关于集中供热(暖)供冷系统的应用探讨

—— 未来社区联动系列

2019-11-28 | 
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引言:

近日,千城建筑未来社区研发中心赴浙江省能源集团参加集中供热(暖)供冷系统应用研讨会。浙江省能源集团综合能源开发建设办公室主任罗晶、浙江浙能能源服务有限公司总工程师李军保及未来社区研发中心全员共同参加。会议中,双方围绕集中供热(暖)供冷系统在未来社区低碳场景中的应用展开深入交流。

一、集中供热(暖)供冷系统

集中供热(暖)供冷系统包括四个基本组成部分:能源站、输配管网、用户端接口和末端设备。其中能源站是集中生产冷热媒介的场所,安装了制冷和制热设备、相关仪表和控制装置,并通过管网与用户连接。

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供热(暖)供冷系统示例

二、“热泵+蓄冷储热”技术在能源站中的应用

当前,集中供热(暖)供冷系统常根据不同的环境及地理因素采用不同的热泵技术和蓄冷技术,进一步提升城市供热供冷的经济性。

1.热泵技术

热泵技术是是一种高效供能技术。它通过热泵设备,从空气、水或土壤中获取低品位热,并经过电力做功输出可用的高品位热能。它的特点是效率高、无污染物,是一种经济、低碳、环保的能源供应技术。

在空调应用领域,热泵技术可分为空气源热泵、水源热泵以及地源热泵三类。其中,国内应用的热源主要有空气源、地下水源、地表水源(江、湖)、土壤源、污水源、海水源等。但由于热源种类较多,因此在未来社区能源站中应用的热泵技术应结合项目的周边环境特点,综合考虑技术、经济、政策等多方面因素,因地制宜地选择最合理的热泵类型。

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地下水源热泵系统示例

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地表水(江、湖、海)热泵系统示例

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污水源热泵系统示例

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土壤源热泵系统示例

2.蓄冷技术

蓄冷技术是一种关于低于环境温度的热量(即冷量)储存和应用的技术,是对制冷技术的补充和调节。目前,空调系统中应用较多的蓄冷技术是冰蓄冷技术。它可在夜间用电低谷期采用电制冷机制冷,并将冷量以冰的形态储存起来;在白天用电高峰期将冰融化,释放冷量,以此满足用户的供冷需求。

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冰蓄冷系统示例

冰蓄冷技术的特点是能够转移电力高峰用电量、平衡电网峰谷差、缓解供电压力、节省制冷设备运行费用,具有良好的社会效益和经济效益。

3.热泵技术+冰蓄冷技术

热泵技术可满足冬季采暖和夏季制冷需求,而冰蓄冷技术则可满足夏季电力低谷时冷量存储需求。当两者合理结合并运用后,不仅可为用户提供更加廉价的采暖制冷方案,还可有效平衡电网的昼夜峰谷差。目前在工业园区能源站运用该技术后,已取得较大的经济效应。因此未来社区的能源站也可同时应用热泵技术与冰蓄冷技术。

三、未来社区具备的应用条件

浙江省未来社区的规划单元一般为50-100公顷,容积率较高(一般为2.5~4左右),且以新建或拆除重建类建筑为主,具备规划集中供热(暖)供冷输配管网的条件。同时,未来社区中用户的用电负荷特性明确,全年供热供冷需求时间较长。因此集中供热(暖)供冷在未来社区建设中具备应用条件。

四、未来社区中的应用注意点

1.能源站的位置

集中供热(暖)供冷的能源站位置应设置在空调负荷中心。根据1500米的经济供冷半径原则,一个能源站至少可辐射4个社区(即100公顷的未来社区规划单元)。如果规划单元更小,能源站就可辐射更多社区。因此规划能源站的位置时,设计师不应局限于一个社区单元,而要从规划区域的整体考虑,才能提高能源站的综合利用率。

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能源站辐射范围示例

2.能源站的冷热源

集中供热(暖)供冷能源站的冷热源需结合当地的能源条件、结构、价格等因素进行综合考虑。在政策及技术条件允许的前提下,设计师选择冷热源时,除可利用的废热、工业余热外,应尽量采用可再生能源。其中,冷热源应优先选择成本较低的地表水源(江、湖)和海水源,其次选择土壤源(地埋管)。但在地质状况不良区域存在地埋管成本高、埋管条件不足等不利因素,设计师应考虑其他常规能源(如天然气、电等),并采用复合式供冷供热方案。

3.能源站宜分期建设

集中供热(暖)供冷能源站应根据不同的建设阶段、用户的使用特征进行冷热负荷分析,确定同时使用系数及系统总装机容量。同时在规划能源站时,设计师应充分考虑分期投入和建设的可能性,如机房土建、管网需一次性建设到位,而冷水机组、水泵等设备则可采用位置预留方案。

4.能源站的节能控制

集中供热(暖)供冷能源站若要实现节能,还应对其采用监测和控制技术,譬如在能源站采用机组群控系统。机组群控系统不仅包括冷水机组、水泵、阀门等设备的顺序启停及连锁控制等功能,还能根据机组特性及末端的负荷变化实现机组数量控制,更能通过冷量控制方式,使机组始终运行在高效状态。

5.对建筑设计的影响

以往的住宅建筑设计方案一般采用分体空调,无需考虑中央空调对建筑净高、建筑空间等建筑部位的影响。但采用集中供热(暖)供冷的未来社区设计方案,应充分考虑建筑层高、空调管道井等因素,并在规划设计中预留充足的集中供热(暖)能源站面积。

五、结语

在未来社区中采用集中供热(暖)供冷方案,不仅能实现循环无废、节能减排,还能产生较好的社会效益与经济效益。因此在设计方案时,设计师应在能源端优先选择水源、地源、空气源,最大化提高可再生能源利用率;在设备端合理结合热泵技术和蓄冷蓄热技术,充分平衡电网峰谷负荷;在建筑端运用被动房建筑技术、近零能耗建筑技术等建筑技术,降低用户端空调负荷,进一步实现未来社区低碳场景。

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