2021-4-9 | 建筑节能论文
作者：周毅 苏砚平 单位：亿利资源集团有限公司
气象资料
七星湖沙漠风景区位于北纬39°50'、东经108°44'，海拔在1040～1360m之间。属典型的中温带大陆性气候，四季分明。气候特点为：夏季炎热短促，春秋气温变化剧烈，冬季漫长寒冷。年平均气温3～8.7℃，一年中最冷月在1月份，极端气温为-32.1℃。最热月在7月份，最高极端气温为36.5～38.7℃。年日照时间2716～3194h，全年太阳总辐射量约139.4～143kcal/cm。
复合式可再生能源在电源上的应用
1光能资源七星湖旅游区位于北纬39°50'、东经108°44'。属我国太阳能资源二类区域(见图1)，属于太阳能资源较好地区，适宜建太阳能光伏电站。
2电力系统配置该酒店总计算容量为4083kW，变压器装机容量为5700kVA，由供电部门提供两路独立的10kV电源。该工程设2个变电所(1#、2#变电所)。1#变电所位于裙楼地下1层，内设10kV高压开关柜11台；1250kVA10/0.4kV配电变压器2台，低压开关柜14台。2#变电所位于主楼的地下1层，内设10kV负荷开关柜2台；1600kVA10/0.4kV变压器2台；低压开关柜22台。其中1#变电所供裙楼及能源中心的动力及照明用电。2#变电所供主楼、四季生态园厅的动力及照明用电。[1]说明：市政电力装机容量是按照酒店满负荷正常运行进行配置，没有减掉可再生能源负荷，原因是光伏发电、BIPV属于不稳定电源，当满足350～420V电压并网条件时才并网发电，不满足时不并网发电，需靠传统市政电力供电。
3可再生电源技术分析
1可再生电源技术方案分析该工程是可再生电源综合利用的示范项目，可再生电源总装机容量409.17kW，占酒店电力总容量的10%。可再生电源分为三部分：①地面光伏电站，装机容量2996kW；②光伏建筑一体化(BIPV)，装机容量121kW；③风光互补发电，装机容量是100kW。地面光伏电站电力供该酒店后勤及公共区域照明用电，BIPV电力供四季生态厅用电，风光互补发电用于景区路灯照明。地面光伏电站分为离网电站和并网电站，并网电站又分为用户侧并网和输送侧并网，本光伏电站是用户侧并网系统。原因如下：根据七星湖景区气候及项目特点，沙漠地区风沙较大，对本就寿命较短的蓄电池而言更缩短了其使用寿命(光伏电站铅酸蓄电池寿命一般在3～5年)；另外，酒店项目日间基本用电负荷远大于光伏发电量，光伏电站电力可以完全利用；所以不采用蓄电池蓄电，光伏电站发出的电力直接并入酒店变电室配电柜供给末端用电设备是比较合理的。[3]光伏建筑一体化系统(BIPV)需与建筑美观有效的结合，即达到发电效果，又不影响建筑美观。该BIPV系统采用发电玻璃形式，安装在四季生态厅玻璃幕墙上，与普通玻璃间隔安装，形成一道美丽的玻璃幕墙风景。BIPV系统本着所发电力就地使用原则，直接并入四季厅配电室的配电柜母线上给四季厅供电。七星湖景区路灯照明分布范围广，纵深有十几公里，采用风光互补路灯照明不仅解决了布线等问题，而且当一个路灯故障时不影响其他路灯使用，非常适合电力资源落后的七星湖景区使用。
2节能量
2.1年发电量光伏电站年发电量=装机容量×年峰值日照小时数×光伏电站总效率×0.1==684万kW•h。
2.2换算节能量少用1kW•h电量相当于节省0.376kg标煤，减排0.997kg二氧化碳，所以该项目可再生电源年节省2480t标煤，年减排646.45t二氧化碳。
4运行注意事项及风险防范措施可再生电源占酒店总电力负荷的10%，光伏电力电压在350～420V波动时对酒店侧电网电压影响很小，对末端用电设备的影响可忽略不计，所以光伏电力电压在这个范围内并网发电，否则断开由市政电力供电。光伏系统中逆变器所需交流电由酒店配电柜送出，与酒店市政供电是一路电源，当市政供电因检修等问题拉闸停电时，逆变器也立即断电，光伏电力所发直流电不经逆变器转交流电，直流电直接接地；所以市政供电停电时，光伏电站电力不会向酒店配电室供交流电，避免出现电力伤人事故。七星湖地区风力较大，需要定期清洗组件表面灰尘，以提高组件效率。七星湖地区夏季温度较高，沙子表面温度可达60℃，冬季温度较低，夜间可达-30℃；而电站配电控制房内的逆变器、配电柜、工作电脑等控制设备所需运行环境应符合供电机房环境温湿度要求，所以电站配电控制房保温防水措施需做好，并且需配备一定的制冷采暖设施。该电站配电控制房围护结构加厚了保温材料，并且配备了分体式空调和电采暖设施。BIPV发电玻璃安装在玻璃幕墙上，对发电玻璃的安装提出了较高要求，要求发电玻璃间不能采用卡槽连接，必须封胶连接。冬季运行时，需及时清理玻璃表面的霜冻和冷凝水，以提高发电效率和避免电气接线盒线路浸水。
5问题光伏电站输送距离越大，电压损失就越大，所以光伏电站距离用户越近越好，该电站输送电压350～420V，所以输送距离控制在300m内比较理想，对于电压相位等影响可忽略不计。该电站距离酒店配电室450m，所以输送压降稍大，但不会影响正常运行。该地面电站为了在运行中实际比较光伏组件发电效率，采用了两个厂家的产品和逆变设备，但这两个厂家逆变器操作软件互不兼容，所以，开发了一款新的兼容软件，新软件效果如何还需实际运行验证。因四季生态厅对日照的要求，所以，BIPV薄膜发电玻璃是20%透光率玻璃，从而降低了薄膜玻璃发电效率。
复合式可再生能源在冷热源上的应用
1冷热负荷基础数据
空调总冷负荷2267kW，其中客房区467kW，公共区1006kW，娱乐区794kW。空调总热负荷4167kW，其中客房区856kW，公共区1906kW，娱乐区1405kW。厨房、汽车库等通风冷负荷165kW，热负荷1792kW。生活热水最大日用量约120m3，计算最大小时加热量1222kW。厨房蒸汽耗量为240kg/h，洗衣房蒸汽耗量为1060kg/h。[1]
2冷热源技术方案
3台水源热泵机组+1套太阳能集热装置+2台热水锅炉+1台蒸汽锅炉。项目地处库布齐沙漠，地广人稀，太阳能和地热能非常丰富。在距离项目地约1km处有一口温泉水井，勘测数据显示，井深2505m，井水温度常年稳定在52℃左右，该井自然出水量40m3/h，机械抽水量可达到100m3/h，酒店泡池、SPA等最大需求量为40m3/h，余下60m3/h供热泵机组取热。由于温泉水机械出水量基本一定，为充分利用其热量，采用了板换串联，热能梯级利用的方式。第一级温泉水通过板换换热，给第一台水源机组提供热量之后，水温从45℃降到26℃，此温度的水仍含有大量可供利用的热能，故将此温度的水再次供第二级水源热泵机组取热，经过再次换热之后温泉水温降低到10℃，剩余热量用来预热冬季锅炉的给水。[4]冬季工况下，由于温泉水的梯度利用，2台水源热泵机组输入的热量不同，机组的产热量也就不同。第一级机组产热量为1710kW，第二级机组产热量为1449kW。夏季工况下，机组可供冷量均为1410kW。七星湖风沙天气多，气温变化大，采用常规的冷却塔散热存在诸多不利之处，故采用了浅层地下井水换热冷却的方式。勘察数据显示，夏季浅水井水温较低，约为12℃左右，在保证水源热泵机组的正常工作的前提下尽可能降低冷凝器的进水温度和进出水温差来提高机组的制冷效率，冷却水进出水温取22/29℃，回灌井水温度约26℃。第三台热泵机组补充剩余热量1008kW，第三台热泵机组开启条件是冬季地下水水温高于8℃时开启，否则剩余热量开启热水锅炉补热。[2]酒店生活热水所需热量由太阳能集热系统提供，采用了热管型集热器集热系统，充分利用了免费太阳能，夏季热水温度可达80℃，冬季热水温度也可达60℃左右，遇阴雨天，温度过低时则开启热水锅炉补热。基地夏季气候比较干燥，空气焓值不高，湿球温度低，厨房、汽车库等通风的冷负荷通过高压微雾降温的方式解决，以节约能耗；而冬季室外新风先通过地埋方式进行前期预热，再通过高温循环热水(供回水温为88℃/68℃)进行保障预热。对于部分冷负荷较小的房间，采用冷辐射吊顶的方式降温，以充分利用各温度梯度水的热能。2台2.8MW的常压热水锅炉满足新风预热、地采暖热水的供应，以及生活热水、空调热水的补充供应。1台1.5T的蒸汽锅炉满足日常洗衣房和厨房的蒸汽供应。