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"地热资源或浅层地热资源"替代方案:"广义节能”创新范式,"综合能源"逻辑自洽.解决不了系统智能控制,即是节能设备,系统也不节能
栏目:分享交流 发布时间:2020-10-29
“地热资源或浅层地热资源”替代方案:“广义节能”创新范式,”综合能源”逻辑自洽解决不了系统智能控制,即便是节能设备,系统也不节能多功能能源耦合热泵集成多功能能源系统是一种与环境保护相容协调的总能系统,体现了多能源综合与多功能输出一体化整合的理念,是能
地热资源或浅层地热资源替代方案

广义节能创新范式,”综合能源逻辑自洽
解决不了系统智能控制即便是节能设备系统也不节能

"地热资源或浅层地热资源"替代方案:"广义节能”创新范式,"综合能源"逻辑自洽.解决不了系统智能控制,即是节能设备,系统也不节能(图1)

多功能能源耦合热泵集成

多功能能源系统是一种与环境保护相容协调的总能系统,体现了多能源综合与多功能输出一体化整合的理念,是能源动力系统发展的主流方向和前沿,也是可再生能源在建筑中经济高效、规模化应用的重要形式。

真正的智慧能源,必须能够实现不同类型能源间的低碳、多元耦合,将废弃的能源转换为有用的能源。集中式与分布式、化石能源与非化石能源、一次能源与二次能源、电力能源与化工能源,多种能源类型实现耦合,并利用人工智能与数据技术落地应用,才是真正的能源智能化。

可持续能源系统基本原则IDDD+N:转换整合化(Integration)、需求精细化(Differentiation)、供应多样化(Diversification)、布局分布化(Decentralization)和调度、控制、管理网络化(Network)。可持续能源系统的核心是"把合适的能源放在合适的地方"。
多功能能源耦合热泵集成:北方严寒的冬季(如环境温度低于0℃时),启动空气能热泵制取10~20℃的热水(此时热泵也高效运行),为水源热泵系统提供低位能源由水源热泵二次提温到55℃以上送到末端(如地热盘管)采暖实现空气能热泵水源热泵双极耦合运行提高了供热可靠性虽然增加了部分功耗但比起用电天然气等常规能源来说仍然是节能的
"空气能热泵+水源热泵"-->热泵耦合
双级混合式热泵供热系统系统具体的运行工况为
(1)当室外气温较高空气/水热泵机组能够以最高的效率提供 55~60℃热水时由空气/水热泵机组提供的55~60℃热水直接经过风机盘管或地板辐射向建筑物供暖
(2)当室外气温较低空气/水热泵机组无法提供 55~60℃热水或提供55~60℃时机组效率很低时空气/水热泵机组改为提供10~20℃温度向水源热泵机组供应低位热源由水源热泵提温后供热到末端采暖在这种单双级混合式热泵系统中只有当空气/水热泵机组无法以较高的效率直接提供55~60℃/水热泵才投入运行这样就大大减少了系统按照耦合运行的时间双级耦合热泵不仅解决了空气能热泵机组在室外气温太低时无法正常运行的问题还充分利用了空气能热泵直接供暖的节能特性使得系统有着更高的季节供热性能系数更具有经济和节能价值
另外耦合供热系统可在单双级混合运行模式下交替运行具有良好的负荷适应能力从而可保持较高的能源利用效率同时空气能热泵风冷冷热水机组既可以实现制冷制热还可以实现全年提供生活热水在大型的公建场所常规水源空调设备需要备用机组空气能热泵冷热水机组实际上也是水源热泵机组的备用机组设备的初期投入增加并不大如果配置保温水箱机组可实现在谷电电价时间蓄热/蓄冷降低运行费用
系统运行特点:空气能热泵运行最佳工况吸收空气热量配合水源热泵运行最佳工况制取热水两者运行最佳工况强强联合高系统能效比为室内提供热量
空气能热泵(北方地区空气能热泵机组建议采用超低温空气能热泵机组,-25℃温度下仍可强劲制热服务区域可扩大)取代既有水井系统或地埋管系统城市中心地带无法打水源井水源不足回灌难度大地埋管施工面积大等限制将空气能源发挥到最佳工况比燃气节省40~60%,比单纯空气能节省20~50%且运行可靠稳定摆脱传统空气能电辅热辅助耗能
所谓集中分布式能源梯级利用是指一次能源利用集中设置二次能源利用分布在用户端的能源综合利用系统一次能源以室外空气做为热源为可再生能源利用专用辅助热源型高效空气能热泵做为提升装置;二次能源以分布在用户端的水源热泵做为二级能源提升装置实现以直接满足用户供热需求的能源梯级利用并通过一次能源供应系统提供支持和补充在能源的输送和利用上分片布置减少长距离输送能源的损失有效的提高了能源利用的安全性和灵活性
冬季供热拟采用专用辅助热源型高效空气能热泵+水源热泵集中分布式能源梯级利用综合节能解决方案专用辅助热源型高效空气能热泵集中设置做一级能源从外界环境中提热提供10~20℃的热水做水源热泵的水源;水源热泵用做二级能源为每户提供55~60℃热水做为地板辐射供暖的热源
本系统不但很好的解决了空气能热泵在寒冷地区直接供热能效低下和故障频发无法保证供热热源稳定性的难题而且通过水源热泵分布到户的设置又可以很好的解决目前北方集中供暖分户计量无法有效实施和住户浪费用能的不良习惯等难题能够培养用户节约每一分能源的良好用能习惯
专用辅助热源型高效空气能热泵在寒冷地区低水温段下能够高效稳定运行有效的保证了水源热泵水源水温和稳定供应;同时水源热泵在10~20℃的水源工况下能够高效稳定的制热本系统是目前在没有地表水地下水和地下埋管的情况下用热泵供热最稳定可靠和能耗最低的热泵采暖系统
空气能热泵热水机组和水源热泵热水机组都是目前技术比较成熟应用最广的节能供热设备具有节能环保安全低碳减排管理简单(全自动控制)等特点而且也是目前除水()源热泵外热泵供热系统中运行能耗最低经济效益最好最稳定最便于分户计量的方式
系统控制说明
1一次能源空气源热泵根据进出水温度进行控制
一般情况下机组的出水温度稳定在15℃,根据机组的进出水温度和外界环境温度来开启空气能热泵或压缩机的开启台数远程集控系统自行智能开启空气能热泵或压缩机台数也可人工操作
2二次能源水源热泵机组通过二次侧的热水进出水温度进行控制
一般情况下分成6个时段运行每个时段一个工况运行可以根据天气的变化进行调节比如极端天气下可以高水温运行;暖冬情况下可以低水温运行;操作灵活根据实际调整通过远程集控系统自行智能开启水源热泵机组的压缩机运行数量也可人工操作
3 能源梯级利用供暖系统的优势及节能分析
3.1稳定可靠
一级能源辅助热源型高效空气源热泵机组热水出水温度15左右水温低压缩机排气压力低空气源热泵机组稳定可靠二级能源水源热泵机组水源侧水温稳定在15℃,由于水源热泵分布到户循环管路较短热水侧出水温度一般不超过60即可很好的达到采暖效果
一般的空气能热泵机组由于系统管理过长需要把水温升到50以上循环才能保证供暖效果导致压缩机排气压力过高压缩机容易损坏压缩机寿命大大缩短稳定性差供热系统不可靠影响采暖效果
3.2高效节能
一级能源辅助热源型高效空气能热泵机组热水出水温度15左右水温低热泵机组的在-10环境下运行COP值仍可高达5.0以上二级能源水源热泵机组在水源侧进水15其热水侧出水温度在55COP值可高达5.0以上其热水侧出水温度在45下时COP值可高达6.0以上;一二级均在高效段工作系统高效节能系统综合能效高达5.0以上
一般的空气能热泵机组采暖工况下其热水出水水温需达50以上循环才能保证采暖效果-10环境下运行COP值只能达到1.7左右加上循环水泵的功耗其综合能效COP值在1.5以下;其综合能效远远低于能源梯级供暖系统
3.3系统热损失小
一级能源辅助热源型高效空气源热泵机组热水出水温度15左右水温低一二级能源间的管道损失大大降低系统热损失小
一般的空气能热泵机组供热工况下其热水出水水温需达50以上水温高管道损失大大升高系统热损失大市政集中供热的供热管线过长系统热损失更大
3.4分户计量简单
能源梯级利用供热系统可以解决多年来北方集中供热分户计量的难题无需加装热计量装置即做到二次能源用户多用多出费用少用少出费用且计费准确可靠;不像热计量装置计费不准确容易损坏年年校核等弊端
市政集中供热和一般的空气能热泵机组供热系统很难解决多年来北方集中供热分户计量的难题需加装热计量装置但热计量装置计费不准确容易损坏经常校核等弊端
3.5节能减排环保低碳
能源梯级利用供暖系统利用很少一部分清洁能源电能将可再生的空气中低品位热能进行梯级利用达到供热的需求系统节能减排不向外界排放二氧化碳二氧化硫等环保低碳能源再生循环利用
燃气锅炉供热系统利用天然气清洁能源减排不减碳利用的是不可再生的能源一般的空气能热泵机组供暖系统节能减排效果不明显
3.6培养节约用能的良好习惯
能源梯级利用供暖系统可以很简单分户计量分时分室控制能够很好的培养人们节约能源减少浪费用能的良好习惯
市政集中供热燃气锅炉供热系统和一般的空气能热泵机组供热系统很难真正做到分户计量分时分室控制浪费能源不利于培养人们节约用能的习惯
3.7掌握能源梯级利用供暖系统核心技术
能源梯级利用系统其供热设备已经经过多年的实际能源梯级利用考验其它热泵厂家不具备能源梯级利用供暖系统的核心技术和实际成功案例的运营更不具备设备生产许可认证
3.8系统远程集散智能控制
远程集散智能控制系统很方便的使一二级能源模块化控制真正做到每个压缩机一个小模块保证每个模块都是峰值效率高效运行无论是在部分负荷或是在满负荷工况下均可以高效运行无需人工操作系统可以根据需求用多少能量供应多少能量比传统系统节能显著彻底解决了设备在部分负荷下效率降低的难题
解决不了系统智能控制即使是节能设备系统也不节能

"地热资源或浅层地热资源"替代方案:"广义节能”创新范式,"综合能源"逻辑自洽.解决不了系统智能控制,即是节能设备,系统也不节能(图2)

基于微服务架构的热泵耦合系统热源负荷预测
高性能智能建筑解决方案基于Python语言开发了一套自动化热泵耦合系统热源负荷预测的程序并将该程序独立为一个微服务微服务架构(MicroserviceArchitecture)是一种架构概念旨在通过将功能分解到各个离散的服务中以实现对解决方案的解耦新一代互联网应用架构将复杂庞大的单体应用分解为多个独立运行独立处理业务的微型应用单个应用的功能简单专一独立部署独立运行
基于微服务架构的热泵耦合系统热源负荷预测技术通过数据读取数据处理模型训练等关键步骤实现了建筑未来时刻的负荷预测预测负荷可用于展示未来时刻的负荷变化趋势以及热泵耦合能源系统的前馈控制在提高室内热舒适性的同时也极大的降低了系统的运行能耗
模型输入参数的选取
近年来不断完善的建筑能耗监测系统为基于大数据的负荷预测技术提供了良好的数据基础建筑实际运行数据的获取是负荷预测实现的必要前提建筑能耗监测平台已实现了对项目实际数据的监测与获取监测数据同步上传至数据库主要数据包括室外气象参数室内环境参数以及建筑能耗系统运行状态参数等
数据库中的主要配置信息包括项目数据库信息项目地点信息建筑使用时间训练数据的时间段等通过读取数据库的配置信息负荷预测程序可实现对不同项目的数据读取空调系统负荷的影响因素主要包括室外气象参数(室外温度室外相对湿度太阳辐照度等)与室内环境参数(人员在室率设备开启率等)建筑的外围护结构热工性能对空调系统负荷也有极大的影响通过上述分析室外气象参数需要作为模型的输入此部分数据可从能耗监测平台获取室内人员设备及围护结构温度水平的影响蕴含在历史数据中因此历史时刻的负荷值需要作为模型的输入参数对于不同类型的建筑建筑的使用时间也不相同因此时间参数也需要作为模型的输入参数读取参数后程序将自动对各个参数与空调负荷之间进行相关性计算选取对空调负荷影响较大的参数作为最终的模型输入参数
预测模型的最优选择
获取建筑的实际运行数据后程序将数据自动输入不同的算法进行模型训练程序中主要是基于多元非线性回归算法以及支持向量机算法的预测模型基于交叉验证的思想将输入数据按配置信息中的比例分为训练集与测试集将通过训练集得到的预测模型用于测试集将测试集的预测值与实际值进行比较计算评价模型精度其中程序在采用不同算法进行训练时对训练结果的精度比较选取最优模型为最终的负荷预测模型
数据的读出与写入
在模型训练之前程序从数据库中读取项目的历史运行数据对数据进行预处理和筛选后带入训练模型进行训练将训练后的模型用于原始数据测试集的预测通过比较不同模型的预测精度来决定最终的预测模型并将预测结果返回数据库返回的参数主要包括最优模型最优模型参数训练数据来源未来24h的预测负荷等这些参数返回数据库后可供展示或调用
在获得较好的负荷预测模型之后如何将预测模型用于工程实际中也是需要解决的问题程序将通过历史数据获得的负荷预测模型用于实际项目未来24h热泵耦合系统热源负荷预测与模型训练时相同对某一时刻进行负荷预测需要知道该时刻的相关参数其中未来24h的时间参数可以由当前时刻直接推导出来历史时刻负荷值可以按时间从能耗监测系统中提取而未来时刻的气象参数无法直接获取需要从气象网站获取未来24h的气象参数预测值
在数据库中配置项目的地点信息程序将会从中国气象网获取该地区的未来24h气象参数预报获取未来24h气象参数后将该部分参数与数据库中获取的历史时刻负荷值按时间对应即可作为未来24h热泵耦合负荷预测的模型输入参数
分布式供热
1) 适应管网热负荷的变化能力强
分布式供热由于站回水加压泵功率小扬程低移动动力强适应管网热负荷变化的能力也强
2) 降低管网管道公称压力大幅度减少管网管道投资
采用一般的阀门调节的方法时主循环泵须满足系统最不利用户资用压头的要求采用分布式变频泵系统时主循环泵只需提供系统循环的部分动力其余动力由各热力站的回水加压泵进行调节这使得主循环泵的扬程降低管网总供水压力降低由于降低了管道公称压力使得管道投资下降
3) 增加管网输送效率降低管网输送能耗
采用一般阀门调节的方法时为了满足系统最末端用户的资用压头要求近端用户不得不用阀门将大量的剩余压头消耗掉节流损失很大输送效率低下
采用分布式变频泵系统时热力站采用回水加压变频泵进行调节这种系统的综合动力输送效率较高
气候补偿器
气候补偿器的设计理念是将与天气有关的工艺过程自动化补偿相应调节量达到节能或者提高产品质量的目的进而应用到一切和天气有关的工艺过程中控制量可以是开关量模拟量脉冲量等
在采用热计量的供热系统中有效利用自由热按照室内采暖的实际需求对供热系统的供热量进行有效的调节将有利于供热节能气候补偿器就是完成此功能的他可以根据室外气候的温度变化用户设定的不同时间的室内温度要求按照设定的曲线自动控制供水温度实现供热系统供水温度的气候补偿;另外它还可以通过室内温度传感器根据室温调节供水温度实现室温补偿的同时还具有限定最低回水温度的功能气候补偿器一般用于供热系统的热力站中或者采用锅炉直接供暖的供暖系统中是局部调节的有力手段
气候补偿节能控制系统具有高自动化高效率高应用性的特点根据系统不同经研究节能率在5~10%之间
暖通智能体
工业智能体,例如锅炉智能体、热泵智能体、水泵智能体,等等。暖通智能体,依托大数据&人工智能,提供设计、生产、物流、销售、服务全链式智能服务,挖掘数据价值,助力暖通界借助新技术,构筑领先优势。
暖通智能体能力特性:1)工艺参数优化。基于制造过程、环境、售后数据,分析问题发生的环节和工艺参数优化点;2)节能降耗。根据业务模型精细化控制高能耗设备;3)预测性维保。根据设备过去和现在的状态,预测系统将来是否会发生故障,何时发生故障;4)营销预测。基于销售、节假日、天气数据,预测产品销量,降低备货和库存成本
暖通智能体三大转变:1)从人工经验到数据智能。基于数据挖掘分析,从数据中获取提升效率和产品质量的新经验;2)从数字化到智能化。智能分析能力,成为企业数字化的新动力;3)从产品生产到产品创新。企业内从产品设计到销售的数据协同,以及产业链上下游数据协同,创造新的竞争优势。
暖通智能体技术优势:1)端、边、云结合。完整的端边云解决方案,端侧IoT设备数据采集,云端训练模型,边缘自动化控制;2)可视化建模。数据加载、特征提取、建模等均支持拖拉拽式部署,并任何一步中间结果可支持报表查看,帮助用户在线调试;3)多数据源集成。针对多种数据源提供统一数据探索,快速发现有价值数据;4)多种算法内置。基于已有时间序列算法,对产品缺陷进行预测,挖掘须重点关注质量的产品;5)专业数据仓库。专业数仓支持设计应用多维分析,快速响应;6)产品质量优化提升。基于用户的反馈、互联网点评分析、竞争对手分析、维修记录、售后历史数据,进行分类分析,发现产品关键问题,指导新产品设计改善,提升产品质量。
暖通配置,资源整合,其内涵--科技暖通;其外延--共享暖通。中学为变,西学为辩;变者道也,辩者哲也;道中有哲,哲中无道;时移世易,哲归于道;思辩以生,谋变以存;天下大势,殊途同归。

"地热资源或浅层地热资源"替代方案:"广义节能”创新范式,"综合能源"逻辑自洽.解决不了系统智能控制,即是节能设备,系统也不节能(图3)