□文/李君 王砚

区域能源系统能效的理论分析

□文/李君 王砚

针对大型集中能源站供冷、供热系统，特别是超大规模建筑群可再生能源利用与综合蓄能技术耦合，复合以调峰冷热源的多元化复合能源系统，通过理论分析和试验测试研究系统在典型工况下冬季供暖和夏季供冷时的能源效率，形成一套完整的分析计算与设计方法、系统工艺集成体系、监控体系，进一步提升系统的运行能效。

区域能源；集中供冷；供热；能效

随着城市CBD的发展，区域集中供冷、供热系统越来越具有优势，特别是多种能源、新能源的复合利用。具有共性的大规模公共建筑组团区域供冷、供热能够节约能源，节约投资，提高单体建筑空间的商业价值，减少系统运行维护工作量。区域能源系统效果显著，必须有优化的控制运行策略支持，才能真正的节能降耗。监测分析区域能源系统的能效比，既可以验证系统是否达到设计预期，也可以对后续工程项目的建设与评价提供参考。

以某大型集中能源站为例，系统采用带有冷热调峰复合以冰蓄冷系统的三工况地源热泵系统。

1　区域能源供冷系统能效比

EER（energy efficiency ratio）指能源系统中运行时供给的冷量或热量与整个系统运行时功耗的比值，为评价系统运行是否高效和节能的标准。

式中：EER为整个系统的能效比；Q为系统的制冷/制热量；W为系统总耗电量。

区域供冷系统和其他空调系统一样，大部分时间段处在部分负荷运行，部分负荷的系统能效指的是系统在部分时段输送的冷量与系统在部分负荷是所使用的设备用电量之间的比值。区域供冷系统在部分负荷下运行是否高效是整个系统在运行周期内是否节能的关键因素。

系统运行部分负荷率为系统运行的逐时冷负荷与设计日最大负荷的比值

式中：Qx为运行时系统的部分负荷；Q为设计日最大负荷。

区域供冷部分负荷下，系统设备功耗和系统的能效

式中：EERX为部分负荷率为X的时候系统能效；W为部分负荷率为X的时候，整个系统的总耗电量；WX1为部分负荷率为X的时候，制冷机组的耗电量；WX2为部分负荷率为X的时候，冷冻水泵的耗电量；WX3为部分负荷率为X的时候，地源侧水泵的耗电量；WX4为部分负荷率为X的时候，地源侧水泵的耗电量；Q1为部分负荷率为X的时候，冷冻水温升造成的冷量损失；Q2为部分负荷率为X的时候，冷冻水管道在部分负荷下冷量损失。

系统在不同的负荷条件下，系统的运行工况不同，其融冰策略和机组配置不同，系统的能效也有明显的不同，系统的能效不同主要表现在制冷机组的能耗、系统水泵的能耗、管道的冷损三个方面，从而影响整个系统的效率。

式中：EER为系统制冷机的制冷效率；Q冷损失系统的管道损失和泵的温升损失以及换热损失；W系统中总耗电量；W主机、W冷冻水泵、W溶液泵、W地源侧冷却水泵、W融冰泵分别为主机的耗电量、冷冻水泵耗电量、溶液泵耗电量、地源侧水泵耗电量、融冰泵耗电量。

系统不同负荷率100%、75%、50%、25%系统能耗见图1。

图1　不同负荷率下的系统能效

系统夏季节运行综合能效为各个负荷时段能效值与其时间比的加权平均值SEER=3.69×4.48%+3.46× 19.8%+3.38×46.52%+3.01×29.20%=3.29。

2　区域能源供热系统综合能效

区域供热系统比区域供冷系统由于没有蓄能系统的影响，系统能效计算简单许多，只考虑地源热泵系统供热能效，不考虑调峰热源供热能效影响。主机和机载机均在额定工况下运行。满负荷运行时主要耗能设备见表1。

表1　冬季供暖系统能够满负荷运行时设备耗能kW

板式换热器损失为供热量的3%，管道散热损失为170 kW，参照系统供冷能效计算方式。

则系统满负荷下能效比为（14 933×0.97-170）÷（744×4+110×4+75×4+160×4）=3.29。

3　结论

通过区域能源系统能效的理论分析，系统综合能耗为3.29。通过运行一段时间的实际测量，系统能耗为3.01。导致能源效率低的一个原因是系统负荷率低，装机容量大，无效的输送功耗导致系统经济性差。另一方面，自动控制系统仍无法精准的预测出下一个时段的负荷，并指导运行。人为因素成为运行的主导，在运行过程中的错误或偏差也导致系统的经济性差。

设计得当区域能源的能效仍高于传统空调的能效，是根据不同单体建筑使用时间及负荷变化，综合考虑同时使用系数，减少总装机容量与机房占用的建筑面积并可节约项目的总体投资。

综上，对城市CBD区域能源系统，应充分论证项目的可行性。在投资之初，充分考察项目的负荷率。从设计上，合理设定负荷率可以有效提高区域能源系统的经济性，因地制宜地利用可再生能源。

［1］马宏权，龙惟定.区域供冷系统的能源效率［J］.暖通空调，2008，38（11）：59-64.

［2］康英姿，左政.区域供冷系统二次管网的冷量损失分析［J］.暖通空调，2009，39（11）：31-36.

□王砚/天津市建筑设计院。

TU831

C

1008-3197（2016）04-73-02

2016-04-08

李君/女，1986年出生，天津佳源兴创新能源科技有限公司，从事工程技术管理工作。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.04.029