电三联供系统研究（1）分布式能源还是冷热电三联供［J］.暖通空调，2013，44（4）：10-17.

［2］殷平.冷热电三联供系统研究（2）冷热电三联供系统是否应该“以热定电”［J］.暖通空调，2013，44（5）：82-87.

［3］潘云钢.高层民用建筑空调设计［M］.北京：中国建筑工业出版社，2003：157-169.

［4］罗伯特·珀蒂琼.全面水力平衡暖通空调水力计算设计与应用手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2009：49.

（本文责编：白银雷）

TM 615

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1674-1951（2015）07-0073-03

张晶（1971—），女，北京人，高级工程师，从事暖通专业技术管理方面的工作（E-mail：zhangjing＠chec.com.cn）。

2014-12-23；

2015-06-10