“熱泵+”復(fù)合系統(tǒng),未來建筑供熱供冷的重要形式
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2023-01-12 09:54:59瀏覽次數(shù):1699
地大熱能:什么叫“熱泵+”模式?熱泵眾所周知,是一種將熱能從低品位提升到高品位的高效低碳的供能方式,在建筑界里是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑。歐洲在俄烏沖突之后,把熱泵提升到一個(gè)新的高度,制定了很詳細(xì)的推廣熱泵的時(shí)間圖和技術(shù)路線圖。但是熱泵通常的熱源有空氣源、地熱源等可再生能源以及余熱廢熱,來自于工廠或者一些工業(yè),但是它是有分散性、間歇性和隨機(jī)性,存在源測(cè)熱流密度相對(duì)較低,同時(shí)波動(dòng)大、初投資高等問題。
具體典型的方式,比如說地源熱泵+太陽能+蓄能,地源熱泵+燃?xì)忮仩t+市政+蓄能,工業(yè)余熱+空氣源熱泵+冷水機(jī)組,同時(shí)還可以是地源和空氣源+蓄能,以及和傳統(tǒng)的熱泵+冷卻塔+蓄能,燃?xì)忮仩t+蓄能,空氣源熱泵+太陽能+蓄能,還有燃?xì)馊?lián)供和以熱泵+組成這樣一個(gè)新的系統(tǒng)。
另外,可再生能源剛才講了它的不穩(wěn)定性、間歇性、能量密度低的問題。如果我們和不同的組合在一起,把它的各種形式可以按照工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際進(jìn)行組合,就可以互為補(bǔ)充、互為耦合,保證系統(tǒng)的供熱供冷的可靠性,同時(shí)最大化利用可再生能源,時(shí)間關(guān)系不展開中間具體怎么做。
同時(shí)我們?nèi)绻眯钅?,剛才講了產(chǎn)能或者供熱供冷,如果把蓄能結(jié)合在一起,特別是利用電力的峰谷差價(jià),我們可以有效地平衡電網(wǎng),降低整個(gè)供冷供熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。這就是熱泵+的組成、熱泵+的特點(diǎn)。這是第一部分。
第二部分,如何把熱泵+系統(tǒng)做好?我們做了一些工作,這個(gè)工作是一種系統(tǒng)化的工作。從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行到優(yōu)化全過程,這個(gè)過程又分很多階段,我們把不同的階段都做了相關(guān)的研究和開發(fā)的技術(shù),完整地建立起來了,不展開講。怎么建立起來了?比如我們建立一套完整的模型,可以預(yù)測(cè)建筑的冷熱、電的負(fù)荷,負(fù)荷比較真實(shí)地反映一個(gè)大的建筑群或者一個(gè)小的區(qū)域,比傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法更加準(zhǔn)確,而且更符合實(shí)際。
第二,我們?cè)谶@個(gè)負(fù)荷的預(yù)測(cè),實(shí)際上方法本身來講是它一個(gè)動(dòng)態(tài)的,我們開發(fā)了一個(gè)冷熱動(dòng)態(tài)負(fù)荷因子數(shù)據(jù)庫和建筑群負(fù)荷的集合尋優(yōu)的工具。在此基礎(chǔ)上做了一個(gè)仿真系統(tǒng),各種系統(tǒng)組合在一起到底誰優(yōu),根據(jù)項(xiàng)目可以做一個(gè)仿真平臺(tái),通過仿真平臺(tái)從設(shè)計(jì)階段講提供一個(gè)最優(yōu)的配置。
同時(shí)我們針對(duì)很多可再生能源現(xiàn)場(chǎng)的資源測(cè)試和系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果,還可以反饋回這個(gè)平臺(tái),不斷修正這個(gè)平臺(tái)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性。這樣一來,我們就可以更好地利用這些進(jìn)行大型的、區(qū)域的熱泵+系統(tǒng)的規(guī)劃,同時(shí)我們也開發(fā)了一套完整的工具,對(duì)這種復(fù)合系統(tǒng)到底怎么定量地評(píng)價(jià)好與壞,投資省是一方面,運(yùn)行省也是一方面,同時(shí)還有可靠性、環(huán)境友好性等等,通過不同的指標(biāo)體系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),這里有一套評(píng)價(jià)的方式方法。
濟(jì)寧文化中心這個(gè)項(xiàng)目有很多具體的參數(shù),簡(jiǎn)單講,地源熱泵的參數(shù)我們得到了巖土體的綜合導(dǎo)熱系數(shù)2.83W/(m.K),我們做了2700個(gè)雙U型的換熱孔,孔深120m,間距5m,包括對(duì)它的負(fù)荷進(jìn)行了準(zhǔn)確的預(yù)判。設(shè)備也是用了不同的組合,包括用了離心式熱泵機(jī)組和螺桿式機(jī)組進(jìn)行組合。效果是什么情況?這個(gè)已經(jīng)應(yīng)用了四年,我們進(jìn)行了全年的監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)是實(shí)時(shí)的,監(jiān)測(cè)的結(jié)果整個(gè)“熱泵+”系統(tǒng)的制熱性能系數(shù)達(dá)到3.6,系統(tǒng)的制冷系數(shù)達(dá)到4.4,明顯高于國(guó)內(nèi)平均水平。
第二個(gè)項(xiàng)目再介紹一下我們做了多年的曲阜市人民醫(yī)院,醫(yī)院通常是由急診樓、病房樓、門診樓還有一些宿舍綜合體組成,有10萬平方米,采用的是熱泵+燃?xì)忮仩t+太陽能組合的一套分布式的系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)總冷負(fù)荷9000千瓦,總熱負(fù)荷8500千瓦,這個(gè)項(xiàng)目運(yùn)行大概有六年了,我們也獲過相關(guān)的獎(jiǎng)項(xiàng)。這里主要講的是優(yōu)化,我們通過前面講的優(yōu)化工具和手段,如果進(jìn)行一些比較,我們可以看出來,比如說地源熱泵的占比,制熱占比13%,鍋爐占56%,太陽能占25%。這里需要說明的是投資當(dāng)時(shí)是受限的,所以投資為最低是當(dāng)時(shí)業(yè)主投資的要求,所以優(yōu)化的軟件是可以把目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整的,這樣下來它的可再生能源利用率可以達(dá)到近25%,夏季的運(yùn)行費(fèi)用12塊錢,冬季的運(yùn)行費(fèi)用11塊錢左右,這個(gè)和前面不一樣,因?yàn)橥顿Y方需要的是投資最少。
它的系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果不光都是設(shè)計(jì)完成,它的冷源的能效比達(dá)到4.92,這個(gè)效果是相當(dāng)不錯(cuò)的,在大型的以熱泵+為主的系統(tǒng)中,取得了良好的效果。通過計(jì)算和運(yùn)行來進(jìn)行比較,我們也可以看,事先做的這種優(yōu)化模擬計(jì)算和最后的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)基本在7%~8%的誤差,所以說這個(gè)從設(shè)計(jì)、優(yōu)化到運(yùn)行是相互吻合的,所以這個(gè)互補(bǔ)的多能源的系統(tǒng)是比較成功的應(yīng)用,但是它又滿足了業(yè)主投資最省,否則還有其他的優(yōu)化目標(biāo)。
貴州冬天非常濕冷,這種濕冷在中國(guó)獨(dú)一無二,這個(gè)地區(qū)非常特別,我冬季也去過,極其難受,某種意義上講,比北京還要難受。這個(gè)系統(tǒng)通過大量河水源做機(jī)載,我們也做了一些相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測(cè)試,包括河水溫度的變化、河水的流量等等。這個(gè)運(yùn)行項(xiàng)目已經(jīng)有好幾年了,通過整個(gè)這幾年的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來看,河水源熱泵系統(tǒng)常規(guī)運(yùn)行工況可以達(dá)到5.15的能效比,整個(gè)如果加起來,我們可以看到供暖季的平均COP4.1,這都是長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的結(jié)果,真實(shí)的數(shù)據(jù)。
另外講一個(gè)我們正在做的,還沒有在實(shí)施的,也是一個(gè)“熱泵+”的系統(tǒng),今天面對(duì)低碳、零碳的這樣一個(gè)發(fā)展目標(biāo),它也是一個(gè)地源熱泵+蓄能+常規(guī)的冷熱水機(jī)組,這個(gè)面積也很大,近140萬平方米,具體來講它有一些配置,時(shí)間關(guān)系不展開了。
熱泵代表了未來供暖發(fā)展方向,“熱泵+”系統(tǒng)是多贏的,可以實(shí)現(xiàn)清潔化,同時(shí)還可以和電力系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同,當(dāng)然要想做好“熱泵+”系統(tǒng)仍然要堅(jiān)持做好因地制宜的原則,才能讓經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)境多方面共同得到保障和發(fā)展。
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