張晶

（中國(guó)華電工程（集團(tuán)）有限公司，北京 100160）

某分布式能源項(xiàng)目空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行分析

張晶

（中國(guó)華電工程（集團(tuán)）有限公司，北京 100160）

介紹了某分布式能源項(xiàng)目的工程概況及設(shè)備參數(shù)，論述了運(yùn)行調(diào)試中出現(xiàn)的主要問(wèn)題，分析了問(wèn)題出現(xiàn)的原因并給出了相應(yīng)的建議，供同類問(wèn)題參考。

孤島模式；負(fù)荷分析；二級(jí)泵系統(tǒng)；平衡管；變頻運(yùn)行

1 工程概況

某工程總建筑面積約25萬(wàn)m2，其中地上建筑面積約17萬(wàn)m2，地下建筑面積約8萬(wàn)m2。主要建筑功能為辦公、會(huì)議、酒店及商業(yè)，共由4組建筑組成圍合式庭院。該項(xiàng)目采用天然氣冷熱電三聯(lián)供的分布式能源系統(tǒng)［1］，項(xiàng)目總裝機(jī)容量為6.698MW，設(shè)2臺(tái)單機(jī)容量為3.349MW的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組；總供熱量為16.0MW，供冷量為11.5MW；其中三聯(lián)供部分可以提供5.816MW冷量和5.914MW熱量；按照發(fā)電并網(wǎng)不上網(wǎng)設(shè)計(jì)，不足電力部分由電網(wǎng)補(bǔ)充；工作半徑約500m。

自2013年11月投運(yùn)以來(lái)，能源站始終處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，為園區(qū)供應(yīng)電力、空調(diào)熱水、空調(diào)冷水和生活熱水，目前入住過(guò)半，1臺(tái)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行即可滿足項(xiàng)目用電需求。

2 供熱（冷）設(shè)備參數(shù)

該項(xiàng)目空調(diào)水采用分區(qū)二級(jí)泵系統(tǒng)，各建筑分別設(shè)置二級(jí)泵。冷熱源部分（以下稱為能源站）由電力設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，大樓側(cè)舒適性空調(diào)及二級(jí)泵房由建筑設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，能源站供回水接至二級(jí)泵房?jī)?nèi)的分集水器，平衡管連接在分、集水器之間。

2.1 能源站暖通主機(jī)設(shè)備參數(shù)

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)煙氣及缸套水的余熱被煙氣-熱水溴化鋰機(jī)組利用，冬季供熱、夏季供冷。項(xiàng)目調(diào)峰采用2臺(tái)直燃機(jī)和2臺(tái)電制冷機(jī)。能源站暖通主機(jī)設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2 二級(jí)泵房水泵參數(shù)

該工程包括＃1，＃2，＃3，＃4共4組建筑，園區(qū)根據(jù)數(shù)據(jù)機(jī)房工藝要求單獨(dú)設(shè)置一套24 h冷水管路，因此，二級(jí)泵系統(tǒng)共計(jì)5組，冬、夏季水泵分開(kāi)。末端空調(diào)采用新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。園區(qū)總設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為20MW，冷指標(biāo)折合82W／m2；設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為15 MW，熱指標(biāo)折合75W／m2。冷、熱負(fù)荷均大于電力設(shè)計(jì)院裝機(jī)負(fù)荷，其中冷負(fù)荷多出3.8MW，熱負(fù)荷多出3.5MW；此數(shù)據(jù)為考慮同時(shí)使用系數(shù)0.88后建筑設(shè)計(jì)院給出的園區(qū)總負(fù)荷，為水泵選型依據(jù)。風(fēng)機(jī)盤管和空調(diào)機(jī)組依據(jù)計(jì)算軟件房間負(fù)荷值選型，不考慮0.88的同時(shí)使用系數(shù)，因此，實(shí)際管道計(jì)算采用的負(fù)荷折算下來(lái)應(yīng)該還要再大些。二級(jí)泵房設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表2。

3 運(yùn)行調(diào)試中的主要問(wèn)題

表1 能源站暖通主機(jī)設(shè)備參數(shù)

3.1 冷熱電負(fù)荷匹配問(wèn)題

該項(xiàng)目電力在初期暫時(shí)不能外送，發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行要求園區(qū)電力負(fù)荷達(dá)到額定發(fā)電量的50%；實(shí)際穩(wěn)定電力負(fù)荷低于1.7MW時(shí)，常常需要根據(jù)負(fù)荷變化增減電阻箱電阻把電負(fù)荷維持在1.7MW左右，隨著入住率的提高，電阻箱取消，但發(fā)電機(jī)始終沒(méi)能在額定工況3.3MW左右運(yùn)行，更沒(méi)有實(shí)現(xiàn)2臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行。

表2 二級(jí)泵房設(shè)備參數(shù)

在“以冷熱定電”［2］的設(shè)計(jì)理念下，電力設(shè)計(jì)院按照熱負(fù)荷的50%確定煙氣余熱機(jī)的制熱量，根據(jù)煙氣量確定發(fā)電量。因?yàn)閷?duì)園區(qū)的電力負(fù)荷摸不準(zhǔn)，對(duì)初期不能并網(wǎng)的情況亦估計(jì)不足，因此出現(xiàn)了需要外掛電阻箱支持發(fā)電的浪費(fèi)現(xiàn)象，并且只能發(fā)揮半臺(tái)發(fā)電設(shè)備的能力，而另外一臺(tái)無(wú)法同時(shí)啟動(dòng)。園區(qū)不足的冷、熱負(fù)荷需要直燃機(jī)或電制冷機(jī)來(lái)提供，沒(méi)有充分發(fā)揮分布式能源系統(tǒng)的裝機(jī)能力。如果園區(qū)冷熱負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)工況時(shí)，還無(wú)法啟動(dòng)第2臺(tái)發(fā)電機(jī)，第2臺(tái)余熱機(jī)就不能貢獻(xiàn)熱量，將直接影響總熱量供應(yīng)，供熱效果必將受到影響。

分布式能源如果不能實(shí)現(xiàn)冷（熱）電的梯級(jí)運(yùn)行，沒(méi)有理想的發(fā)電工況，沒(méi)有余熱帶動(dòng)的供冷（熱），跟普通制冷站（熱力站）就沒(méi)有區(qū)別，投資增加，經(jīng)濟(jì)性變差，更談不上能量梯級(jí)利用的節(jié)能效益。

分析上網(wǎng)之后可能帶來(lái)的問(wèn)題：2臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)冷熱負(fù)荷較低時(shí)，煙氣熱量會(huì)白白排掉很多，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的三聯(lián)供，分布式項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性也得不到很好的體現(xiàn)，投資回收期必將延長(zhǎng)。

3.2 一級(jí)側(cè)與二級(jí)側(cè)供水溫度的偏差問(wèn)題

空調(diào)水系統(tǒng)與樓宇自控系統(tǒng)的同步調(diào)試，很好地監(jiān)測(cè)了暖通系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的合理性，對(duì)暖通系統(tǒng)的運(yùn)行可起到積極作用。夏季調(diào)試初期，能源站只開(kāi)啟1臺(tái)余熱機(jī)時(shí)，負(fù)荷側(cè)每個(gè)子系統(tǒng)均簡(jiǎn)單開(kāi)啟2臺(tái)泵工頻運(yùn)行，各分系統(tǒng)熱計(jì)量表反饋供水溫度值始終高于能源站出水溫度，最多高出3～4℃，而二級(jí)泵側(cè)的系統(tǒng)流量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一級(jí)側(cè)；冬季調(diào)試初期，水泵工頻運(yùn)行時(shí)，二級(jí)側(cè)供水溫度在調(diào)試初期低于一級(jí)側(cè)的供水溫度，二級(jí)泵側(cè)的系統(tǒng)流量也同樣高于一級(jí)側(cè)。水溫的偏差導(dǎo)致末端空調(diào)設(shè)備換熱效率降低。

3.3 一級(jí)泵的選型問(wèn)題

該工程一級(jí)泵由電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，水泵流量根據(jù)供熱機(jī)組額定負(fù)荷確定，水泵揚(yáng)程偏大，導(dǎo)致水泵實(shí)際工作點(diǎn)偏移，1臺(tái)余熱機(jī)和1臺(tái)直燃機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，水泵總流量達(dá)到850m3／h，而設(shè)計(jì)值為485 m3／h，高于設(shè)計(jì)值75%。因此，在機(jī)組額定出力時(shí)，供、回水溫差必然小于機(jī)組設(shè)計(jì)溫差。

4 問(wèn)題分析

（1）根據(jù)《高層民用建筑空調(diào)設(shè)計(jì)》［3］：平衡管有流量是因?yàn)榇渭?jí)泵總供水量與初級(jí)泵總供水量有差值，相差的部分即從平衡管流過(guò)。因?yàn)樵摴こ逃蓛杉也煌O(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，其在總負(fù)荷確定上一直存在分歧，而且經(jīng)專家論證也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，直接影響水泵選型，使得一級(jí)泵與二級(jí)泵流量不匹配。在設(shè)計(jì)工況下，末端的總需求大于能源站的提供能力，在開(kāi)啟多臺(tái)二級(jí)泵時(shí)，一級(jí)側(cè)的流量小于二級(jí)側(cè)，不足的二次流量通過(guò)平衡管補(bǔ)足，導(dǎo)致回水與供水混合，供水溫度提高。

（2）雖然裝機(jī)時(shí)一級(jí)側(cè)與二級(jí)側(cè)存在負(fù)荷的分歧，但對(duì)每一個(gè)特定的實(shí)際工況，一級(jí)側(cè)與二級(jí)側(cè)的負(fù)荷是相同的。根據(jù)末端需求變化，二級(jí)側(cè)與一級(jí)側(cè)都需做出很好的反應(yīng)。運(yùn)行調(diào)試的目的就是使一級(jí)側(cè)和二級(jí)側(cè)設(shè)備運(yùn)行在每個(gè)特定工況下，其參數(shù)（流量、溫差）都符合規(guī)范要求，即以設(shè)計(jì)溫差（冬季10℃，夏季7℃）為參照，調(diào)整水泵頻率，降低水泵流量。

（3）調(diào)試時(shí)通過(guò)摸索手動(dòng)加泵及手動(dòng)變頻情況，掌握系統(tǒng)流量變化規(guī)律。并聯(lián)運(yùn)行后的水泵流量，既不是單臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)流量的倍數(shù)，更不是銘牌流量的倍數(shù)。實(shí)際工況與《全面水力平衡》［4］中并聯(lián)曲線非常一致，3臺(tái)泵并聯(lián)的流量比2臺(tái)泵并聯(lián)沒(méi)有明顯提高。并聯(lián)泵選型時(shí)，建議減少并聯(lián)水泵數(shù)量，盡量節(jié)省機(jī)房面積和水泵閑置時(shí)間。

（4）二級(jí)泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是以平衡管為界，一級(jí)泵克服平衡管以下的水路阻力，二級(jí)泵克服平衡管以上環(huán)路和用戶側(cè)的阻力。該工程一級(jí)泵克服的阻力估計(jì)過(guò)大，導(dǎo)致水泵流量增大。

由于一級(jí)側(cè)水泵流量可調(diào)性較差，一級(jí)側(cè)流量反而大于調(diào)試?yán)硐牒蟮亩?jí)側(cè)，可以判定：供水通過(guò)平衡管流向回水。此時(shí)，一級(jí)側(cè)溫差小于二級(jí)側(cè)。由于一級(jí)泵流量大，對(duì)供熱機(jī)組供水溫度的提高也會(huì)有一定影響。

（5）無(wú)論平衡管水流向如何，都不是理想設(shè)計(jì)，理想的狀態(tài)平衡管流量應(yīng)該趨于0。水泵設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮負(fù)荷變化因素，增加可調(diào)性，從而減少水泵的耗電量。并且一級(jí)泵、二級(jí)泵應(yīng)綜合考慮選型，以滿足節(jié)能規(guī)范要求的循環(huán)水泵耗電輸冷（熱）比。

（6）該工程水泵廠家要求15 kW以上的水泵頻率最低到35Hz，水泵頻率變化范圍只有35～50Hz。二級(jí)泵以溫差為變頻依據(jù)（溫差設(shè)定值夏季為7℃，冬季為10℃），水泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變頻運(yùn)行。注意保持各二級(jí)泵總循環(huán)水量低于一級(jí)泵，供水溫度基本與供熱（冷）機(jī)組出水溫度一致，各子系統(tǒng)供回水溫差趨于一致。

一級(jí)側(cè)因水泵選型偏大，可調(diào)性不理想，在大流量、小溫差狀態(tài)運(yùn)行。一級(jí)泵多余部分水量通過(guò)平衡管流回供熱機(jī)組。

5 結(jié)論

（1）分布式能源系統(tǒng)的負(fù)荷分析，應(yīng)分為2部分考慮：總冷、熱負(fù)荷與發(fā)電機(jī)煙氣余熱提供的冷、熱負(fù)荷，相關(guān)規(guī)程的編制需給出可操作的原則。應(yīng)以提高發(fā)電及煙氣余熱機(jī)組供冷（熱）的運(yùn)行小時(shí)數(shù)為出發(fā)點(diǎn)，并網(wǎng)機(jī)組著重關(guān)注冷（熱）負(fù)荷的低負(fù)荷工況，孤島運(yùn)行機(jī)組著重考慮電力低負(fù)荷工況，避免能源浪費(fèi)。

（2）電力設(shè)計(jì)院與建筑設(shè)計(jì)院采用的負(fù)荷計(jì)算軟件不同，計(jì)算的側(cè)重點(diǎn)不同，并且最終同時(shí)使用系數(shù)的選取受主觀因素的影響較大，導(dǎo)致設(shè)備選型存在分歧。同一個(gè)工程應(yīng)該統(tǒng)一設(shè)計(jì)思想，為運(yùn)行管理提供方便。

（3）二級(jí)泵系統(tǒng)力爭(zhēng)平衡管流量為0。

（4）設(shè)計(jì)階段的精益求精是運(yùn)行節(jié)能的基礎(chǔ)，否則運(yùn)行節(jié)能更多的是彌補(bǔ)設(shè)計(jì)缺陷了。

（5）運(yùn)行時(shí)盡量保證各并聯(lián)系統(tǒng)溫差一致，并且接近設(shè)計(jì)溫差，避免大流量、小溫差浪費(fèi)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

［1］殷平.冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)研究（1）分布式能源還是冷熱電三聯(lián)供［J］.暖通空調(diào)，2013，44（4）：10-17.

［2］殷平.冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)研究（2）冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)是否應(yīng)該“以熱定電”［J］.暖通空調(diào)，2013，44（5）：82-87.

［3］潘云鋼.高層民用建筑空調(diào)設(shè)計(jì)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003：157-169.

［4］羅伯特·珀蒂瓊.全面水力平衡暖通空調(diào)水力計(jì)算設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009：49.

（本文責(zé)編：白銀雷）

TM 615

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1674-1951（2015）07-0073-03

張晶（1971—），女，北京人，高級(jí)工程師，從事暖通專業(yè)技術(shù)管理方面的工作（E-mail：zhangjing＠chec.com.cn）。

2014-12-23；

2015-06-10