复合式能源站在贵州某高校项目中的节能应用

摘 要：本文介绍了贵州某高校项目能源站设计的必要性和合理性，阐述系统设计总体方案，并对该项目的运行节能效果进行分析。

关键词：复合系统；能源站；节能

1 项目简介

该项目位于贵州省内，总建筑面积约45万m2，可容纳15000余名师生正常工作。按贵州建筑热供设计分区标准来看，该项目区域建筑气候分区为夏热冬冷地区，冬季多阴雨天，阴冷感严重，冬季室内热环境舒适度十分低，如果没有采暖设备，难以保证正常的生活和工作。

作为新建校区，在遵循建设总体原则和达到建设人性化校园、绿色生态校园的前提下，应该考虑到校园建筑使用中人体舒适情况，即采用合适的空气调节方式，为师生提供良好的学习工作环境。

为此，该项目使用能源站集中供冷供热，取消单体建筑部分的空调室外设备，同时达到了美化校园环境，降低建设配电负荷，减少总体投资成本的目的。通过对比各冷热源形式优缺点[1]，并综合考虑校内空调负荷需求、使用特点、初投资和运行成本，能源站采用地源热泵+风冷热泵负荷式冷热源方案。

2 总负荷计算

本项目总建筑面积约45㎡，空调面积约为21万㎡。如果空调系统为整个校区的全部建筑同时制冷或供暖，系统总体成本非常高。《实用供热空调设计手册》中的大学校园建筑物空调系统的同时使用系数仅为0.49-0.55。所以本校区采用错峰运行，宿舍和公共教学楼交替运行。白天供能公共教学楼，夜间供能宿舍楼，优先开启地源热泵，地源热泵达到满负荷后开启风冷热泵运行，从而降低运行成本。

采用全年动态负荷[2]，并参考同类建筑在该项目区域及气候条件下，计算校内所有建筑物的负荷汇总，并考虑同时使用系数，根据最大时刻负荷选取机组总容量。

2.1 地源热泵系统

根据校区总体规划，结合能源站选址。选择的打井区域可以是靠近能源站，且避开排水沟以及架空输电线、电信电缆的分布，并不对校园林绿化产生破坏的大面积空地，同时为保证项目经济性和安全性避开了回填土区。最终钻设1500口双U型室外热源井，有效单井深50m。根据单口井换热能力计算得出，地埋管换热器制冷工况可承担4170kW负荷，冬季供暖工况可承担3315kW负荷。由地埋管承担冷热源负荷，采用2台地源热泵主机，制冷量、制热量分别为1492kW、1571kW功率分别为252kW、331kW。

2.2风冷热泵系统

由最大负荷减去地源热泵计算风冷热泵承担负荷，确定使用风冷热泵6台，制冷量、制热量分别为1302kW、1338kW，功率分别为434kW、392kW。地源热泵回路与风冷热泵回路共用一组分集水器，能源站管网设计为枝状管网，主机房位于主要负荷处，并设立二级增压泵房，二级泵房与主机房之间通过DN400主管道连接。

3 运行费用比较

主要将该复合系统与冷水机组+燃气锅炉（传统系统）进行对比，后者消耗包括电能和天然气，前者主要消耗电能。取发电标准煤耗量为0.35kg，每立方天然气折合一次能为38930.696kJ。

（1）地源热泵+风冷热泵系统常规能量代替量QS应按下式计算：

其中：QS—常规能量代替量（kgce）；Qt—传统系统总能耗（kgce）；Qr—复合系统总能耗（kgce）。

（2）对于采暖系统，传统系统的总能耗Qt应该按下式计算：

其中： q—标准热煤值（MJ/kgce），取29.307MJ/kgce；QH—供暖季累计热负荷（MJ）；nt—传统能源运行效率，取0.8。

（3）对于空调系统，传统系统的总能耗Qt应该按下式计算：

其中：D—每度电折合所耗标准煤量（kgce/kWh）；Qc—供冷季累计冷负荷（MJ）；EERt—常规水冷机组制冷能效比，本标准取3.1。

（4）整个供暖季（制冷季）地源热泵+风冷热泵系统的年耗能量Qrc、 Qrh该按下式计算：

其中：Qrc—复合系统制冷总能耗（kgce）；Qrh—复合系统供暖总能耗（kgce）；D—每度电折合所耗标准煤量（kgce/kWh）； EERSYS—复合系统制冷能效比，本系统取4.23；COPSYS—复合系统制热能效比，本系统取3.77。

（5）地源热泵+风冷热泵系统年节约费用CS应按下式计算

其中：CS—地源热泵年节约费用（元/年）；P—常规能源价格（元/kWh）；（ ，其中PR为天然气价格3.9元/Nm3，R为天然气热值

11kWh/Nm3）；M—每年运行维护增加费用（元）。

综上所述复合系统能源站供暖季和制冷季年节约费用如表1所示。

根据计算可以得出，该项目采用地源热泵+风冷热泵系統比采用常规水冷+热水锅炉空调系统年节约运行费用347.5万元，节能效果显著。在系统整个寿命周期内，复合系统经济性更具有优势。

该复合系统不仅达到了节能减排的目的，还将对贵州省陆续建设的其它项目起到非常积极的引导作用，有利于当地低碳经济的发展。

参考文献：

[1]张先提，曹圆树。能源站供冷系统冷源优化配置分析研究[J]，南方能源建设，2016，A1，18-21。

[2]黄挺，曹园树。基于全年逐时负荷的分布式能源站制冷主机容量分配优化设计[J]，暖通空调，2015，9，30-33。

作者简介：

李晓栋，男，1992.2，山西省翼城县，助理工程师，硕士，中冶集团武汉勘察研究院有限公司。新能源开发与利用。