一、工程概況

    北京用友軟件園位于中關(guān)村永豐產(chǎn)業(yè)基地西南端，東臨永豐路，南面是永豐南環(huán)路，西靠西濱河路，北與北清路接壤（如 照片2所示）。整個(gè)軟件園占地面積45.52公頃，總建筑面積29.6萬平方米，分兩期建設(shè)，一期主要有：1#研發(fā)中心、2#研發(fā)中心、5#研發(fā)中心、制餐中心，交流中心、員工食堂、展示中心和試驗(yàn)樓，一期總建筑面積18.4萬平方米，總采暖空調(diào)面積近16萬平方米，總熱負(fù)荷量13391KW，總冷負(fù)荷15784kw，生活熱水小時(shí)耗熱量1722kw。 

二、設(shè)計(jì)思路
    用友軟件園的建設(shè)目標(biāo)為國(guó)際一流的生態(tài)環(huán)保軟件園。建筑物的冷、暖空調(diào)系統(tǒng)是園區(qū)的重要設(shè)施之一，也是影響園區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要因素。所以清潔、低耗能源是軟件園規(guī)劃的需求。

    熱泵技術(shù)與蓄能技術(shù)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，既可利用熱泵技術(shù)同時(shí)滿足制冷和采暖的特性，又可采用蓄能技術(shù)進(jìn)行電網(wǎng)的削峰填谷，既使用戶使用到了廉價(jià)的采暖、空調(diào)方式，又解決了污染問題，還為電網(wǎng)的晝夜平衡做出了貢獻(xiàn)，可以大幅度降低空調(diào)系統(tǒng)日間電力高峰時(shí)期的用電負(fù)荷。電力部門實(shí)行的電力峰谷差價(jià)，使得用戶可以得到一定的運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省。由于我國(guó)電網(wǎng)峰谷差日益加大，在華北地區(qū)的電網(wǎng)峰谷差已達(dá)到40%，并有進(jìn)一步加大的趨勢(shì)，因而使電力負(fù)荷的管理難度也日益加大，為了解決這一難題，政府正在大力推廣蓄冷技術(shù)，大力加大峰谷電價(jià)差，鼓勵(lì)用戶。北京市電網(wǎng)峰谷分時(shí)電價(jià)如下表:

    因此，本系統(tǒng)采用熱泵技術(shù)和蓄能技術(shù)相結(jié)合的方式，使得該系統(tǒng)不但具有削峰填谷的功能，還可以一機(jī)三用（三工況熱泵機(jī)組制熱工況、制冷工況和制冰工況），使用清潔的電能和地下免費(fèi)的可再生能源，既為系統(tǒng)提供來穩(wěn)定的冷、熱源，又解決了燃煤的污染問題和燃油、燃?xì)獾母吆哪軉栴}。不但符合國(guó)家的環(huán)保政策，也符合用戶的根本利益。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
    1、冬季供暖：根據(jù)軟件園冬季空調(diào)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷總量13391kw，按照復(fù)合式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)原則，以一期規(guī)劃冬季設(shè)計(jì)日最高熱負(fù)荷的60%為標(biāo)準(zhǔn)，選用法國(guó)CIAT三工況地源熱泵機(jī)組4臺(tái)，單臺(tái)機(jī)組制熱量為1676kw，同時(shí)選用4臺(tái)燃?xì)忮仩t，單臺(tái)制熱量2100kw，即可滿足設(shè)計(jì)日熱負(fù)荷的調(diào)峰要求。地源熱泵機(jī)組通過土壤換熱器循環(huán)液系統(tǒng)，從土壤中得到低品位的熱能。

    2、夏季制冷：設(shè)計(jì)最大冷負(fù)荷為15784kw。整個(gè)軟件園存在建筑形式多樣、使用功能各異、機(jī)房設(shè)備運(yùn)行散發(fā)大量熱能等因素，空調(diào)冷負(fù)荷比較復(fù)雜。根據(jù)冷負(fù)荷結(jié)構(gòu)分析：負(fù)荷主要集中在8：00—21：00，13小時(shí)運(yùn)行期間電力高峰段為6小時(shí)，電力平段為7小時(shí)。從總體上看全天負(fù)荷存在極其明顯的變化，空調(diào)系統(tǒng)相當(dāng)適宜設(shè)計(jì)成蓄冷系統(tǒng)。

    根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，為節(jié)省初投資，本項(xiàng)目冰蓄冷系統(tǒng)的方式選用負(fù)荷均衡的部分蓄冰，由于夜間有部分供冷負(fù)荷，故單獨(dú)設(shè)計(jì)機(jī)載冷機(jī)（離心式冷水機(jī)組）。冰蓄冷系統(tǒng)采用溫差可以較大的主機(jī)上游的串聯(lián)系統(tǒng)，同時(shí)蓄冰設(shè)備選用法國(guó)CIAT生產(chǎn)的冰球蓄冰裝置。由于乙二醇水溶液的溫度較低，可以保證板式換熱器為系統(tǒng)提供5℃出水的同時(shí)有較高的效率和較低的初投資。在典型設(shè)計(jì)日空調(diào)冷負(fù)荷由三工況熱泵機(jī)組、機(jī)載冷機(jī)和蓄冰設(shè)備共同承擔(dān)，非典型設(shè)計(jì)日通過優(yōu)化控制來滿足冷負(fù)荷需求并將系統(tǒng)耗電量降低到最小。

    該系統(tǒng)三工況熱泵機(jī)組和蓄冰設(shè)備聯(lián)合供冷時(shí)，乙二醇溶液首先經(jīng)過熱泵機(jī)組在空調(diào)工況下降溫以保持較高效的工作，再經(jīng)冰槽的冷卻使乙二醇溶液的溫度進(jìn)一步降低，這樣板式換熱器的進(jìn)出口處乙二醇溶液的可以達(dá)到較大的溫差，從而使在相同的負(fù)荷條件下，串聯(lián)系統(tǒng)乙二醇溶液的流量較小，因此在相同的條件時(shí)串聯(lián)系統(tǒng)的乙二醇循環(huán)泵小于并聯(lián)系統(tǒng)，使串聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用都優(yōu)于并聯(lián)系統(tǒng)，且串聯(lián)方式管路簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠。

    3、生活熱水：①冬季：主要依靠在下班之后或在夜里23：00—7：00之間電價(jià)低谷期內(nèi)，此時(shí)建筑采暖用熱已極大減少，可自動(dòng)調(diào)整出部分采暖系統(tǒng)富裕出的熱泵機(jī)組用于加熱生活衛(wèi)生熱水，并儲(chǔ)存于一定容積的蓄熱水罐內(nèi)（熱水罐容積為108m3），實(shí)現(xiàn)隨時(shí)按需供水。不足的部分由燃?xì)忮仩t提供，最大限度地節(jié)約生活衛(wèi)生熱水加熱費(fèi)用。②春秋過渡季節(jié)：由熱泵機(jī)組單獨(dú)供應(yīng)熱水。③夏季：夜間蓄冰的時(shí)候，衛(wèi)生熱水由儲(chǔ)存于水箱中的熱水提供，不足的部分由燃?xì)忮仩t提供，其它時(shí)間段由熱泵機(jī)組提供，不足的部分由燃?xì)忮仩t補(bǔ)充，最大限度地節(jié)約生活衛(wèi)生熱水加熱費(fèi)用?；谝陨戏治觯顭崴奶峁┏紤]熱水加熱系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)的合理配置，優(yōu)化控制模式，優(yōu)化儲(chǔ)存方案外，無須再增設(shè)專門加熱熱水的地源熱泵系統(tǒng)。

四、主要設(shè)備配置
    系統(tǒng)主要設(shè)備包括：三工況熱泵機(jī)組、燃?xì)忮仩t、水冷離心式冷水機(jī)組、蓄冰設(shè)備、冷卻塔、板式換熱器和屏蔽泵等等，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，從系統(tǒng)功能出發(fā)相同功能不同設(shè)備間互為補(bǔ)充，夏季由冷卻塔和地下土壤換熱器互為備用，冬季由燃?xì)忮仩t和熱泵機(jī)組互為備用，從而保障了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

    根據(jù)以上夏季供冷需求的實(shí)際情況，由離心式冷水機(jī)組承擔(dān)基載負(fù)荷，聯(lián)合三工況熱泵機(jī)組和蓄冰設(shè)備實(shí)現(xiàn)夏季空調(diào)供冷，配置2臺(tái)美國(guó)McQuay公司生產(chǎn)的離心式冷水機(jī)組WSC126MBGN2F/E4212/C4212，單臺(tái)制冷量為1200RT，由與之配套獨(dú)立設(shè)置的冷卻塔系統(tǒng)散熱；配置4臺(tái)法國(guó)CIAT公司生產(chǎn)的三工況LWP4200型三工況熱泵機(jī)組+蓄冰設(shè)備，承擔(dān)主力制冷負(fù)荷，三工況熱泵機(jī)組夜間蓄冰，日間以空調(diào)工況與蓄冰設(shè)備聯(lián)合供冷，該部分空調(diào)冷卻散熱熱能，通過地下土壤換熱器循環(huán)液系統(tǒng)，傳輸?shù)降叵?，由地下水的徑向流?dòng)和地層熱傳導(dǎo)換熱，配置440m3法國(guó)CIAT公司生產(chǎn)的AC.00型高效蓄冷球，總蓄冷量為7040RTH。

五、土壤換熱器系統(tǒng)
    1、土壤換熱器系統(tǒng)：土壤換熱器采用地下埋管（即埋置地下熱交換器）的方式來實(shí)現(xiàn)，埋管方式多種多樣。目前普遍采用的有垂直埋管和水平埋管兩種基本的配置形式（如圖1所示）。

    水平埋管是在淺層土壤中挖溝渠，將HDPE管水平埋置于溝渠中并填埋的施工工藝。垂直埋管是在地層中垂直鉆孔，然后將地下熱交換器（HDPE管）以一定得方式置于孔中，并在孔中注入填充材料的施工工藝。

    地下熱交換器型式和結(jié)構(gòu)的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程以及給定的建筑場(chǎng)地條件來確定。水平埋管占地面積較垂直埋管大，效率較垂直埋管低。

    2、土壤換熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，經(jīng)計(jì)算：本項(xiàng)目共布置孔深為120m的換熱孔616個(gè)，共分A、B、C、D四個(gè)區(qū)布置。換熱孔的孔徑為φ150mm，換熱孔口位于地面2.0m深以下，換熱孔間距5×5m。

    3、地理管技術(shù)參數(shù)：采用抗高壓的高密度聚乙烯管（HDPE100），原材料為進(jìn)口材料，管外徑32mm、管壁厚3mm，承壓能力1.6Mpa，其具有接口穩(wěn)定可靠、抗應(yīng)力開裂性好、耐化學(xué)腐蝕性、水流阻力小、耐磨性好、耐老化使用壽命長(zhǎng)（壽命可達(dá)50年）等多種優(yōu)點(diǎn)。

六、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析
   1、項(xiàng)目總投資: 一期能源中心初投資近4600萬元,項(xiàng)目建筑面積約為18.4萬㎡，初投資平均僅為250.00元/m2左右。  

   2、夏季運(yùn)行費(fèi)用：北京市建筑空調(diào)冷期為140天（從6月初到10月中）來計(jì)算，地源熱泵冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)每年夏季空調(diào)運(yùn)行電費(fèi)約為261.5萬元。合14.2元/平方米。

   3、冬季運(yùn)行費(fèi)用：北京市建筑的冬季采暖期為120天（從11月中到次年3月中）來計(jì)算，水源熱泵系統(tǒng)每年冬季采暖運(yùn)行電費(fèi)為323.3萬元。合17.6元/平方米。

七、結(jié)論
    通過以上的計(jì)算及分析，本項(xiàng)目全年空調(diào)、采暖運(yùn)行費(fèi)用約為585萬元，合32元/平方米，由此可以看出：采用地源熱泵+冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)較其他任何系統(tǒng)在初投資和運(yùn)行費(fèi)用上都有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)；另外，地源熱泵冰蓄冷系統(tǒng)具有高效節(jié)能、環(huán)保清潔、安全、穩(wěn)定、便于管理、節(jié)省占地空間以及舒適等優(yōu)點(diǎn)，也是其它空調(diào)系統(tǒng)所無法比擬的。

 責(zé)編：dhl