在“双碳”战略大力推进的背景下,既有建筑能源系统升级成为城市绿色转型的关键抓手。在此背景下,美的楼宇科技为长沙金霞经开区湖南跨境电商生态园量身打造的节能改造项目,以全国首创的“风水耦合磁悬浮双级热泵加保温水箱蓄能”方案,通过技术创新与能源管理的双轮驱动,成功构建起国内园区级智慧供能的新标杆,为城市既有建筑绿色升级提供了可复制的实践范本。
图/长沙金霞经开区集中办公大楼
技术三重突破:破解复杂场景下改造难题
长沙金霞经开区作为湖南省唯一集“水、陆、临空、铁、管”五元化网络交通运输优势于一体的综合性现代物流园区,总建筑面积达5.9万平方米,面积大,且温湿度要求高。原跨境电商生态园内管委会大楼与电商大厦的中央空调系统,均采用溴化锂直燃机制冷制热。相比高效冷水机组,溴化锂非电空调能效低,耗电高,且维护工作量大、稳定性差、冷却水需求大等痛点,能源供给与园区发展需求的矛盾日益凸显。
针对这一现状,美的楼宇科技创新性提出热泵系统作为冷热源系统使用,原直燃机系统作为备用功能系统相结合的改造思路,通过三重技术突破破解场景限制,实现新系统升级的跨越式发展。
图/金霞集中办公能源站项目美的磁悬浮热泵主机
图/金霞集中办公能源站项目风冷热泵机组
在第一重核心技术融合上,该项目打破了传统单一能源供给思维,将电商大楼与管委会大楼供能管网连通,首次将风冷模块机组与磁悬浮热泵进行深度技术融合,构建“双级热泵+梯度蓄能”的协同运作体系,实现两栋建筑冷热源统一调度。
在实际运行中,制冷季采用美的磁悬浮机组+螺杆机组+蓄能水箱的组合替代原直燃机,利用磁悬浮机组低负荷高效、螺杆机组高负荷稳定的特性,实现全工况下的高效制冷;制热季则采用美的风冷热泵机组+磁悬浮热泵机组+蓄能水箱联动模式,充分发挥不同设备的性能优势。同时,热泵系统结构相对溴化锂机组结构更简单,减少了维护成本和复杂度。
图/项目中模块化机组主管道布置图
在第二重技术突破上,该项目结合“谷电蓄热+磁悬浮技术”,精准利用峰谷电价差,在夜间低谷电时段启动风冷模块机组,将蓄能水箱内的水温加热至40℃左右完成蓄热;白天高电价时段则少开或停开风冷模块,依靠水箱内的蓄热作为磁悬浮热泵的热源,通过二级热泵提升水温后供应供暖热水。这一模式不仅实现了电能利用的弃峰用谷,降低用能成本,更有效弥补了传统风冷热泵出水温度低、水温不稳定的短板,完全满足园区冬季供暖需求。经测算,在蓄热模式下,该系统相比传统燃气锅炉供热,运行费用可节省50%以上。
在第三重蓄能技术突破上,美的楼宇科技开创性实现低水温工况下大温差蓄热,且不影响机组能效,同时兼顾制冷季蓄冷需求,一举拓宽了常规风冷热泵的应用边界。针对两栋建筑80米水压差、机房空间有限等复杂问题,美的楼宇科技项目团队巧用报废二手螺杆机的蒸发器与冷凝器作为水箱换热器,实现压力分区,同时通过模块化布置与智能切换逻辑,确保新旧系统智能切换逻辑确保能源供应无缝衔接,不仅降低了项目改造成本,更为建筑机电设备的更新换代提供了绿色、经济的全新路径。
四维价值引领:构建可复制的园区供能范本
自2024年改造完成以来,该项目已平稳运行一个完整的供暖季和制冷季,同时更开创了常规风冷热泵机组蓄热应用的先河。其在节能性、经济性、环境效益及系统稳定性方面的四维优势全面显现,成为园区级智慧供能的典范。
图/同济大学张旭教授带队考察金霞项目
具体来看,在节能性层面,项目通过远程智能控制系统实现对设备运行状态的实时监测、精准调控与故障预警,结合高效运维机制,大幅减少了无效供能与过度供能现象。同时,项目采用开式水箱直接换热技术,取消传统二次换热环节,减少了能量损失,显著提升热泵机组能效比。
据悉,热泵系统在运行时,其COP可达6.5。相比闭式水箱,开式水箱可以显著降低初投资、简化运维、降低长期维护成本,从而保障节能收益。此外,多机组协同高效运作,其中磁悬浮机组与螺杆机组共同确保高效供能,而风冷热泵机组则负责直接供热、补热以及蓄冷蓄热功能,全面保障系统的高效节能运行。
从经济性层面来看,项目改造方案用电能替代燃气,大幅降低了运行成本,同时采用谷电蓄能搭配削峰填谷策略,通过在谷电时段蓄热并在峰电时段释放能量,有效降低峰值负荷,从而显著减少用能成本。此外,远程智能控制缩短了故障响应时间,降低了运维人力需求,系统年均运行能效得到大幅优化。
图/教指委会议中全国建环教师代表参观考察金霞项目
在环境效益层面,相比原溴化锂直燃机系统,有效减少年均二氧化碳排放量,显著提升了环保效益;在系统稳定性层面,独创的“风水双源互补”机制,彻底解决了极端低温、高温天气下的供能波动问题,供能稳定性显著提升。同时热泵系统使用时房间温度可维持在22°C以上,出水温度可稳定维持在45°C,运行稳定可靠。
可以说,该项目的成功落地,不仅为长沙金霞经开区集中办公区带来了实实在在的能源升级效益,更具有深远的行业示范意义。一方面,项目深度响应国家节能减排政策,通过高效机房建设与综合能源服务模式创新,推动园区的智能化转型;另一方面,项目首创的技术方案与可复制的推广模式,可广泛适配物流园区、产业新城等不同场景,为全国既有建筑能源系统改造提供了长沙样本。
此次项目的成功落地,不仅是美的楼宇科技在建筑节能领域的一次实力彰显,更是其从设备供应商向综合能源服务商转型的生动注脚。未来,随着技术方案的持续迭代与模式的广泛复制,美的楼宇科技将赋能更多园区实现能源革新,城市绿色低碳转型进程,为双碳目标实现注入强劲动力。