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张江集电港三期天之骄子酒店式公寓地源热泵+冰蓄冷综合应用系统
来源:本站原创 日期:2011-08-18 点击:次

柳国忠1 侯靖贤1 宣振兴2
1 西艾特空调技术开发(上海)有限公司 2 上海冠道能源科技发展有限公司

摘要:本文着重介绍了地源热泵技术和冰蓄冷技术相结合的系统,指出其不仅具有削峰填谷的功能,还可以一机三用,在一年四季提供稳定的空调或采暖需求;同时由于系统相较于传统系统较为复杂,利用能源管理系统进行正确的运行方案设置是保证达到设计要求的关键一环。

关键词:地源热泵;冰蓄冷;能源管理

1. 工程概况

张江集电港三期天之骄子公寓式酒店位于上海浦东张江高科技园区,总占地面积34988m2,总建筑面积88375m2,框架结构。由3幢11-14层公寓式酒店,1组2层商业裙房及其附属配套设施组成。商业裙房部分夏季空调负荷为2227kW,冬季空调负荷为1486kW;公寓式酒店夏季生活热水负荷为925kW,冬季生活热水负荷为1272kW。

2. 设计方案

本项目商业裙房设计采用中央空调系统,为节约能源采用地源热泵系统,降低建筑能耗,并同时向公寓式酒店供应生活热水。由于商业部分主要为9:00~22:00 营业,故采用冰蓄冷技术进行移峰填谷。采用三台地源热泵机组,其中两台为空调用三工况机组,一台为生活热水用地源热泵机组。地源热泵系统地下换热器采用垂直埋管,并联双U型连接,共计打孔480口。

冰蓄冷部分采用部分负荷蓄冰技术,制冷设备和蓄冰设备并联连接,供应7℃冷冻水,载冷剂采用25%乙二醇溶液。冰蓄冷系统可按以下四种模式运行:主机制冰、主机供冷、融冰供冷、主机与融冰同时供冷。夜间电价低谷时段制冰系统将冰蓄满,白天电价高峰时段融冰供冷,电价平峰时段制冷系统补充供冷,各工况转换通过电动阀门开关自动切换。空调水系统采用二管制,夏季冷冻水供回水温度分别为7℃/12℃,冬季热水供回水温度分别为45℃/40℃。空调末端系统采用风机盘管加新风的形式,便于室温独立控制,气流组织上送上回。

3. 系统运行策略

由于本项目的中央空调系统为多种节能技术综合而成的复合系统,为了有效的实现设计的初衷,真正达到节能环保的要求,需制定专门的地源热泵冰蓄冷空调系统年运行方案,以中央空调能源管理系统的形式实施,实现长期有效稳定的节能运行。

3.1 秋、冬、春三季运行策略

张江集电港三期天之骄子公寓式酒店项目要求冬季可满足商业部分的供热需求,同时满足公寓式酒店的生活热水供应。此时,三工况地源热泵切换为制热模式满足商业部分的空调采暖需求,而由生活热水地源热泵机组满足生活热水的需求。在春秋季,项目要求满足公寓式酒店的生活热水供应,商业部分没有空调需求。此时生活热水需求由生活热水地源热泵机组满足。以上两种运行模式为较为普遍的热泵机组运行模式,故在此不再赘述。

3.2 夏季运行策略

张江集电港三期天之骄子公寓式酒店项目要求夏季可满足商业部分的供冷需求,同时满足公寓式酒店的生活热水供应。此时,三工况地源热泵切换为制冷模式,同时能源管理系统切换至冰蓄冷供冷运行模式。根据冰蓄冷运行的特点,有以下四种运行模式:

3.2.1 三工况地源热泵机组制冰模式

利用夜间低电费和商业部分无空调供冷需求的因素,三工况地源热泵机组切换为制冰模式,全力制冰蓄冷,此时公寓式酒店的生活热水需求通过三工况地源热泵机组的热回收模块免费制取。地源热泵冰蓄冷能源管理系统会关闭电动开关阀V2,V3,V5,V8,同时打开电动开关阀V1,V4,V6,V7,切换系统的管路,使之可满足地源热泵机组制冷模式的需求。设置地源热泵机组运行模式为制冷模式,并设定出水温度为-6℃,打开电动阀V13,V14,关闭电动阀V15,V16,全力制冰蓄冷。

当满足以下任一条件时,三工况地源热泵机组制冰结束

1)依据时间表,到早上6:00;

2)检测蓄冰设备蓄冰量,显示“蓄冰已满”。

在三工况地源热泵机组全力制冰时,可通过机组自带的热回收模块制取生活热水,未用掉的热水由生活热水箱蓄存,以便在白天使用。此时生活热水地源热泵无需开启使用。

3.3.2 蓄冰设备单融冰模式

在白天高峰电费时段,能源管理系统可根据需求自动切换为蓄冰设备单独融冰模式,此时,三工况地源热泵机组无需运行,商业部分的空调供冷需求的蓄冰设备通过融冰,释放冷量来满足,此时由于机组不开而没有热回收,因此生活热水的需求优先由生活热水蓄水箱满足,不够的由生活热水地源热泵机组满足。

地源热泵冰蓄冷能源管理系统打开电动开关阀V13,V14,同时关联调节电动调节阀V15,V16,使中央空调系统提供7℃冷冻水,满足商业部分的空调供冷需求。

由于此时三工况地源热泵机组未开启,无法通过热回收制取生活热水,此时需开启生活热水地源热泵,设定其出口温度为60℃,制取生活热水,满足公寓式酒店的需求。

3.3.3 三工况地源热泵机组单独供冷模式

在白天平谷电费时段,能源管理系统依据蓄冰设备的余冰量以及日运行策略,可切换至三工况地源热泵单独供冷模式,此时商业部分的空调供冷需求由三工况地源热泵来满足,而公寓式酒店的生活热水需求通过三工况地源热泵机组的热回收模块免费制取。

地源热泵冰蓄冷能源管理系统会关闭电动开关阀V2,V3,V5,V8,同时打开电动开关阀V1,V4,V6,V7,切换系统的管路,使之可满足地源热泵机组制冷模式的需求。设置地源热泵机组运行模式为制冷模式,并设定出水温度为5℃,关闭电动阀V13,V14,关联调节电动调节阀V15,V16,使中央空调系统提供7℃冷冻水,满足商业部分的空调供冷需求。

公寓式酒店需要满足的生活热水可通过机组自带的热回收模块制取生活热水,未用掉的热水可由生活热水箱蓄存,若热水量不够,则开启生活热水地源热泵,补充热水供应。

3.3.4 三工况地源热泵机组与蓄冰设备联合供冷模式

在白天平谷电费时段,能源管理系统依据蓄冰设备的余冰量以及日运行策略,可切换至三工况地源热泵机组与蓄冰设备联合供冷模式,此时商业部分的空调供冷需求由三工况地源热泵和蓄冰设备一起来满足,而公寓式酒店的生活热水需求通过三工况地源热泵机组的热回收模块免费制取。

地源热泵冰蓄冷能源管理系统会关闭电动开关阀V2,V3,V5,V8,同时打开电动开关阀V1,V4,V6,V7,切换系统的管路,使之可满足地源热泵机组制冷模式的需求。设置地源热泵机组运行模式为制冷模式,并设定出水温度为5℃,打开电动阀V13,V14,使用蓄冰设备融冰放冷,关联调节电动调节阀V15,V16,使中央空调系统提供7℃冷冻水,满足商业部分的空调供冷需求。公寓式酒店需要满足的生活热水可通过机组自带的热回收模块制取生活热水,未用掉的热水可由生活热水箱蓄存,若热水量不够,则开启生活热水地源热泵,补充热水供应。

4. 项目总结

1.地源热泵技术和蓄冷技术相结合的方式,使得本系统不但具有削峰填谷的功能,还可以一机三用,使用清洁的电能和地下免费的可再生能源,提供稳定的空调采暖系统。解决了燃煤的污染问题和燃油、燃气的高能耗问题。不但符合国家的环保政策,也符合用户的根本利益。

2.由于本项目采用地源热泵与冰蓄冷相结合的系统,运行工况众多,包括:空调工况、制冰工况、融冰工况、制热工况和上述工况的可能组合,耦合关系复杂,工况切换频繁,故利用能源管理系统平台建立灵活可靠的系统运行方案控制系统,来保证系统的运行效果达到预期的设计需求。

 
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