为了充分发挥地源热泵的节能效益和水蓄能系统的节电效益,将地源热泵和水蓄能系统有机地结合在一起,通过实际运行发现。
一方面,地源热泵利用电热泵供热或供冷,采用逆风盘管加大温差,通过浅层地表热交换;另一方面,水蓄能系统在电价低谷时,采暖季蓄存热水,供冷季蓄存冷冻水,在高峰用电时替代地源热泵供热或供冷,两者相得益彰,相辅相成,具有一定的环保效益和经济效益。
浅层地源热泵通过埋深120m左右的地埋管,获得 10~20℃的高/低温热源,相比于空气源热泵,夏季的冷凝温度较低、冬季的蒸发温度较高,因此效率远高于空气源热泵,具有节能、系统运行稳定等优势。
蓄能系统可以起到平衡电网峰谷负荷、减少电厂和输配电设施建设和投资、降低空调主机容量、降低空调相关配电设施成本的作用。
合理利用峰谷电网的功率差,可有效降低空调系统的运行成本。
鉴于地源热泵的节能效益和水蓄能系统的节电效益,针对一个以地源热泵为主要供热供冷源,并结合水蓄能的低碳供能系统进行研究,设计系统的工艺流程,研究其运行方式并通过某项目的运行情况分析系统的环保效益和经济效益。
项目概况该项目28万平方米的办公建筑供热和供冷。
冬季设计供暖负荷 19.68MW,夏季设计空调负荷23.88MW,能源中心地下建设了3台地源热泵,承担基本供热和供冷负荷。
该系统建设了总容积 5200平方米的3个水储热罐,还设置了3台2800kw 的燃气锅炉作为供热调峰热源,也设置了3台电制冷机;系统的工艺流程如图3所示。
如图4所示为采暖季建筑供热负荷及分时电价曲线。
1、目前电价低谷时段出现在夜间,而该区域属于办公建筑,夜间基本没有热负荷,此时,系统运行流程如图5 所示,地源热泵产生的热水大多存人储热水罐中,能源中心仅对外供给防冻热量。
2、 在平时段和高峰时段,系统运行如图6所示,根据当天的天气情况,预测所需供热量,优先用储水代替高峰时段地源热泵供热,富余的储热再进一步在平时段放热。
图7所示,为夏季建筑供冷负荷及分时电价曲线。
1、电价低谷期的运行流程如图8所示,夜间(电价低谷期)没有冷负荷,地源热泵制取的冷冻水全部储存到水储热罐中。
2、在平时段和高峰时段运行流程如图9所示项目能效该项目空调系统共投资 6500万元,其中地埋管2200万元,主站房 3700 万元,水储热罐 600 万元。
该项目采用水储热,消耗低谷电供热供冷,从而大幅减少了电费。
如表1所示采暖季消耗电力 268 万 kwh,电费仅为 159.5 万元,平均电价 0.5944 元/kwh,消耗的电力 90%以上为低谷电。
夏季供冷消耗电力 214 万 kwh,电费 153.4万元,平均电价0.7167元/kwh,仍然低于平时段的电价。
由于削峰填谷,当前每年可节约近 160 万元的电费。
结论1、地源热泵系统利用地层蓄热/释热,属可再生能源。
地层温度稳定,夏季地温低,冬季地温高,供热供冷成本低。
系统与地下水不直接接触,对环境没有污染。
与燃油燃气锅炉相比,可减少污染物的排放。
地埋管寿命可达50 年以上。
通过浅层地表取热和放热;具有减碳、热转化效率高、节能的优点。
2、水蓄能系统在采暖季时,电价低谷时段,地源热泵产生的热水大多存人储热水罐中,能源中心仅对外供给防冻热量,热负荷非常低,在平时段和高峰时段,优先用储水代替高峰时段地源热泵供热,耗电量低;在供冷季,电价低谷期没有冷负荷,地源热泵制取的冷冻水全部储存到水储热罐中,在平时段和高峰时段,释放储水优先代替高峰时段地源热泵供冷,耗电量低,具有节电的优点。
3、由于水蓄能系统削峰填谷。
采暖季平均电价0.5944元/kwh,消耗的电力 90%以上为低谷电。
夏季供冷平均电价 0.7168 元/kwh,仍然低于平时段的电价,充分体现了水蓄能系统的节电优势,具有一定的经济效益。