江水源熱泵區(qū)域能源站在上海國際航運服務(wù)中心的設(shè)計與運用-2016

2016-03【江水源熱泵區(qū)域能源站在上海國際航運服務(wù)中心的設(shè)計與運用】上海建筑設(shè)計研究院有限公司高永平二、項目概況一、設(shè)計背景三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用五、項目成果四、應(yīng)用效果【江水源熱泵區(qū)域能源站在上海國際航運服務(wù)中心的設(shè)計與運用】二、項目概況一、設(shè)計背景三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用五、項目成果四、應(yīng)用效果【江水源熱泵區(qū)域能源站在上海國際航運服務(wù)中心的設(shè)計與運用】一、設(shè)計背景環(huán)境氣候建筑能源推進綠色建筑是近年來建筑發(fā)展的一個基本趨勢；因地制宜地利用可再生能源是有效的綠色建筑措施之一。江水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點：省去冷卻塔與鍋爐，減少對環(huán)境和建筑效果的影響，并為建筑充分利用屋面功能提供空間。機組效率高（一般夏季制冷可提高效率約18%）。缺點：輸送距離較遠，輸送能耗很大。——環(huán)境、能源、氣候問題一、設(shè)計背景——老城區(qū)功能轉(zhuǎn)型、打造北外灘濱江公共環(huán)境本項目位于上海核心城區(qū)虹口區(qū)北外灘區(qū)域，與陸家嘴隔江相望，環(huán)境及地理位置極其珍貴、優(yōu)越，在老城區(qū)改造項目中，非常具有代表性。最大化利用空間、提升環(huán)境品質(zhì)、美化濱江景觀，也符合黃浦江兩岸“百年大計、世紀精品“的總體建設(shè)目標。利用黃浦江水替代常規(guī)空調(diào)的冷卻塔、鍋爐作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源既符合可再生能源利用又節(jié)省建筑空間，美化濱江環(huán)境。二、項目概況一、設(shè)計背景三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用五、項目成果四、應(yīng)用效果【江水源熱泵區(qū)域能源站在上海國際航運服務(wù)中心的設(shè)計與運用】工程概況上海國際航運服務(wù)中心項目地塊基地東西長約800米，南北進深約120~180米?；丶t線內(nèi)占地總面積約95594平方米，總建筑面積約52萬平方米，由東、中、西三地塊組成。1二、項目概況西地塊地上部分總建筑面積約10萬平方米，包含13#、14#、15#和17#樓四棟高層商辦樓，及一棟位于基地西北角的16#商業(yè)樓。西地塊概況2二、項目概況東地塊概況東地塊基地內(nèi)布置有前后兩排共4幢商辦建筑，分別為B01樓、B02樓、B05樓、B06樓。地上總建筑面積約為10.5萬平方米。本項目的建筑除B06樓外均為高層建筑，其中B01樓為34層的超高層建筑。3二、項目概況二、項目概況項目用地是原港口作業(yè)區(qū)，沿黃浦江岸線800多米，占地10多萬平方米，建筑面積52多萬平方米。工程除為實現(xiàn)航運服務(wù)功能構(gòu)筑其他建筑外，還建設(shè)有14棟商務(wù)辦公大樓。本項目是國內(nèi)為港區(qū)提供航運服務(wù)功能及商務(wù)建筑群規(guī)模較大的工程。采用區(qū)域供冷方式，可以充分利用各功能建筑空調(diào)使用時間段差異、空調(diào)負荷峰谷時段不同等特點，有系統(tǒng)總?cè)萘啃　C房占地面積少及設(shè)備集中易于優(yōu)化管理等優(yōu)點。二、項目概況項目因地制宜利用豐富的黃浦江水這一可再生能源，采用江水源熱泵技術(shù)并與冰蓄冷相結(jié)合，設(shè)計了江水源能源中心。江水取水泵房能源中心：制冷機組裝機容量9300RT蓄冰系統(tǒng)日蓄冰量37800RT.h制熱機組裝機容量21000kW二、項目概況雙工況制冷機利用晚上電網(wǎng)低谷時段蓄冰，白天融冰供冷。利用板式換熱器與空調(diào)末端冷凍水換熱。中央制熱系統(tǒng)12臺500冷噸專門用于供熱的雙機頭螺桿式的水源熱泵機組

。中央制冷系統(tǒng)采用冰蓄冷系統(tǒng)，總蓄冰量為37,800冷噸

小時，中央制冷系統(tǒng)擬采用4臺1800冷噸及1臺900冷噸雙工況制冷機及3臺400冷噸作為基載制冷機組。。項目概況與系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)特點雙工況主機的制冷劑采用環(huán)保冷媒，載冷劑為25%的乙二醇溶液。采用部分蓄冰策略，蓄冰量約為設(shè)計日負荷的30%，蓄冰量為37800RT.h，日總負荷約為126000RT，小時最大融冰冷量為4725RT，融冰速率（小時最大融冰冷量與總蓄冷冷量之比）為12.5%,日融冰率達99%以上。由于采用優(yōu)化控制，小時最大負荷移峰率（小時最大負荷時融冰量與空調(diào)負荷之比）為39.1%。制冷劑融冰方式蓄冰策略優(yōu)化控制冰蓄冷系統(tǒng)采用鋼盤管內(nèi)融冰方式，主機與蓄冰裝置串聯(lián)，主機上游形式。設(shè)計工況的供冷運行策略為主機優(yōu)先，部分負荷時可按融冰優(yōu)先模式運行。二、項目概況——江水源熱泵系統(tǒng)與冰蓄冷相結(jié)合技術(shù)系統(tǒng)原理圖二、項目概況——江水源熱泵系統(tǒng)與冰蓄冷相結(jié)合技術(shù)完善的群控系統(tǒng)冰蓄冷夜間蓄冰工況日間供冷工況二、項目概況——上海地區(qū)最大規(guī)模的江水源應(yīng)用建筑名稱能源系統(tǒng)形式供冷供熱面積/萬m2世博軸江水源熱泵+樁基地源熱泵24.8世博中心江水源熱泵+冰/水蓄冷14世博演藝中心江水源熱泵+冰蓄冷8浦西新能源中心江水源熱泵區(qū)域供冷供熱15本項目的供冷供熱面積約為52萬m2，是上海地區(qū)公共建筑應(yīng)用中規(guī)模最大的江水源應(yīng)用項目。世博江水源項目規(guī)模二、項目概況上海國際航運服務(wù)中心西塊獲得三星級綠色建筑設(shè)計標識上海國際航運服務(wù)中心東塊獲得三星級綠色建筑設(shè)計標識二、項目概況綠色建筑認證上海國際航運服務(wù)中心西塊所有樓宇已通過LEED-CSGold級最終認證，東塊及中塊所有樓宇均已通過LEED-CSGold級預(yù)認證。上海國際航運服務(wù)中心西塊所有樓宇已通過LEED-CSGold級最終認證上海國際航運服務(wù)中心東塊所有樓宇已通過LEED-CSGold級預(yù)認證上海國際航運服務(wù)中心中塊所有樓宇已通過LEED-CSGold級預(yù)認證13#、15#、17#已通過BREEAMExcellent級竣工認證1#已通過BREEAMOutstanding級設(shè)計認證綠色建筑認證上海國際航運服務(wù)中心西塊13#、15#、17#已通過BREEAMExcellent級竣工認證，東塊1#已通過BREEAMOutstanding級設(shè)計認證，東塊其它樓宇及中塊所有樓宇均已通過BREEAMExcellent級設(shè)計認證。東塊其它樓宇及中塊所有樓宇均已通過BREEAMExcellent級設(shè)計認證2015年度全國綠色建筑創(chuàng)新獎一等獎上海國際航運服務(wù)中心西塊工程獲得2015年度全國綠色建筑創(chuàng)新獎。2014年度住建部綠色建筑示范工程上海國際航運服務(wù)中心西塊工程成功立項2014年度住建部綠色建筑示范工程。二、項目概況一、研究背景三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用五、項目成果四、應(yīng)用效果【江水源熱泵區(qū)域能源站在上海國際航運服務(wù)中心的設(shè)計與運用】三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用水資源論證取水水質(zhì)水量保證取水、退水口位置退水溫升影響設(shè)計方案取水方案退水方案水處理工藝三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-水資源——黃浦江水資源論證分析值水質(zhì)值出現(xiàn)月份水質(zhì)值出現(xiàn)月份水質(zhì)水溫℃30.8達標29.48達標6.81達標100100pH值7.5達標7.81達標7.212達標100100溶解氧5.1III2.38V9.31I10092.3高錳酸鹽指數(shù)5.2III7.31IV3.711II100100化學需氧量16.1III26.59IV9.71II100100生化需氧量3.6III0.21V1.27II10096.2氨氮0.961III1.843V0.246II10074.4總磷0.17III0.297IV0.099II100100汞0.035I0.081III0.025I100100六價鉻<0.004I<0.004全年I<0.004全年I0100揮發(fā)酚0.002I011III<0.002I57.1100油類0.047II0.1211IV<0.05I88.1100陰離子表面活性劑0.12I0.164II0.097I100100氯化物77.6達標1124達標53.89達標100100硝酸鹽2.3達標4.013達標1.3511達標100100水質(zhì)監(jiān)測：

以黃浦江楊浦水廠水質(zhì)監(jiān)測點為代表；

據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測，取水口水域絕大部分指標的水質(zhì)類別在I-IV類水之間?？傮w來說，取水口水域的水質(zhì)能夠滿足本項目取用水要求。三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-水資源——黃浦江水資源論證分析取水口位置合理性分析：吳淞口至本工程段江面及江底寬度變化圖吳淞口至本工程段河底高程變化圖結(jié)論：本工程取水口前沿，河勢比較穩(wěn)定，水資源量充沛，由于取水量相對較小，且具有得天獨厚的地理環(huán)境，取水口設(shè)置于濱江休閑區(qū)下，不影響通航水位，且具有良好的水資源條件。-水資源三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-水資源——黃浦江水資源論證分析水量保證率分析：

項目河水冷卻系統(tǒng)工程，取用黃浦江水資源，設(shè)計平均取水流量為2.22m3/s，年取水總量大約為1800萬m3。其取水流量大約占黃浦江枯水年(保證率為97%，以下同)水資源量的0.038%。在取水方面的保證條件是優(yōu)越的。江水經(jīng)過機組后，只是交換了熱量，基本上不消耗水量，河水經(jīng)循環(huán)后同步被排回黃浦江。基本上不實際耗水，所以，本工程取水對黃浦江水資源及其它用水戶沒有影響。退水影響分析：本項目溫排水通過三維ECOM模式的驗證表明：上海國際航運中心項目工程對黃浦江溫升影響甚微。三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-水資源——黃浦江水資源論證分析需要注意的問題：

黃浦江下游段也會受到長江口咸潮入侵的影響，如1978～1979年長江流域特別枯水年份，取水口附近水域的含氯度最高可達到1930mg/L。因此，業(yè)主單位要充分考慮咸潮入侵的影響，在工程設(shè)計中應(yīng)該采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。

取水口水域有機污染和總磷總氨污染相對較重，對于本項目可能會產(chǎn)生一定的影響。水務(wù)部門要求-水資源三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-水資源——江水取水方案取水設(shè)施剖面圖取水口（離枯水位下0.5m,底離江底2.20m集水池江水泵房3mm齒耙式清污機效果明顯防汛高水位+6.0m枯水位+0.9m江底水位-3.40m以吳淞口水位為基準。三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-水資源——江水退水方案取水口退水口200m三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-水資源——江水處理工藝流程的選擇黃浦江20mm格柵3mm齒耙式清污機離心式江水泵1mm反沖洗裝置板式熱交換器（316不銹鋼板）咸潮進水退水三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-能源站——能源站取水方案的比選（制冷系統(tǒng)）設(shè)置20毫米的細格柵---阻隔大的飄浮物和顆粒較大的泥沙進入取水口。設(shè)置3毫米齒耙式清污機---過濾格柵未過濾掉的較小雜物。安裝桶式過濾器---阻隔水中的細小雜物。為保護板式交換器的正常使用，在水泵的出口設(shè)置反沖洗裝置---沖洗水中的沉淀物及雜質(zhì)。缺點：進水溫度損失1度水溫，效率有所降低。方法：采用黃埔江水直接進冷凝器，冷凝器內(nèi)管采用銅鎳合金材料，冷卻水系統(tǒng)采用小球清洗技術(shù)對冷凝器進行清洗。缺點：1.水質(zhì)較差，易堵塞、易腐蝕2.對小球的比重較難掌握，不穩(wěn)定。優(yōu)點：水溫利用充分。原方案現(xiàn)方案三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-能源站——江水源熱泵制冷系統(tǒng)江水溫度對主機選型的影響水資源論證實測水溫：最高30.8℃，出現(xiàn)于8月，最低7.0℃，出現(xiàn)于1月；對附近項目的實測統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：江水溫度有偏差，最高達到32℃，最低2~3℃，本項目的開發(fā)特性，全年運行，考慮安全性和可靠性，冬夏季分別以3℃、32℃進行主機選型。黃浦江HP江水泵房蓄冰槽水源熱泵（基載）乙二醇板換供冷需求側(cè)

板式換熱器---江水源雙工況機組（約克）蓄冰槽黃浦江32℃37℃38℃6℃12℃33℃33℃38℃6℃12℃3.5~5℃11℃4X1800RT+900RT3X400RT五用一備1600m3/h三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-能源站——能源站取水方案的比選（制熱系統(tǒng)）

方法：采用經(jīng)板式交換器交換后進蒸發(fā)器；板式與機組間采用20%乙二醇溶液；選用獨立的水源熱泵機組為系統(tǒng)提供熱源。缺點：投資大、占地面積大。優(yōu)點：1.解決了水質(zhì)對機組的腐蝕。2.解決了機組的堵塞問題。3.解決了水側(cè)切換，乙二醇溶液的儲存問題。4.解決了機組凍結(jié)問題，運行安全可靠。方法：采用黃埔江水直接進蒸發(fā)器。缺點：1.水質(zhì)較差，易堵塞蒸發(fā)器、易腐蝕。2.冬季極端水溫較低，易凍結(jié)。3.水側(cè)相互切換，存在機組清洗要求高。優(yōu)點：水溫利用充分。原方案現(xiàn)方案三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-能源站——江水源熱泵制熱系統(tǒng)項目的運行要求高：各辦公樓均要求四管制運行。本項目的考慮安全性和可靠性：選用獨立的水源熱泵機組為系統(tǒng)提供熱源，以保證系統(tǒng)的正常運行。替代鍋爐黃浦江HP江水泵房水源熱泵（開利）供熱需求側(cè)

板式換熱器---黃浦江4℃1℃0℃45℃40℃3℃45℃40℃12臺500RT三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-能源站——江水源免費冷卻系統(tǒng)現(xiàn)代辦公大樓均需設(shè)置數(shù)據(jù)中心，因地制宜采用江水源。本項目的開發(fā)特性，為各辦公大樓預(yù)留一路33℃~38℃的冷卻水系統(tǒng)，為小業(yè)主增設(shè)數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造了有利條件全年運行。黃浦江P江水泵房水泵每棟樓數(shù)據(jù)中心

板式換熱器---黃浦江32℃37℃38℃33℃免費冷源3X3024KW三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)—空調(diào)水系統(tǒng)：

二級泵變流量系統(tǒng)一級泵---能源中心二級泵距離近—設(shè)置于各建筑物內(nèi)距離遠—設(shè)置于東、西地塊二級泵熱力站采用直接供水系統(tǒng)優(yōu)點：1.防止一級泵揚程過大而造成浪費；同時減少了運行系統(tǒng)的重復(fù)設(shè)置。2.減少了大量板式交換器引起的輸送能耗。3.解決了由于設(shè)置板式交換器引起的溫度損失。三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)江水源能源站一級泵西地塊各樓二級泵房東地塊各樓二級泵房三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)區(qū)域能源站一級泵7#樓8#樓9#樓13#樓10#樓西地塊二級泵房熱力站15#樓泵房1#樓泵房東地塊二級泵房熱力站2#樓泵房5#樓泵房6#樓泵房11層設(shè)置板式換熱器為高區(qū)服務(wù)14#樓泵房16#樓泵房17#樓泵房（雙工況）離心式冷水機組COP6.2/4.75螺桿式熱泵機組COP4.4東地下室泵房東地下室泵房100M100M特點：90%以上采用直供系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)東地塊二級泵四管制供能系統(tǒng)能源站三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)西地塊二級泵四管制供能系統(tǒng)能源站三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)能源站二級泵房管理系統(tǒng)供冷、熱終端按樓設(shè)置二級泵系統(tǒng)特點：二級泵由小業(yè)主運行管理優(yōu)點：1.解決了大物業(yè)與小業(yè)主間可能產(chǎn)生的運行管理糾紛問題。2.保證系統(tǒng)的正常運行。避免關(guān)閉閥門造成二級泵過載現(xiàn)象產(chǎn)生。三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)——適應(yīng)本項目系統(tǒng)cop評價方法的提出現(xiàn)階段能效測評方法名義工況制冷性能系數(shù)(COP)名義工況冷源綜合制冷性能系數(shù)(SCOP)耗電輸冷(熱)比(EC(H)R)江水源空調(diào)系統(tǒng)綜合能效評價制冷系統(tǒng)COP：即在名義工況下,以電為能源的制冷系統(tǒng)(包括江水源側(cè)冷卻水泵、制冷機、冷凍水一級泵及冷凍水二級泵)的制冷量與其運行凈輸入能量之比。制熱系統(tǒng)COP：即在名義工況下，以電為能源的制熱系統(tǒng)(包括江水源側(cè)進蒸發(fā)器水泵、熱泵機組、空調(diào)熱水一級泵及空調(diào)熱水二級泵)的制熱量與其運行凈輸入能量之比。三、關(guān)鍵技術(shù)選擇與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)——適應(yīng)本項目系統(tǒng)綜合cop評價方法的提出制冷系統(tǒng)COP=ΣQ/（N1+N2+N3+N4）

=3.71N1——冷卻水泵運行功率,kW;N1=9.8*G*H/3600/ηbN2——制冷機組運行功率,kW;N3——空調(diào)冷凍水泵一級泵運行功率,kW;N3=9.8*G*H/3600/ηbN4——空調(diào)冷凍水泵二級泵運行功率,kW;N4=9.8*G*H/3600/ηbQ———設(shè)計冷負荷,kW;G———每臺運行水泵的設(shè)計流量,m3/h;H———每臺運行水泵對應(yīng)的設(shè)計揚程,m水柱;ηb———每臺運行水泵對應(yīng)的設(shè)計工作點效率;三、關(guān)鍵技術(shù)選擇與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)制冷系統(tǒng)COP三、關(guān)鍵技術(shù)選擇與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)——適應(yīng)本項目系統(tǒng)綜合cop評價方法的提出制熱系統(tǒng)COP=ΣQr/（N11+N12+N13+N14）=3.65N11——熱泵蒸發(fā)器側(cè)水泵運行功率,kW;N1=9.8*G*H/3600/ηbN12——熱泵機組運行功率,kW;N13——空調(diào)熱水泵一級泵運行功率,kW;N3=9.8*G*H/3600/ηbN14——空調(diào)熱水泵二級泵運行功率,kW;N4=9.8*G*H/3600/ηbQ———設(shè)計熱負荷,kW;G———每臺運行水泵的設(shè)計流量,m3/h;H———每臺運行水泵對應(yīng)的設(shè)計揚程,m水柱;ηb———每臺運行水泵對應(yīng)的設(shè)計工作點效率;空調(diào)系統(tǒng)COP的提出，節(jié)能效果更為直接明顯。三、關(guān)鍵技術(shù)選擇與應(yīng)用-區(qū)域供能系統(tǒng)制熱系統(tǒng)COP二、項目概況一、項目背景三、關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用五、項目成果四、應(yīng)用效果【江水源熱泵區(qū)域能源站在上海國際航運服務(wù)中心的設(shè)計與運用】四、應(yīng)用效果-水資源——對取水口江水溫度進行實時監(jiān)測平均值31℃平均值7.9℃最冷月與最熱月江水實測溫度值四、應(yīng)用效果-水資源——試運行階段江水進出水實測溫度2014年7月排至和抽取江水溫度折線圖從2013年12月投入試運行，試運營期間為部分負荷運行，月取水量約為23.4萬m3，平均日取水量7814m3，約為設(shè)計負荷量的15.87%。四、應(yīng)用效果-水資源——試運行階段江水實測溫度2014年12月排至和抽取江水溫度折線圖四、應(yīng)用效果-能源——提升冷、熱機組cop

制冷工況—冷凝器進出水溫對cop的影響

制熱工況—蒸發(fā)器進出水溫對cop的影響額定工況（冷卻塔方式）夏季制冷時，隨著冷凝器進出水溫將低，機組cop提升。冬季制熱時，隨著蒸發(fā)器進出水溫升高，機組cop升高。數(shù)據(jù)來源：York450RTYSFAFAS55CKE型螺桿機組四、應(yīng)用效果-社會效益第三方檢測四、應(yīng)用效果-社會效益——第三方檢測結(jié)果試運行階段由上海市節(jié)能辦委托第三方對系統(tǒng)COP進行檢測；檢測結(jié)果表明：

雙工況離心機組制冷COP為5.8；制冷系統(tǒng)COP為3.7。螺桿式熱泵機組制熱COP為4.4；制熱系統(tǒng)COP為3.2。效率均達到設(shè)計要求，節(jié)能效果明顯。

第三方檢測四、應(yīng)用效果-社會效益——冰蓄冷技術(shù)實現(xiàn)移峰填谷，緩解電網(wǎng)壓力53常規(guī)空調(diào)（夏季）電力負荷曲線示意圖江水源+蓄冷（夏季）變壓器容量減少變壓器容量（夏季江水源+蓄冷）變壓器容量（夏季常規(guī)空調(diào)）時刻電力負荷0%20%40%60%80%100%1357911131517192123變壓器容量（冬季）江水源（冬季）COP比較：江水源熱泵機組由于采用的黃埔江水溫度穩(wěn)定，因此制冷時，江水源式熱泵離心式冷水機組的性能系數(shù)COP值可達到6.2，而一般上海公共建筑節(jié)能標準的離心式冷水機組的性能系數(shù)COP值在5.6左右；制熱時，江水源熱泵螺桿機組在制取同為45℃熱水時的性能系數(shù)COP值保持在5.1左右，而同類電制熱的風冷熱泵機組的性能系數(shù)COP