深度解析蓄冰技术与水源热泵的结合

        摘要：冰蓄冷和水源热泵是两种截然不同的技术，两种技术如能结合在一起，将带来更大的节能效益。本文介绍了冰蓄冷技术与水源地泵技术在北京天创世缘工程中的应用。关键词：冰蓄冷水源热泵节能冰蓄冷和水源热泵技术均起源于欧美等发达国家，冰蓄冷技术主要为了平衡电网的昼夜峰谷差，在夜间电力低谷时段向蓄冰设备蓄得冷量，在日间电力高峰时段释放其蓄得的冷量，减少电力高峰时段制冷设备的电力消耗，是电力部门“削峰填谷”的最佳途径。我国从20世纪90年代开始推广这项技术，目前已有一些建成的工程项目。由于电力部分实行了电力峰谷差价，使得用户可以得到一定的运行费用省。由于我国电网峰谷差日益加大，在华北地区的峰谷差已达到40%，并有进一步加大的趋势，因而使电力负荷侧的管理难度也日益加大。近年来，每逢七月下旬和八月上旬的夏季高温时节，这一情况就尤为突出，为了解决这一难题，大力推广蓄冰技术势在必行。

        水源热泵技术是可再生能源的开发和利用技术，可以将低位能源搬运到高位能源的技术，它可以大量利用自然界可再生的能源，如地下水、地热水、土壤、江河湖水、工业废水等其中储存的大量低位的能源，通过少量的电能，将其转化成高位的能源供我们使用，其能效转化比可达到4:1，即消耗1KW的电能可以得到4KW的热量，其中另外3KW的热量来自免费的能源。采用水源热泵技术，可以大幅度降低用户的能源使用费用，同时也大量取代燃煤锅炉，解决了环保的压力。

        在过去的几十年里，这两项技术得到了蓬勃地发展，在欧美等国家得以广泛地应用，在我国近年来也发展迅速，方兴未艾。

        但是，这两种相对独立的技术都具有一定的局限性，冰蓄冷技术只能应用于夏季空调季节，可起到削峰填谷的效益。但冰蓄冷技术无法提供冬季的采暖，对于具有采暖需求的用户来讲，该项技术就显得无能为力。同样，水源热泵技术虽然可以同时提供冬季采暖和夏季制冷，但却无法在夜间电力低谷时段蓄得冷量，以起到削峰填谷的功效。

        对于普通的建筑物，尤其是大型商业建筑，其制冷负荷往往大于采暖负荷，而这两项技术的结合，即可利用水源热泵技术同时满足制冷和采暖的需求，又可采用蓄冰技术进行电网的削峰填谷。即使用户使用到了廉价的采暖方式，又解决了污染问题，还为电网的昼夜平衡作出了贡献，可谓一举多得。

        在汲取了国外大量先进技术的同时，我国第一个水源热泵与蓄冰技术相结合的工程----天创世缘已经于2002年9月在北京顺利完工。天创世缘的成功，标志着这两项技术已经可以成功地嫁接在一起，是国内首项联合运行系统，为首都的蓝天工程、华北电网负荷侧的管理起到了重要的示范意义。

        天创世缘北京市朝阳区大屯路，总建筑面积170,000m2，其中建筑物底商为大型商业设施，空调面积为40,000m2，需安装中央空调系统，以满足夏季制冷和冬季采暖的要求，采用水源热泵及蓄冰技术后，即可达到上述要求，又可使得整个空调系统做到最大限度地节约能源和运行费用。

        天创世缘夏季空调最大设计冷负荷为6050KW，冬季空调最大设计热负荷为4000KW。

        系统首先考虑采用开采地下含水层中的恒温的地下水在夏季来冷却水水热泵机组的冷凝端，再通过水水热泵机组进行制冷。同时，冬季可利用地下含水层中的恒温的地下水提供低位热源，再由水水热泵设备提升至高位能源进行采暖使用。冬季由于采用了大量的地下水中的免费的能源，使得运行成本得到大大降低。

        另外，根据天创世缘夏季制冷负荷情况的特点，夏季制冷负荷比较冬季采暖负荷大得多，因此如单纯采用水水热泵系统，会使得所需的地下水用量较大，需开采水源井11口，5抽7回灌，因此受到具体钻井条件的限制。考虑到天创世缘大厦的商业的性质，在后夜电力低谷时段不需要空调，因此考虑蓄冰式空调方案，该系统利用夜间低谷电力蓄冷，日间电力高峰时段由所需得的冷量与水水热泵机组联合运行，向空调末端提供冷量。使得地下水在全日内得到平均的分配使用，因而只需钻凿水源井7口，3抽4灌，大大节约钻凿水源井量。同时，由于大量使用了后夜低谷电，代替了日间电力高峰时段的用电量，所以夏季运行费用也得到了大大降低。

        该项技术充分利用了地下水恒定的、可再生的能源，并通过电力这一清洁能源，实现了冬季采暖、夏季制冷的两项功能。被利用能量后的井水完全回灌回地下，对井水无污染、无浪费。整个水源热泵及蓄冰空调系统冬季最大用电量为1407KW，可满足冬季采暖的需求；夏季日间最大用电量为1125KW，夜间最大用电量为815KW。日间蓄冰系统启用，满足日间空调的需求，整个系统削峰填谷效果明显。

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        转自：

        北京天创世缘夏季24小时空调负荷情况，夏季采用水源热泵加蓄冰空调方案，本工程选择六台580kw三工况水源热泵主机(蒸发器冷冻水供、回水工况为6.8/10.5℃，再由蓄冰设备冷却到4℃，空调系统供回水温度为7/12℃)，夜间蓄冰，日间与蓄冰设备联合供冷。经蓄冷系统选型软件计算，得出该工程的系统的最佳配置，系统能量分配如下：

        *六台三工况水源热泵主机日间空调工况最大能量输出：3480kw

        *六台三工况水源热泵主机夜间制冰工况能量输出：2262kw

        *蓄冷设备夜间储存的可利用冷量:18096kwh

        *蓄冷设备日间溶冰最大输出能量：2570kw

        *蓄冷设备削减制冷高峰时段负荷：42.5%

        采用水水热泵及蓄冰夏季空调系统运行策略如下：

        8:00-22:00：六台水源热泵机组空调工况运行。

        8:00-20:00：蓄冰设备溶冰输出，与水源热泵联合供冷。

        23:00-7:00：水源热泵机组制冰工况运行，8小时向蓄冰设备蓄冷量。

        六台水源热泵机组的冷却水源由地下水提供，可代替冷却水塔。

        六台水源热泵机组联合运行，用地下水所提供的免费的自然可再生能源，提取其热量，供应给整个大楼进行采暖，六台机组总供热量为4200kw。

        根据方案设计，选用六台水水热泵机组，共需15℃的地下水330m3/h，夏季作为冷却水源，地下水最大供回灌温度为15—26.3℃；冬季作为低位热源，地下水供回灌温度为15—7.2℃。故需打出水井3口，回灌水井4口，总出水量为330m3/h。

        该系统总体投资1013万元，比常规制冷系统相比较，增加了约56万的投资，共打井7口，并可满足冬夏的需求。