寒冷地区变电站主控楼冷热源系统设计与节能优化

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.04.008

综合智慧能源 ›› 2026, Vol. 48 ›› Issue (4): 72-80.doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2026.04.008

寒冷地区变电站主控楼冷热源系统设计与节能优化

朱卫东¹(), 黄帅¹(), 苗文捷¹(), 金旭²^,^*(), 阿如娜²(), 张家鹏²(), 张浩²(), 沙帅²()

¹ 杭州市电力设计院有限公司，杭州 310014
² 东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林 132012

收稿日期:2025-06-25 修回日期:2025-11-26 出版日期:2026-02-05
通讯作者: * 金旭（1977），男，教授，博士生导师，博士，从事制冷热泵理论与应用、烟气深度回收、系统集成、智慧热网及区域供冷供热管网优化技术等方面的研究，jinxu7708@sina.com。
作者简介:朱卫东（1973），男，高级工程师，硕士，从事智能电网、能源互联网关键技术等方面的研究，zhuweidong7168@163.com；
黄帅（1991），女，高级工程师，硕士，从事智能电网、能源互联网关键技术等方面的研究，shuai91629@126.com；
苗文捷（1992），工程师，硕士，从事智能电网、能源互联网关键技术等方面的研究，450364513@qq.com；
阿如娜（1995），女，助教，博士，从事能源动力方面的研究，12738126224@qq.com；
张家鹏（2000），男，助理工程师，硕士，从事CO₂双级压缩热泵低温适应性等方面的研究，3269259648@qq.com；
张浩（1997），男，助理实验师，硕士，从事压缩二氧化碳储能、建筑供能关键技术等方面的研究，zhanghao9709@163.com；
沙帅（1991），男，博士生，从事区域供能系统协调运行优化研究，shashuai11@163.com。
基金资助:
浙江大有集团有限公司科技项目(DY2023-01)

Design and energy conservation optimization of cold and heat source systems for main control buildings of substations in cold regions

ZHU Weidong¹(), HUANG Shuai¹(), MIAO Wenjie¹(), JIN Xu²^,^*(), Aruna ²(), ZHANG Jiapeng²(), ZHANG Hao²(), SHA Shuai²()

¹ Hangzhou Electric Power Design Institute Company Limited， Hangzhou 310014， China
² School of Energy and Power Engineering， Northeast Electric Power University， Jilin 132012， China

Received:2025-06-25 Revised:2025-11-26 Published:2026-02-05
Supported by:
Science and Technology Project of Zhejiang Dayou Group Corporation Limited(DY2023-01)

摘要/Abstract

摘要：

在全球气候变化日益加剧的背景下，推行建筑节能减碳并实现零能耗建筑，已成为应对气候变化与资源枯竭的关键举措。变电站是城市化建设进程中不可或缺的重要建筑，目前严寒地区变电站普遍采用能耗较高的电采暖方式。鉴于此，依托建筑周边环境资源，对变电站现有冷热源系统开展优化，提出了切实可行的建筑节能减碳方案。通过计算流体动力学方法论证得出，过渡季与夏季采用自然通风能够实现运行负荷的动态平衡；太阳能光伏系统的年发电量可达18.75 MW·h；空气源热泵供暖相比电加热方式节能44.50%；而光伏-热泵复合供能系统相较于传统电供暖，每年的CO₂减排量高达4.90 t。研究结果验证了严寒地区变电站主控楼采用光伏发电+热泵供能技术模式的工程可行性。

关键词: 近零能耗建筑, 变电站主控楼, 光伏发电, 自然通风, 热泵, 节能减碳

Abstract:

In the context of intensifying global climate change， promoting building energy conservation and carbon reduction and achieving zero-energy buildings have become critical measures to address climate change and resource depletion. Substations are indispensable structures in the process of urbanization. Currently， heating systems in substations located in severely cold regions typically rely on energy-intensive electric heating. Therefore， the existing cold and heat source systems were optimized by leveraging the surrounding environmental resources， and feasible schemes for building energy conservation and carbon reduction were proposed. During the research process， CFD methods were employed to demonstrate that the adoption of natural ventilation in the transitional season and summer could achieve a dynamic balance of operating loads. The annual power generation of the solar photovoltaic system could reach 18.75 MW·h. Air source heat pump heating saved 44.50% energy compared to electric heating. Furthermore， the photovoltaic-heat pump hybrid energy supply system achieved an annual CO₂ emission reduction of up to 4.90 t compared to traditional electric heating. The findings validate the engineering feasibility of the photovoltaic power generation and heat pump energy supply technology model for main control buildings of substations in severely cold regions.

Key words: nearly-zero-energy building, main control building of substation, photovoltaic power generation, natural ventilation, heat pump, energy conservation and carbon reduction

中图分类号:

TK01：TU831

朱卫东, 黄帅, 苗文捷, 金旭, 阿如娜, 张家鹏, 张浩, 沙帅. 寒冷地区变电站主控楼冷热源系统设计与节能优化[J]. 综合智慧能源, 2026, 48(4): 72-80.

ZHU Weidong, HUANG Shuai, MIAO Wenjie, JIN Xu, Aruna , ZHANG Jiapeng, ZHANG Hao, SHA Shuai. Design and energy conservation optimization of cold and heat source systems for main control buildings of substations in cold regions[J]. Integrated Intelligent Energy, 2026, 48(4): 72-80.

图/表 26

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参考文献 25

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等级名称	年总辐照量	等级符号
最丰富	G_HR≥ 6 300 MJ/m²	A
很丰富	5 040 MJ/m²≤ G_HR< 6 300 MJ/m²	B
丰富	3 780 MJ/m²≤G_HR< 5 040 MJ/m²	C
一般	G_HR< 37 80 MJ/m²	D

参数	数值	参数	数值
组件类型	单晶硅	组件数量	68
总装机容量/kW	17.68	组件安装方式	固定集成
组件面积/m²	111	逆变器效率/%	96
逆变器功率/kW	6.75	线路损耗效率/%	1
材料表面污染效率/%	1	修正系数/%	1
系统综合效率/%	85.3

	数值		数值
总装机容量/kW	17.68	首年发电量/(MW·h)	21.25
成本/(元·W^-1)	5	25 a发电量/(MW·h)	468.70
组件占总投资比例/%	50	电价/[元·（kW·h）^-1]	0.7
总投资/万元	17.68	总收益/万元	32.81

参数	换算数值	年均值	总量
发电量/(MW·h)		18.75	468.72
标准煤减少量/t	0.301 5	5.65	141.33
电力烟尘减排量/t	0.002 2	0.04	1.03
CO₂减排量/t	0.570 3	10.70	267.33
SO₂减排量/t	0.010 1	0.19	4.73
NO_x减排量/t	0.015 2	0.29	7.13

类型	冷、热负荷/[(kW·h)·a^-1]	耗电量/[(kW·h)·a^-1]	碳排放因子/[kg·(kW·h)^-1]	碳排放/ (t·a^-1)
空气源热泵	19 426	10 792	0.570 3	6.20
电加热	19 426	19 426		11.10
供冷系统	2 524	841		0.50
照明系统		2 746		1.60
设备运行系统		21 900		12.50
空气源热泵系统合计				20.80
电加热系统合计				25.70

寒冷地区变电站主控楼冷热源系统设计与节能优化

Design and energy conservation optimization of cold and heat source systems for main control buildings of substations in cold regions

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季节	风速/(m·s^-1)	风向
冬季	3.20	西西北
夏季	2.00	东东北
过渡季	2.00	东东北

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