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复合能源技术在校园工程实际应用

更新时间:2016-07-05

0 引言

十八大以来,五大发展理念已深入人心。各级党委、政府高度重视绿色清洁能源的开发利用,特别是浅层地热能、中深层地热能、太阳能等再生能源资源的开发利用。在2016年12月国家发展和改革委员会发布的《可再生能源发展“十三五”规划》中,提出为实现2020年能源发展战略目标,加快地热能开发利用,推动太阳能多元化利用,推动储能技术示范应用等。2017年1月,国家发展和改革委员会、国家能源局、国土资源部联合发布《地热能开发利用“十三五”规划》,系统的指导再生能源开发利用,提出“十三五”时期,新增浅层地热能供暖(制冷)面积7×108m2,提出城市应因地制宜推广地热能、太阳能等可再生能源分布式、多能互补应用的新型制冷供暖模式。城市中校园以相对独立的单元存在,校园的建设投资运营多以财政资金为主,在校园中实现地热能、太阳能等可再生能源的复合利用,建设分布式能源站,实现节能环保经济可行,对绿色城市建设推动再生能源利用极具示范作用,同时也有节约财政支出的作用。本文以某大专院校复合能源站为例探讨研究复合能源技术在校园工程中的应用。

受国际油价持续低位运行的冲击影响,油田发展遇到了前所未有的困难和挑战,某采油厂在杏八九开发区块中实施稳油降水措施研究,树立全新的成本意识和效益理念,以质量和效益为核心,探索建立价值最大化和结构最优化的决策机制,以及资源效率最大化和运行成本最优化的运行机制。对于制定有效的降低油价冲击的应对策略和确保油田可持续发展具有重要的现实意义[1]。

1 复合能源技术与校园建筑用能特点及原理

1.1 复合能源技术原理及特点

复合能源技术是以地源热泵系统为主,利用太阳能、空气能等多种能源,结合储能技术,实现多种能源互补,按低成本能源优先使用原则,建造成本优化组合最低原则,利用智慧运行管理的多能源耦合利用系统。它是地源热泵技术、太阳能技术、空气能技术、储能技术通过智慧能源管理系统耦合应用的综合体。各项技术原理与特点如下:

地源热泵系统以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热制冷空调系统。其特点:①地源热泵技术属可再生能源利用技术。由于地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于200m深)作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为浅层地热能,是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低品位热能,地表浅层收集了47%的太阳能量,它不受地域、资源等限制,真正是量大面广、无处不在,为清洁的可再生能源一种形式。②地源热泵属经济有效的节能技术。其地源热泵的COP值达到了4以上,也就是说消耗1kWh的能量,用户可得到4kWh以上的热量或冷量。③地源热泵环境效益显著。其装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量。地源热泵系统可制冷、供暖,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统;可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑,更适合于别墅住宅等小容积率建筑的采暖和制冷。④地源热泵空调系统维护费用低。地源热泵的机械运动部件非常少,所有的部件不是埋在地下便是安装在室内,从而避免了室外的恶劣气候,机组紧凑、节省空间;自动控制程度高,可无人值守。

太阳能是指太阳的热辐射能,主要表现就是常说的太阳光线。校园工程中一般用作发电或者为热水器提供能源。

《地源热泵工程系统技术规范》GB50366-2009

储能技术是指利用夜间低谷负荷电力制冰或冰水或热水储存在蓄特定的装置中,白天将所储存能量释放出来,减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量,从而避免中央空调争用高峰电力。

1.2 校园建筑及用能特点

《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50364-2005

2 校园复合能源站实例

2.1 工程概况、现状分析及系统总要求

某职业技术学院计划建设复合能源站,能源站提供满足:大学生服务中心(8000m2)、山水宾馆(5000m2)、教学辅楼及科技图书楼(约20000m2)、 学术交流中心(约40000m2、二期后建)以及其他已有建筑冬夏两季的空调需求;解决大学生服务中心学生洗浴热水供应问题,满足总共15000人在校大学生日常洗浴需求;地热能源站总供暖面积8×108m2以上,能源站要满足新建建筑供暖制冷及国家节能环保绿色建筑需要,并满足学校相关专业学生实训需求。

2.2 设计依据及参数

2.2.1 设计依据的相关法规

复合能源站以地温能太阳能为基本源,地源热泵系统为核心空气源热泵为辅助,配有水储能池低谷电低成本蓄能和夏季空调近零成本热回收节能系统,按低成本能源优先使用为原则,实现大学生服务中心洗浴热水供应,各建筑物制冷和供暖,主要系统原理见图1、2。

《中华人民共和国节约能源法》

《中华人民共和国可再生能源法》

走在爱丁堡的街道上,我还看到了许多曾在爱丁堡大学求学的名人雕塑。如果你也来到了这里,别忘了和哲学家大卫·休谟、经济学家亚当·斯密合影哦!

《中华人民共和国民用建筑节能管理规定》(第143号部令)

《安徽省民用建筑节能办法》(安徽省人民政府令第243号)等。

设计依据的相关规范:

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012

空气能,是指空气中所蕴含的低品位热能量,和水能、风能、太阳能、潮汐能等同属于清洁能源的一种,将空气能收集利用起来的装置叫热泵,被称为空气能热泵技术,涉及到的领域有空气能热泵热水领域、空气能热泵采暖领域、空气能热泵烘干领域等。

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015

学校特别是大专以上学校,由于其教学科研实习学校特别是大专以上学校,由于其教学科研实习的特性,校园建筑有几大特点:建筑种类多,有教学楼、实验楼、图书馆、储藏室、办公楼、体育用房、会议中心、餐饮服务建筑、学生宿舍楼、住宅楼、工业厂房等,建筑门类齐全;校园内一般都有体育场、校内花园和公园绿地建筑,场地空旷;建筑容积率较小。由于教学的特殊性,校园建筑用能也有这样几个特点:可预测性,由于学校教学比较有规律,学校建筑的使用严格按教学计划实施,每栋建筑每个房间何时使用,使用多长时间基本可以固定,所以建筑用能具有可预测性;单体建筑用能使用一致性高,同样由于教学的特殊性,学生会集中时间上课,集中时间就餐,集中时间在宿舍等,造就了单体建筑使用一致性高,设计峰值大;间隔性,学生使用学校建筑有一定的间隔性,要么使用教室阅览室,要么使用宿舍,要么使用食堂;部分建筑使用频次低,如会议中心,实习工厂、实习教室等。

《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2016等。

2.2.2 场地的地质、气候条件及设计参数

场地的地质条件:场地地层0~30m为黏土层下伏白垩纪张桥组砂岩(红层),据区域资料场地北部有断层,场地内施工有两口水井,井深200m左右,日出水量200m3/d.场地水文地质条件在合肥地区相对于有利于场地地热温度场的恢复。岩土热响应参数:排热模式每延米换热量47.31W/m,取热模式每延米换热量35.17W/m;

2.5.2 复合能源站成本分析

2.3 复合能源站设计方案

设计依据的主要法规:

图1 屋顶热水系统运行原理 Fig.1 Schematic diagram of roof hot water system operation

图2 复合能源站系统原理 Fig.2 Schematic diagram of geothermal energy station system

建设本工程学校开设有新能源专业,工程设计中含有教学示范和实训功能,教学示范实现路径通过空调末端全裸实物展示、机房实物和系统运行屏幕展示、地源侧实物剖面展示、太阳能集热系统实物展示来实现,让学生通过实物系统运行图来理解热能转换过程,预留末端安装房和机房安装模拟室,让学生进行空调系统安装实训工作。

2.4 复合能源站智慧运行管理系统

本项目为多元复合利用工程,耦合运行是项目成功的关键,为此复合能源站设计有智慧运行管理系统,智慧管理系统实现以下功能:每个空调的末端采用总控和自控(人体感应控制系统,无人自动关机)双控系统,由系统中枢根据末端使用计划(课表)确定各末端的运行;根据天气预报确定储能池蓄能情况;根据天气情况和学生洗浴情况设定空气源源热泵或地源热泵工作时间以及热水储存量;根据天气情况和运行成本综合调配储能池、储水箱和热水储存量以及低谷电热水制备量。

2.5 复合能源站效益分析

2.5.1 复合能源站节能分析

复合能源站的复合作用及效果:复合能源站采用多能源,可实现多能互补、取长补短、能效优先、低成本运行等优点,成功地解决系统热能的用量远大于冷能的用量造成的场地冷热源不均衡问题,实现系统长久持续运行;通过智慧管理系统实现了低成本能源优先运行原则,大大降低系统运行费用;通过“一拖二”或“一拖三”,大幅降低系统建造成本,使业主节约费用并有利于新能源系统社会推广工作;复合能源实现新能源利用模式和技术创新。

314 Enlightenment for surgeon training in Chinese navy warship troops from independent duty corpsman in U.S.Navy

场地的气候条件及气象设计参数:合肥市四季分明,夏热冬冷,是地源热泵特别适用区。空调及太阳能设计参数如下:干球温度空调夏季35℃、冬季-4.2℃,通风夏季31.4℃、冬季2.6℃,采暖-1.7℃;湿球温度28.1℃,相对湿度夏季69%、冬季76%,年太阳辐照量4341.379MJ/(m2.a)(倾角等于当地纬度)、年日照小时数2200~3000h、年平均日照小时数5.4h、年平均环境温度10~15℃,其他设计参数:洗浴用热水总用水量220T/d,设计热水温度55℃,集热器年平均集热效率取0.5,管路及储水箱热损失率取0.15。热泵系统工况温度,制冷7/12℃、供热45/40℃;储能水温设计水温,蓄能水池容量为1000m3,蓄冷4/10℃、蓄热42/48℃

现行的微课教学在质量方面存在较大问题。一是,现阶段很多教师身兼数职、疲于应付的工作状态,降低了微课教学的实际效果。二是,部分小学教师对微课的理解不够全面,进而无法熟练运用微课制作,难以发挥出应有的效果。三是,教师借助微课讲解重点内容时,难以突出教学的层次性,整个课堂教学看起来平淡乏味、模糊不清,小学生难以把握其中的知识点。

复合能源站建造成本:热泵系统建造成本720.3万元,储能池建造成本86.75万元,太阳能热水系统106.27万元,复合能源站合计总建造成本(不含二期工程)913.32万元,制冷供暖空调总供应面积33000m2,每平米单价244.56元/平方米,低于合肥市场地源热泵每平方米建造单价。与其他中央空调系统比较,复合能源站增加费用投资通过节能降低的运行费3年内可静态收回。

依照应用型本科院校的办学定位,对其教师的专业能力提出了更高的要求。应用型本科院校的教师不仅需要有扎实的专业理论知识,具备教授专业技术的教学能力,并且需掌握先进的技术,有指导工程实践的能力以及国际交流能力。针对应用型本科院校对教师专业能力的要求,制定相应的专业能力评价指标,如表1所示。

运行成本分析:学校电价0.58元/千瓦时,低谷电0.3153元/千瓦时,安徽省物价局文件地源热泵工程用电,在原电价的基础上降低0.057元/千瓦时,由此经综合计算得出:复合能源站空调制冷制热冷热量成本低于(0.58-0.057)×70%÷5.5+(0.3153-0.057)×30%÷5.5=0.0807元/千瓦时;热水制热量成本低于0.58×90÷160÷4.5=0.0725元/千瓦时(未包括蓄能池蓄热运行工况计算)。

地源热泵系统地源侧设计工况时,充分考虑校园工程的特殊性,建筑密度低,在热物性现场测试时,制冷工况向岩土体排热温度上限值30℃,制热工况从岩土体取热流体下限值7℃,场地的热物性参数按此工况测得,地源侧为单U孔,设计的孔与孔之间距离为6m,孔深120m,系统能效比设计值制冷能效比EER≥5.5,制热能效比COP≥4.5。屋顶太阳能+空气源系统,太阳能集水系统设计每日产≥70t,55℃热水,空气源热泵在制热能效比COP≤4.0时停止工作,系统转由地源热泵制造热水。储能池热损失率≤0.15,夜间低谷电工作。由以上数据综合计算得出复合能源站制冷能效比EER≥5.5,制热能效比COP≥5.5,系统节能处在较高水平。

3 结语

通过对某学院复合能源站应用工程的研究可形成以下认识:

②资料来源于 《重庆市人民政府关于印发2017年全市安全生产工作要点的通知》(渝府发[2017] 1 号)。

(1)由于学校建筑各末端使用的可预测性、高一致性和间隔性,学校集中建设复合能源站,综合调配各末端的使用,可以大幅降低地源热泵主机使用功率,大大减少机房和地源侧建造成本,使得节能投资回收期远低于市场的地源热泵工程。

在长期的漂泊生涯中,马戴的足迹遍及到祖国山川的多个地方,欲仕不进,使得诗人的内心蒙上了深深的苦闷之感,经过南国山川,想到昔日繁华之地,如今之萧瑟凄凉,再联想到诗人自身的遭遇,怎能不怀古伤今?被贬龙阳尉外放的难过,内心的苍凉及对自身飘零的未来的不安与忐忑使得诗人无限感伤。

(2)由于学校建筑密度低,有足够的空间实施地源热泵、太阳能和蓄能工程,而且地源侧孔间距可加大,降低或提高入泵温度,从而系统地提高热泵系统能效比。

“我和它一同摔跌在了地上,它没有死透,摇摇晃晃地朝着我扑,我一生气,就又多砍了它几刀,而就在这个时候,你赶了过来。那时天太黑,我以为来的东西是它的同伙儿,所以藏起来发动偷袭,险些酿成大错。”

(3)学校推广新能源技术的应用,具有广泛的示范作用,进一步加快社会对新能源工程认识,有利于绿色建筑的普及和城市环境改变。

其次,韩国高校内部也有从事学术道德教育的专业教师,负责本校师生的学术道德教育工作。在设有教育专业或师范类专业的高校,能讲授学术道德课程的师资较为丰富。未开设教育相关专业的院校,通常会派教师参加“国家科学技术人力开发院”专业教师培训课程,通过课程学习后,担任所在院校的专业学术道德教育讲师,负责师生的学术道德课程开发与讲授。

(4)加强校园复合能源站新能源工程应用后续研究,特别是校园建筑的间隔性问题,争取做到主机使用大于一拖二,达到一拖三,最大限度的降低建造成本;持续不断积累系统运行大数据,做好天气预报与智慧运行管理系统耦合工作,优化系统运行,做到制热制冷量平衡适当,运行费用最低。

(5)深入研究光伏发电或制热在复合能源站及地球“充电宝”(岩土体储热)中的应用。

目前,体育老师在开展定向越野运动的教学活动时,其本身所储备的专业知识有限,尚未达到开展定向越野运动教学的要求。因此,相关部门要开展相应的培训活动,提高体育教师在定向越野方面的教学能力,进而促进定向越野运动的开展及普及。

参考文献:

[1]陈相国.地热开发利用迎来了第二春[J].节能与环保,2017(10).

[2]马伟斌,龚宇烈,赵黛青,等.我国地热能开发利用现状与发[J].中国科学院院刊,2016,31(2):199-207.

[3]王贵玲,张薇,梁继运,等.中国地热资源潜力评价[J].地球学报,2017,38(4):449-459.

[4]栾英波,郑桂森,卫万顺.浅层地温能资源开发利用发展综述[J].地质与勘探,2013.49(2):379~383.

[5]马勇.地源热泵系统运行能效测评和能效影响因素的研究[D].武汉:武汉科技大学,2013.

孟庆海
《安徽地质》 2018年第4期
《安徽地质》2018年第4期文献

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