1、无锡软件园C能源站工程项目情况汇报 2016年11月 中国建筑科学研究院热泵与蓄能研究中心 李骥 区域能源规划与设计的背景 区域能源（）是区域供暖、区域供冷、区域供电以及解决区域能源需求的能源系统的统称。区域能源建筑应用强调区域能源供应对象以建筑用能为主。这里的区域可以是指：行政划分的城市和城区；也可以是特指的开发区、园区、商业区、居住区和建筑群。区域能源技术的核心目标是，在满足区域能源合理需求的前提下，综合利用区域能源条件和资源条件，综合应用各类区域能源方式，从而最大限度的降低区域内能源消耗、降低有害物排放、获得最佳经济效益与社会效益。北方区域供热、热电联产 可再生能源技术、余热利用、三联供
2、技术的区域级利用 早期区域能源技术 技术和形式多样化 区域能源技术的发展 终端能耗动态 预测和分析 区域能源形 式调研和分析 能源方案深化 能源方案设计 调研区域内 各种能源形式 能源方案 比选 能耗预测 监测平台 相关标准 等等 总体技术路线 将能源方案在图纸上进行实现，完成区域能源前期工作。重点对可实施性，经济性，落地指标和措施进行研究。逐时负荷预测 商业服务 酒店 商务办公 教育设施 公共建筑节能设计标准建筑模型平台 逐时冷热负荷 监测平台-区域级监测平台 电 燃料 热 电 电 热 燃料 热 电 燃料 电 电 热 蒸汽 电 电 燃料 热 热 热 热 需求 供应 电 热 燃料 分类计算需求
3、量 分类计算供应量 匹配（种类、数量、输送损耗）热 区域内各能源形式分析 68710b12a9a1614b13a151b1a24b14a21a21b222320a199b20b3a3b2526272829303132333435363738404142444546474849504351525354555657596566676869a737475b75a7677787980a80b8182838485b85a86878889909192949362b61b69b95b95a96b96a97b97a989910010110210310410510610724510a12b13b4a397172
4、11b11a1761a62a6364586070a70b生产防护绿地中小学、幼儿园用地一类居住用地一类工业用地混合用地教育科研设计用地医疗卫生用地商业金融业用地行政办公用地二类居住用地文物古迹用地公寓用地公益性公共设施预留地绿地文化娱乐用地图 例土壤源热泵规划范围地热-热泵规划范围污水源热泵规划范围太阳能采暖空调示范产业园地面光伏系统规划范围有机废弃物制备车用生风电项目物天然气的项目(远期)污泥厌氧消化制备生物燃气中试系统(近期)淡化海水源热泵规划范围区域能源方案细化 细化目标：1、市政级能源站方案、概念流程图、选址以及主要设备选型；2、能源方案落实到逐个地块，甚至细胞；3、大型能源管线的路由
5、、管径以及补偿方式；4、方案初投资、建设方式、效益以及盈利模式分析。区域能源方案专项设计 污水输送管线排水一级热泵7台二级热泵7台冷却塔8组冷、热供水（1）冷、热回水（1）冷、热供水（2）冷、热回水（2）青龙湖取水青龙湖排水唐山工业职业技术学院唐山市委党校体育休闲公园文化公园苗圃 养殖 基地120亩青 龙湖商业街花海花海教工住宅一期集中热泵站污水管线DN550泵房排水DN800DN60 0DN500DN400DN300方案概念图 方案原理图?无锡（太湖）国际科技园定位为高新技术产业为支撑，以生态休闲、商务服务为配套的滨水型国际化科技新城，是国家首批8个绿色生态城区示范区之一，也是目前江苏省唯一
6、的国家级绿色生态城区示范区。?项目的区域定位和发展决定了科技园能源发展必须走绿色能源、清洁能源道路。正是如此，区域内拟建设大批水源热泵能源站系统，本次建设的C站为其中之一。本项目的建设可以实现节约能源，减少排放，降低对环境的污染。项目背景?无锡（太湖）国际科技园北至高浪路，东至京杭运河，西至华谊路，南至外太湖，总面积约23平方公里。?本次初步设计项目为C能源站。C能源站供应的4栋办公楼位于无锡太湖新城净慧东道和科研北路交汇处D地块内，污水厂位于菱湖大道和吴都路交汇处。项目区位?本次初步设计项目为C能源站。C能源站供应的4栋办公楼位于无锡太湖新城净慧东道和科研北路交汇处D地块内，污水厂位于菱湖大
7、道和吴都路交汇处。项目建设地点?无锡软件园C站满足江苏外包产业园三期D地块的4栋办公建筑（A、B、C、D楼）采暖空调需求的同时满足A地块的5栋建筑生活热水需求。区域规划供冷（热）面积140443m2，建设能源站1座，总装机供冷量12，其中热泵主机承担9.6。项目建设内容和目标 本次建设内容如下：能源站冷热源以及水泵、水处理、阀门、管路等配套设备；能源站配电自控等；末端用户冷热计量装置；空调蓄能水池、生活热水蓄能水罐；污水管路（目前已引至机房周边）；生活热水管路（延伸至D地块）；阀门井（中远期规划预留）；机房隔声降噪措施。项目建设内容和目标 区域供冷（热）面积140443，建设能源站1座，总装机
8、供冷量12，其中热泵主机承担9.6，其余由蓄能设备承担。蓄能水池容积为1500m3。本项目污水管路长度约为100m，生活热水供回管路长度约为1200m。能源站本机房设备安装负荷（）约为2780，计算负荷（）约为2283，无功功率1221，计算电流3298A。其中二级安装负荷1660。计算负荷1243。计算电流1929A。项目主要建设目标为：满足4栋办公楼采暖空调需求。通过项目后期运营，给建设方带来明显的经济收益。通过项目的建设，实现一定的节能减排目标，凸显企业的品牌形象。项目建设内容和目标 项目采暖空调负荷预测 在权威动态模拟软件中对项目中4栋建筑建立三维建筑模型 项目采暖空调负荷预测 典型层
9、热区划分 办公建筑负荷计算模型 本项目逐时单位面积采暖空调负荷 本项目逐时采暖空调总负荷 使用能耗模拟软件进行逐时计算 根据全年逐时负荷计算结果，无锡软件园办公建筑峰值冷负荷为110，峰值热负荷为 75；能源站总冷负荷为12，总热负荷为 8.5。本项目逐时采暖空调负荷分析 图 本项目设计日负荷系数 图 冷负荷比对 图 热负荷比对 项目污水资源 污水水质为国家排放标准一级A，污水温度适宜水源热泵应用，污水流量丰富，污水管线距离能源站非常之近（4米以内）。本项目在现有资源参数的前提下，污水资源无论从品质还是量上均能满足项目需求，是良好的低位热源，应优先采用。图 污水资源全年温度 图 冬季污水厂典型
10、日逐时流量 图 夏季污水厂典型日逐时流量 项目污水资源 污水水质为国家排放标准一级A，污水温度适宜水源热泵应用，污水流量丰富，污水管线距离能源站非常之近（4米以内）。本项目在现有资源参数的前提下，污水资源无论从品质还是量上均能满足项目需求，是良好的低位热源，应优先采用。图 夏季污水资源空调能力评估 图 冬季污水资源采暖能力评估 最高允许排放浓度（日均值）化学需氧量（)50 生化需氧量（5)10 悬浮物（)10 动植物油 1 石油类 1 阴离子表面活性剂 0.5 总氮（以N计）15 氨氮（以N计）5（8）总磷（以P计）0.5 色度（稀释倍数）30 7 粪大肠菌群数（个)1000 本项目采用污水源
11、热泵作为暖通空调和生活热水系统的冷、热源。本项目污水源热泵机房位于A办公楼地下二层，采暖空调采用2台水源热泵机组和1台冷水机组。2台热泵机组单台设计制冷量为3199.91，设计制热量为3283.54；1台冷水机组单台设计制冷量为3199.91。冬季运行2台热泵机组采暖，夏季运行2台热泵机组和1台冷水机组。生活热水采用1台水源热泵机组，额定制热量为616.24。设计工况下水源侧夏季的进、出水温度为32/27，冬季为10/5。为了利用峰、谷电价差节省运行费用，本工程采用部分负荷水蓄能系统，蓄冷蓄热水池为1500m3。蓄能水池在峰值负荷段采用与主机串联方式运行来联合供冷，夏季承担约20%峰值负荷。夏
12、季设计日总蓄冷量为10158，蓄冷温度为4；释冷温度为11。冬季蓄热温度为49，释热温度为42，冬季设计日总蓄冷量为10158 项目冷热源系统 水源热泵系统原理图 系统图说明及控制要求1.V1-V12 为季节转换阀门，冬 季开启 V1、V3、V5、V 7、V9、V11，关闭 V2、V4、V6、V8、V 10、V12；夏开启 V2、V4、V6、V8、V10、V12，关 闭 V1、V3、V5、V7、V9、V11。2.VE4 为压差旁通调节阀，控制供、回水压差保持在设定值。3.蓄 冷（热）工 况时，VE8、VE9、VE10 开启，蓄冷水泵延时开启，同时 VE11 与释冷水泵关闭。释冷（热）工 况时，
13、VE9、VE10、VE 11 开启，释冷水泵延 时开启，同时 VE8 与蓄冷水泵关 闭。蓄冷和释冷均不运行时，VE9 和 V E10 关闭。4.释 冷（热）工况时，调节 VE12、VE13，控制 混合后的板换出水温度达到设 定值（夏季设计工况为12.6，冬 季设计工况为 40）5.VE14平时为关闭状态。当非设计日电力高峰段，需 要单独释冷而不开热泵机组时，开启VE14，延时启动一台用户 侧循环泵。水源热泵方案一系统原理图6.生活热水热泵 蒸发器侧 电动阀冬季状 态为 VE6 开启、VE7 关闭。夏季当空调集水器 水温大于等于 10 且用户侧泵运行 时，VE6 开启、VE7 关闭；否则 VE6
14、 关闭、VE7 开启。方案一采用常规设备，设备造价低，设备运行稳定。方案一系统匹配灵活，在使用过程中不受各部分负荷（冷、热、生活热水）的限制。在过渡季和夜间夏季无负荷段仅开启小型热泵和水泵，系统运行能耗较低。方案一中供应生活热水热泵机组较小，蓄能罐较大，能维持热泵稳定持续运行，保证系统节能和经济性。方案一系统形式较为复杂，由于有专门生活热水主机的设置，设备相对较多。相应的配套水泵也需要增设。水源热泵系统原理图 水源热泵方案二系统原理图V1-V8 为季节 转换阀门，冬季开 启 V1、V3、V5、V7，关闭 V2、V4、V6、V8；夏季 开启 V2、V4、V6、V8，关闭 V1、V3、V5、V7。
15、1.季 节切 换：2.热 泵系 统要 求：（1）热泵 主 机由 1台 常 规热 泵 机组 、2 台 全热 回 收热 泵 机组 、组 成。冬 季，在 设计工 况 下，热 泵机 组、作为 空 调系 统 的热 源，全 热回 收 热泵 机 组 作为 生 活热 水 系统 的热 源。夏 季，设 计 工况 下，热 泵 机组 、按 制冷 模式 运 行，作 为空 调 系统 的 冷源，热泵 机组 按 全热 回 收模 式运 行，作 为 生活 热 水系 统 的热 源，同 时 作为 空 调系 统 的冷 源。在 全 热回 收 热泵 机 组 发 生 故障 或 需要 检 修的 情 况下，手动 切换 至 全热 回 收热 泵 机
16、组 作为 生 活热 水 的热 源。当 全 热回 收 热泵 机 组 作 为生 活热 水 的热 源 时，其 控制 方 式同 。（2）全热 回 收热 泵 机组 分 生 活热 水 优先 和 空调 优 先模 式，可 在计 算 机界 面 上选 择。当 选择 生 活热 水 模式 时，对 应 的水 泵、电 动 阀的 控 制：冬 季 及过 渡 季：当 全热 回 收热 泵 机组 作为 生 活热 水 的热 源 时，与 之对 应 的1 台 取 水循 环 泵 启 动，1 台 全热 回 收循 环 泵 启 动，电动 阀 V E5、V E8、V E7 关闭，电动 阀 VE6、V E9开 启。夏 季：当 存在 空调 负 荷，即
17、 用户 侧 循环 水 泵 任 意一 台 运行，且该 机 组蒸 发 器出 水 温度 大 于5时，电 动阀V E5、V E8、V E7关 闭，电 动阀V E6、V E9开 启，1台 全热 回 收循 环 泵 启动。当 没 有空 调负 荷 或蒸 发 器出 水 温度 小 于5 时，电 动阀V E5、V E8开 启，电 动阀V E6、V E9、V E7关 闭，与 之对 应 的1台地 埋 管侧 循 环泵 启动，1台 全 热回 收 循环 泵 启 动。（3）全 热回 收 热泵 机 组 当 选择 空 调 优选 模 式时，夏 季，电 动 阀 V E6、VE9、V E7 开启，电 动阀 V E5、V E8 关 闭；冬
18、 季，电 动阀 V E6、V E9、VE 7开 启，电动 阀 V E5、V E8 关闭。正 常 情况 下，手 阀 E1关 闭，当 全 热回 收 机组 发 生 故障 或 检修 时，才 打 开。系统形式较为简单，设备布置紧凑，节省机房空间，系统控制方案简单。但是根据目前工程实际经验，热回收机组运行不稳而且价格较高，在热回收模式下主机低。而且热泵热回收机组多半以螺杆机为主，本项目由于采暖空调负荷较大，优先选择离心机组，离心机组制取高温生活热水较为困难。更进一步，由于本项目生活热水负荷峰值负荷为2252，而建筑空调负荷为12，采暖负荷为8.5。设备单台装机容量在3以上，热回收量在3以上。建筑热水负荷与
19、暖通空调负荷差距巨大，很难做到匹配协调。在过渡季以及夜间无冷热负荷时，主机运行也需要开启大型水泵，系统运行能耗较高。而且目前生活热水负荷为根据标准测算，初步设计阶段将根据实际情况进一步核算。根据工程实际经验，生活热水运行负荷往往小于根据标准测算值，这将进一步加剧建筑热水负荷与暖通空调负荷的匹配与协调。本项目能源站典型日运行模式 图 夏季设计日每小时的蓄冷量、放冷量及供冷量 图 冬季设计日每小时的蓄冷量、放冷量及供冷量 图 蓄能水池布置 本项目能源系统模拟分析 图 本项目水源热泵全年逐时能耗计算模型 图 地源热泵系统全年逐时能耗计算结果 通过计算系统冬季系统综合为3.25，夏季系统综合为4.02
20、。本项目自控设计包括水源热泵机房设备自动监视与控制及机房内设备能源管理。通过检测水源热泵系统的温度、压力、流量等运行参数和设备运行各种状态，实现水源热泵机房设备顺序启停控制。根据末端负荷变化自动调节运行机组运行台数、水泵运行频率，使各设备运行在在高效率区间。监测水源侧供水总管的温度、流量；监测负荷侧回水总管温度、流量；监测空调供水总管温度、压力、流量，监测空调回水总管温度、压力及各分区供回水温度、压力流量；监测各主机、水泵运行状态、故障报警，监测电动阀开启状态信。各监控点见自控点位图。项目电气控制 水源热泵系统监控原理图 水 源热泵 系统 监控原 理图夏季 白天 生活 热水 热泵 机 组对 建
21、筑 供冷，夜 间对 水箱 进行 蓄 冷。生活 热水 热泵 机 组冬 季和 过渡 季节 以污 水作 为低 位 热源 制取 生活 热水。夏 季节 能运 行（冷 凝热 回收），即优 先采 用生 活 热水 机组 蒸发 侧供 冷或 蓄冷。3.6.蓄热 工 况时，开 启VE 5,V E8关 闭，VE6 为旁 通状 态。VE 7根据 热泵 出 水温 度调 节，使水 箱进 水温 度 保持 在设夏季 峰值 负荷 下，热泵 设 备1与 冷水 机组 2联 合运 行，VE 1、V E2、VE1、V E2 开启。冬 季峰 值负 荷下，V E1、VE2 开启，V E1、VE 2关 闭。2.。V 9、V 7、V 5、V3、
22、V1，关 闭V1 0、V8、V6、V4、V2；夏 开启V 10、V 8、V6、V4、V2，关闭V9、V7、V5、V3、V1为季 节转 换阀 门，冬季 开 启V10-V11.VE 9平时 为关 闭 状态。当 非设 计日 电力 高峰 段，需 要单 独释 冷而 不 开热 泵机 组时，开 启V E9，延时 启动 一 台用 户侧 循环 泵。9.阀V E10，使 蓄热 罐进 水温 度保 持 在设 定值。12.生活 热水 蓄 热水 箱内 温度 传感 器置 于 罐体 下部，其 温度 与设 定 值（55)比 较确 定生 活热 水热 泵机 组 的启 停。根据 机组 冷凝 器 出水 温度 调节11.VE1 1为压
23、差旁 通 阀，控制 供回 水压 差保 持在 设 定值。10.成套 定压 补水 装置 根 据压 力传 感器 启停 补水 泵，控 制补 水压 力在 设定 值（11 0m水 柱）。启 动顺 序：电 动阀、水 泵；关闭 顺序 为：水 泵、电动 阀。（42)。定值（49 ）。启动 顺 序：电动 阀、水泵、热 泵 机组。关 闭顺 序为：热 泵 机组、水 泵、电动 阀。7.释 热工 况时，开 启V E8，VE6 为直 通状 态。VE7 根据 板换 出 水温 度调 节，使水 箱进 水温 度 保持 在设 定值启 动顺 序：电动 阀、水 泵；关闭 顺序 为：水泵、电 动阀。（1 1)。定值（4 ）。启动 顺序：电
24、 动 阀VE 1，其余 电动 阀、水泵、热 泵 机组。关 闭顺 序为：热 泵 机组、水 泵、电动 阀。8.5.4.蓄冷 工况 时，开启 电动 阀V E1，延时 开启 VE 5,VE 8关 闭，VE6为 直 通状 态。VE7 根据 热泵 出水 温度 调节，使水 箱进 水温 度保 持在 设释 冷工 况时，关 闭电 动阀 VE 1，V E5关 闭，延时 开 启VE 8，V E6为 旁通 状 态。VE7根 据 板换 出水 温度 调节，使 水 箱进 水温 度保 持在 设定 值水 箱内 竖向 每隔200 mm 设 一温 度传 感器，监 测 水箱 内实 时蓄 冷量，以 便及 时调 整 运行 模式。各 水箱
25、内设 置水 位传 感 器，当水位 低 于上 部配 水器 300 mm 时，不允 许运 行 蓄 冷（热）释冷（热）工 况。无 锡软 件园 能源 站.子项 编号子项 名称图 名版号0图号比例日期工 程编 号2014.3审 核人图 别初 步设 计设 计人专业 负 责人审 定人工 程名 称项目 负责 人设计 证书编 号:A111 003573中国建筑科学 研究院给排水电 气会签栏暖 通及控制要求系统图说明水源 热泵 系统 监控 原理 图电初 6项目进度安排 项目进度安排 序号 名称 投资（万元）各项所占比例 备注 1 工程费用 1670.68 83.65%/2 工程建设其他费 167.07 8.37%
26、1*10%3 基本预备费 91.89 4.60%（1+2）*5%4 建设期利息 67.57 3.38%/5 总计 1997.21 100.00%/无锡软件园能源站项目建设总投资概算表 综上所述在现有价格体系及计算基准下，总投资收益率为7.3%，资本金净利润率14.0%，项目投资财务内部收益率（税后）为11.0%，财务净现值498万元，投资回收期（税后）8.61年，资本金财务内部收益率12.7%。表明项目经济效益较好，具有财务生存能力。序号 项目 单位 指标 备注 1 销售收入 万元 1124 年均 2 销售税金及附加 万元 9 年均 2.1 城市维护建设税 万元 7 年均 2.2 教育费附加
27、万元 3 年均 3 增值税 万元 94 年均 3.1 销项税额 万元 163 年均 3.2 进项税额 万元 69 年均 4 总成本费用 万元 815 年均 5 利润总额 万元 206 年均 6 所得税 万元 51 年均 7 净利润 万元 154 年均 8 总投资收益率%7.3%年均 9 资本金净利润率%14.0%年均 10 全部投资财务内部收益率%11.0%税后 11 全部投资财务净现值(8）万元 498 税后 12 投资回收期(年)年 8.61 自建设日起 13 资本金财务内部收益率%12.7%年均 14 利息备付率%2.111.7 还款期内 15 偿债备付率%1.21.4 还款期内 16 盈亏平衡点%76.0%正常年 综合技术经济指标表 本项目跟踪监测项目实际运行数据，保证系统高效运行，达到设计目的。本项目设计完毕后，设计单位跟踪了项目的实际运行1年以上，获取了项目全年实际运行数据。根据2015 年7月（夏季典型月）和 2016 年1月（冬季典型月）逐时运行监测数据可知，系统夏季运行达到3.7，冬季运行达到 2.8。与理论模拟计算值差距在 10%左右，这是由于本项目在当时入住率还不高，仅达到 60%左右。在保证入住率的前提下，本项目的系统能效有望进一步提升，最终达到设计目的，实现系统的高能效。2015年7月（夏季典型月）2016年1月（冬季典型月）实际运行效果
