冰蓄冷中央空调系统的运行管理与能耗分析

1、冰蓄冷中央空调系统的运行管理与能耗分析摘要：空调冰蓄冷技术是七十年代开始在国外兴起的一门实用综合技术，我国从九十年代开始逐渐引入，并在近几年迅速发展。中国科学技术馆冰蓄冷系统在2010年7月调试完毕并全面投入使用。本文介绍了科技馆冰蓄冷系统在制冰、融冰、制冷等工况下的运行管理方案，以及运行中通过合理调节而达到的最佳节能效果。结合具体案例分析，阐述了冰蓄冷系统在中央空调中的优势。关键词：冰蓄冷、运行策略、管理方案、能耗分析目 录一、项目概况二、制冷站设备表三、系统流程图1、流程与颜色2、乙二醇流程说明四、冰蓄冷中央空调运行策略五、 科技馆冰蓄冷系统自控模式1、融冰优先工况模式2、系统制冰工况模式

2、3、主机运行工况模式六、具体运行管理方案1、各时段电价表2、运行方案3、制冷机组运行和冰蓄冷运行的能耗分析比较绪论：改革开放以来，我国电力需求增长非常迅速，尤其是一天内用电高峰与低谷差距在不断拉大，电网运行的不均匀情况日趋严重。高峰用电量中空调用电就占了30%以上，使得电力系统峰谷差急剧增加，电网负荷率明显下降，这极大影响了发电的成本和电网的安全运行。空调冰蓄冷技术是七十年代开始在国外兴起的一门实用综合技术，由于可以对电网的电力起到移峰填谷的作用，有利于整个社会的优化资源配置；同时，由于峰谷电价的差额，使用户的运行电费大幅下降，我国从九十年代开始逐渐引入，并在近几年迅速发展。因为其自身的特点，

3、推广使用冰蓄冷中央空调是一项利国利民的双赢举措。一、项目概况：中国科技馆新馆的总建筑面积为10万m，空调冷负荷为14280KW，制冷机组采用3台制冷量为2743KW的双工况离心式制冷机，1台1055KW的离心式冷水机组。冰蓄冷系统采用内融冰、主机上游串联系统，总蓄冰量43859KW。科技馆中央空调在2009年9月份开馆前正式投入使用，但由于设备原因，冰蓄冷系统在2010年7月下旬才调试完毕并投入运行。作为中央空调的运行管理方，我们必须为科技馆提供切实可行的运行管理方案，既要保证设备安全运行，又要达到节能的目的。二、制冷站设备表：序号设备名称主要参数数量服务对象备注1双工况离心冷水机组空调工况制

4、冷量:2743Kw(780RT)乙烯二醇温度：11.3/6.3 冷却水水温32/373空调冷水冷源载冷剂为25%的乙烯乙二醇溶液，采用环保冷媒R134a。制冰工况制冷量：1776Kw(505RT) 乙烯乙二醇温度：-2.3/-5.6，冷却水水温30/33.37空调工况输入功率：538Kw，制冰工况输入功率：448Kw 2离心冷水机组制冷量：1055Kw(300RT)，电机参考功率：216Kw冷冻水水温7.3/14.3冷却水水温32/37 。 1基本空调冷水冷源采用环保冷媒R134a，3板式换热器热交换量：4760Kw， 一次乙二醇温度：2.5/11.3，二次水温：4.5/13.3 。3一次侧：

5、乙二醇 二次侧：水4蓄冰系统一次泵流量：465m3/h，扬程：45m，参考功率：75Kw 4空调冷水循环三用一备，并联运行，变频控制， 5基载主机一次泵流量：130m3/h，扬程：20m，参考功率：11Kw 2空调冷水一次水循环一用一备6冷却水泵流量：563m3/h，扬程：35m，参考功率：75Kw 4空调冷却水循环三用一备，并联运行7冷却水泵流量：216m3/h，扬程：35m，参考功率：30Kw 2空调冷却水循环一用一备8乙二醇循环泵流量：508m3/h，扬程：39m，参考功率：90Kw， 4乙烯乙二醇循环三用一备，并联运行9蓄冰盘管有效蓄冰量：380RT.h33组蓄冰美国-BAS三、系统流

6、程:1、流程与颜色（见图1）：系统的管道没有水流动时为灰色，当水泵打开，管道内水流动时，系统以四种颜色表示四个不同的子系统。绿色表示冷却水系统；紫色表示乙二醇系统；蓝色表示冷冻水系统。设备运行时，以闪烁的形式表示。2、乙二醇系统流程：蓄 冰 系 统：水泵制冷机蓄冰槽水泵融 冰 流 程：水泵制冷机蓄冰槽板换水泵联合供冷流程：水泵制冷机蓄冰槽板换水泵 以上各工况互相转换可通过制冷站自控系统V1、V2、V3、V4四个阀门组进行转换，也可通过手动控制此阀门组进行各工况间的转换。V3V2V1V4图1四、冰蓄冷中央空调运行策略：在冰蓄冷中央空调系统中存在冷机和蓄冰装置两个冷源，根据两个冷源之间的关系，冰蓄

7、冷空调的运行策略可归纳为两类：融冰优先和冷机优先。融冰优先的运行策略就是在供冷时优先使用蓄冰装置，只有当负荷大于蓄冰装置的融冰能力时才投入冷机供冷。融冰优先的宗旨是确保低谷电时段蓄的冷量能被充分利用。优点:融冰优先的运行策略能有效的降低冷机的装机容量，并且即使对融冰速率较低的蓄冰系统也能最大限度地利用其蓄冰量。缺点：在三段供电的地区，融冰优先的运行策略不能将谷电蓄冷量集中在峰电时使用，因此在降低运行费用方面，效果不如冷机优先的运行策略。冷机优先的运行策略就是在供冷时优先使用冷机，只有在峰电时段，或负荷大于冷机的供冷能力时才启用蓄冰装置供冷。冷机优先的宗旨是在三段电价的政策下，确保低谷电时段蓄的

8、冷量能在高峰电时段使用，追求最大经济效益。优点：能做到真正意义上的移谷填峰，对体育场馆、影剧院等短时间大负荷的工程更能大幅降低冷机装机容量。缺点：对蓄冰系统的融冰速率有较高的要求。五、科技馆冰蓄冷系统自控模式。1、融冰优先工况：在融冰优先工况下，系统将如下模式进行控制：在设定的时间范围内，当融冰速率一直大于设定值时，增加一台主机进行供冷，保证融冰速率控制在合理的范围之内。当融冰速率小于设定值后，系统会自动停止一台主机供冷，保证取冰率不会过低。在融冰供冷温度持续大于设定值规定的时间内，系统认为冰已经全部用完，自动停止融冰，切换到主机供冷工况。2、系统制冰工况：在自动条件下，系统在时间设定中提供了

9、制冰时间设定，自动模式是以此时间为准，当处于设置的时间范围内为工作，否则为停止。3、主机运行工况：自动模式是由系统根据末端供回水温度的设定进行运算，如果当前的机组数量无法满足温度要求，系统自动增加主机开启。六、具体运行管理方案。（一）、各时段电价表：7月9月尖峰时段：（11时-13时、20时-21时）1.33元/度1月6月、10月12月峰 段：（10时-15时、18时-21时）1.21元/度平 段：（07时-10时、15时-18时、21时-23时）0.75元/度谷 段：（23时-07时）0.31元/度 （二）、运行方案：1、系统蓄冰。夏季蓄冰工作在23：00至次日7：00进行，乙二醇供回水温度

10、达到-5.6/-2.3，冰槽物位计显示100%时，即蓄冰量达到100%，蓄冰工作停止。每晚的蓄冰量直接影响到第二天的空调运行，所以我们要求每组运行人员在蓄冰时，必须检查V1、V2、V3、V4阀门组是否正常工作状态，各机组水泵压差是否正常，蓄冰槽温降是否正常，东西冰槽蓄冰率是否均衡。2、系统融冰、供冷。根据惯例，白天的融冰工作主要是在用电高峰段进行，即10：0011：00（电价为1.21元/度）、11：0013:00(电价为1.33元/度)、13：0015：00（电价为1.21元/度）共5小时的时间段。但是根据科技馆暑期的特殊情况，每天8：00冷水机组投入运行后，长时间处在100%的满符合状态下

11、运行，既不节能还影响机组使用寿命。通过负荷计算我们对运行策略做了及时的调整，改为8：00进行机组运行联合融冰供冷，11：00开始进行融冰优先工况。且融冰率不能达到100%，否则在晚23:00开始制冰，至次日7：00仍达不到要求的出水温度-5.6，满足不了蓄冰池总冷量的储存，也达不到节约电费成本的目的。每次融冰80%90%即可。3、冷站温度调节。按照设计要求，空调的供回水温度为4.5/14.5，低水温大温差运行，但是经过实际操作，我们发现这个标准不适合科技馆的特殊情况。因为中控系统的末端调节存在一定的时间差（由于展厅条件限制，90%的变风量末端温控点没有下引，所以夏天的展厅温控出现滞后现象），如

12、果供4.5的水到各机房、机组，展厅温度会瞬间下降到22以下,融冰速率无法得到有效控制。通过中控系统的数据反馈和计算，我们把冷冻水温度改成了11，这样既延长了融冰时间，又便于中控系统对末端温度的调节。（三）、制冷机组运行和冰蓄冷运行的能耗分析。夏季室外环境温度达到34以上时，全部开启3台双工况主机，1台基载主机的情况下仍不能保证经冷站送出的空调水要求温度，只能达到13左右，必须依靠冰蓄冷系统提供30%的冷源，才能达到冷站正常设定的出水温度11，保证空调系统的正常运行，并能做到减少电费降低成本的功效，具体运行案例如下：1、4台主机供冷2010.7.1 天气晴 室外最高温度30。由于冷站设备当时尚具

13、备自动化蓄冰条件，双工况机组为空调模式。1#、2#、3#双工况机组和基载机组同时运行。启机时间7：30，停机时间为16：30、9：30冷冻水供回水温度为13.1/16.3,运行时间共计9小时。能耗分析：（1）、空调工况耗电量：基载机组：216KW1台=216KW基载冷冻泵：11KW1台=11KW基载冷却泵：30KW1台=30KW基载冷却塔：11KW1组=11KW双工况机组：538KW3台=1614KW双工况冷冻泵：75KW3台=225KW双工况冷却泵：75KW3台=225KW双工况冷却塔：30KW3组=90KW乙二醇泵：90KW3台=270KW总耗电量为：2692KW（2）、电费计算：平谷（7

14、：00-10：00）：2692KW4小时0.75元=8076元峰段（10：00-15:00）：2692KW3小时1.21元=9772元尖峰段(11:00-13:00)：2692KW2小时1.33元=7161元总电价为：25009元/日2、结合冰蓄冷供冷2010.8.29 天气晴 室外最高温度32：融冰时间为8：3016：30共计8小时；2#双工况机组空调模式运行共计3小时（8：3010：00 15：0016：30运行）：二次冷冻机出水温度设定值为11，实际温度在10.511.5之间上下。能耗分析：（1）、制冰工况能耗：双工况机组制冰：448KW3台=1344KW乙二醇泵：90KW3台=270K

15、W冷却泵：75KW3台=225KW冷却塔：30KW3组=90KW总耗电量为：1929KW折合电费：1929KW0.31元8小时=4784元（2）、空调工况能耗：双工况机组供冷：538KW乙二醇泵：90KW冷却泵：75KW冷冻泵：75KW冷却塔：30KW总耗电量为：808KW折合电费：808KW0.75元3小时=1818元（3）、融冰工况能耗：乙二醇泵：90KW2台=180KW冷冻泵：75KW2台=150KW总耗电量：330KW（4）、电费计算平谷 330KW0.75元3小时=743元 峰段 330KW1.21元3小时=1198元 尖峰段 330KW1.33元2小时=878元总电费为：9421元/日从上述案例中可以看出，正确使用冰蓄冷系统，既可达到空调要求标准，还能起到显著的节约成本的功效，降低运行费用