毕业设计（论文）-蓄冷空调的经济性.doc

装订线毕业项目报告纸毕 业 项 目 报 告课题名称蓄冷空调的经济性系/专 业 电气与自动化系/市场营销专业班 级电营0614学 号学生姓名指导教师： 2010 年 5 月 20 日摘 要本文阐述了水蓄冷技术将夜间电网多余的谷段电力与水的显热相结合来蓄冷，并在白天用电高峰时段使用蓄藏的低温冷冻水提供空调用冷。水蓄冷空调系统相对于常规空调的特点：缓解电力紧张状况; 均衡电网负荷, 起到削峰填谷的目的; 利用低谷电价, 节省运行费用; 如果在峰值负荷时间短且明显大时, 可缩小制冷设备装机容量, 降低初投资费用。讲述了用科学计算法，分别计算出水蓄冷空调和常规电制冷空调在不同情况下的电量使用和电费。从而对制冷站水蓄冷和常规电制冷空调系统方案的经济性能比较,得出水蓄冷空调系统虽然运行费用低,但对于峰谷电价差优势不明显的地区应用还是有限。使得水蓄冷空调能够在工业上得到更好的运用。 【关键词】水蓄冷空调系统 常规电制冷空调系统 峰谷电差价 AbstractThis paper expounds water storage technology for the valley night grid redundant power and water heat combined to cold storage, and use of electricity in the daytime rush of storage temperature of cooling water provides air conditioning with cold. Water storage air-conditioning system characteristics of conventional air conditioning relative ease tense situation; power: Power load balance, cutting peak and valley of purpose, Using low price, save the operation cost, If in short time and the peak load, narrow refrigeration equipment installed capacity can reduce initial investment, cost.With scientific computing method about, and separately calculated the cool-storage air conditioning water and conventional electricity refrigeration and air conditioning in the different situations and electricity power use. Thus for refrigeration standing water storage and conventional power of refrigeration and air conditioning system, economic performance comparison of water storage air conditioning system, while low operating cost, but for peak cereal electrovalency difference advantage is not obvious application areas are limited. Make water storage air conditioning can get better in industrial application.Keyword ：Water storage air conditioning Conventional electricity refrigeration and air conditioning Peak and valley electricity price目 录1 概述11.前言11.2 蓄冷系统的分类21.2.1 分类21.2.2 蓄冷介质的选用21.3 水蓄冷空调系统31.3.1 水蓄冷系统的分类31.3.2 水蓄冷空调系统的组成和型式31.3.3 水蓄冷空调系统的特点31.4 冰蓄冷空调系统41.4.1 冰蓄冷空调系统的分类41.4.2 冰蓄冷空调系统的组成和形式42 某电子厂制冷站方案比较 62.1 电子厂负荷变化特点62.2 方案比较73 水蓄冷空调系统的运行策略 74 两种不同空调方案的技术经济比较 84.1 一厂制冷站运行天数及负荷分布情况84.2 制冷站用电时间和价格94.3运行费用计算105 水蓄冷空调系统分析和探讨 115.1水蓄冷空调方案的缺点125.2实际水蓄冷工程需要说明及注意的几个问题 126 总结 127 致谢 13参考文献 141概述1.1前言 蓄冷空调系统最大的优势在于能够降低电网高峰负荷,减少运行电费,但与常规空调系统相比需要增设蓄冷设备以及自动控制设备等,从而相应增大了系统的初投资和维护量。 目前,用于空调的蓄冷方式按蓄冷介质主要分为水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷和气体水合物蓄冷。其中常见的冰蓄冷是利用水相变潜热的一种蓄冷方式。0冰的蓄冷密度是334KG/KG,储存同样多的冷量,冰蓄冷所需的体积仅为水蓄冷的几十分之一。 水蓄冷就是利用水的显热(不能储存潜热)来储存冷量的一种蓄冷方式,蓄冷温度在4-7之间,蓄冷温差6-11,单位体积的蓄冷容量为5.9-11.3KWH/m3。只要空间条件许可,水蓄冷系统是一种较为经济的储存大冷量的方式,而且蓄冷罐体积越大,单位蓄冷量的投资越低。 相对于常规空调, 水蓄冷空调具有如下的优点:缓解电力紧张状况; 均衡电网负荷, 起到削峰填谷的目的; 利用低谷电价, 节省运行费用; 如果在峰值负荷时间短且明显大时, 可缩小制冷设备装机容量, 降低初投资费用。 相对于冰蓄冷空调, 它又具有如下的优点: 可以使用常规的冷水机组, 并使其在经济状态下运行; 系统造价低, 同等蓄冷量约为冰蓄冷的一半甚至更低; 可以利用消防水池或其他蓄水措施等作为蓄水槽以降低初投资;可以实现蓄冷和蓄热的双重用途; 系统设备及控制方式较简单, 技术要求低, 维护方便。 但是, 水蓄冷空调由于其蓄冷介质的特性, 又具有如下的缺点: 水蓄冷只利用水的显热, 因而蓄冷密度低, 蓄水槽体积庞大; 表面散热损失也相应增加,保温材料增加; 蓄水槽是开启式的, 容易产生水质问题, 要增加水处理费用; 蓄冷槽内不同温度的水容易混合, 影响蓄冷槽中的储存冷量。一般认为, 水蓄冷系统是一种较为经济的储存大量冷量的方式。蓄冷罐体积越大, 单位蓄冷量的投资越低。当蓄冷量大于7000kW.h, 或蓄冷容积大于760m3 时, 水蓄冷是最为经济的。 1.2蓄冷系统的分类1.2.1 分类1.22蓄冷介质的选用 （1）水利用水温变化储存的显热量4.184kJ(kgK)显热式蓄冷，蓄冷温差为610，蓄冷温度为46；单位蓄冷能力低。蓄冷体积大，适宜现有工程改造、规模较小或有其他可资利用水池的工程。（2）冰利用冰的溶解潜热储存冷量(335kJkg)潜热式蓄冷 ，单位蓄冷能力大，蓄冷体积小，可提供较低的空调供水温度，制冷机制冰温度低（48），效率下降。适合单位建筑面积造价高的工程。 （3）共晶盐无机盐与水的混合物称为共晶盐 ，相变温度58，单位蓄冷能力约为20.8kWh/m3。制冷机可按空调运行工况运行，效率高，运行费用低，初投资高。 1.3水蓄冷空调系统 水蓄冷系统是最简单的蓄冷系统，它是在常规空调系统中增设蓄冷水槽（或水池）作为蓄冷设备，以空调用的制冷机作为制冷设备。1.3.1水蓄冷系统的分类： 开式流程和开闭式混合流程 1.3.2水蓄冷空调系统的组成和型式 水蓄冷空调系统基本上可分为制冷设备、蓄冷水槽和控制仪表三部分。该系统可以有四种运行模式，即蓄冷工况、制冷机供冷工况、蓄冷水槽供冷工况和制冷机与蓄冷水槽同时供冷工况。 1.3.3水蓄冷空调系统的特点 （1）水蓄冷空调系统的优点： 以水作为蓄冷介质，节省蓄冷介质费用和能耗。 技术要求低，维修方便。 可以利用消防水池、原有的蓄水设施或建筑物地下基础梁空间等作为蓄冷水槽，初投资低。 可以使用常规的制冷机组，设备的选择性和可用性范围广，运行时性能系数高，能耗低。 可以在不增加制冷机组容量条件下达到增加功率容量的目的，适用于常规空调系统的扩容和改造。 可以实现蓄冷和蓄热双重功能。 （2）水蓄冷空调系统的缺点： 水蓄冷只利用显热，其蓄冷密度低，在同样蓄冷量条件下，需要大量的水，使用时 受到空间条件的限制。 蓄冷槽内不同温度的水容易混合，影响其蓄冷效果。 由于一般使用开启式蓄水槽，水和空气接触容易产生菌藻，管路也容易生锈，增加水处理费用。1.4 冰蓄冷空调系统1.4.1冰蓄冷空调系统的分类 按冷源分类：冷媒液（盐水等）循环 ，制冷剂直接膨胀式 按制冰形态分类：静态型 ，在换热器上结冰与融冰；最常用的为浸水盘管式外制冰内融方式；动态型，将生成的冰连续或间断地剥离；最常用的是在若干平行板内通以冷煤，在板面上喷水并使其结冰，待冰层达到适当厚度，再加热板面，使冰片剥离，提高了蒸发温度和制冷机性能系数。 按冷水输送方式分类 ：二次侧冷水输送方式为冰蓄冷槽与二次侧热媒相通 ，一次侧与二次侧相通的盐水输送方式 按装置组成分类 ：现场安装型 ，适用于大型建筑物；机组型 ，将制冷机与冰蓄冷槽等组合成机组，由工厂生产，适用于中小型建筑物。 按制冰换热器分类 ：螺旋管式，蛇管式 ，壳管式，板式 ，热管式 1.4.2冰蓄冷空调系统的组成和形式 内融冰蓄冷系统串联流程配置制冷机组位于上游内融冰蓄冷系统并联流程配置 冰蓄冷系统形式应根据建筑物的负荷特点，规律和冰蓄冷装置的特性等确定。 一般来说，串联系统中多采用“制冷机上游”的方式，此时，制冷机的进水温度较高，有利于制冷机的高效率与节电运行；“制冷机下游”的方式冰蓄冷贮槽可以按照较高的释冷温度来确定容量，冰蓄冷贮槽的体积要小，制冷机的出水温度低，制冷机的效率相应较低，但制冷机与冰蓄冷贮槽的费用较“制冷机上游”要低。并联系统则是最常见的系统，系统操作运行简单方便。冰蓄冷空调系统与水蓄冷空调系统性能比较序号项目冰蓄冷水蓄冷1蓄冷槽容积较小（为水蓄冷槽的10%-35%）较大2冷水温度1-4C4-7C3制冷压缩机型式以往复式、螺杆式为佳任选4制冷耗电（电功率kw/冷量kw）0.370.245蓄冷系统初投资较高较低6设计与运行技术要求较高，运行费较高技术要求低，运行费用低7蓄冷槽热能损耗小（为水蓄冷的20%左右）大8制冷机性能系数（COP）小（比水蓄冷降低10%-20%）大9水系统冷水温差大，可用闭式系统，输水能耗小冷水温差小，输水能耗大10对旧建筑适应性好差11用蓄冷槽冬季供热有些蓄冷槽可以，大多不可以差12蓄冷槽制造定型化、商品化工厂生产，采用水泥槽需现场施工现场制造2 某工厂制冷站方案比较 2.1工厂负荷变化特点 工厂房面积约800亩,分为一厂、二厂、三厂及行政楼等几个部分。由于场内主要生产PCB线路板对温湿度要求比较高，所以空调常年运行，而如行政楼这些非制造部门没有夜班，所以夜间无需运行空调。所以，白天用电负荷量高于夜晚。在采用蓄冷设施用电时,低谷电价为平时电价时段的80%,可见蓄冷系统能降低运行费用,因此就常规电制冷和水蓄冷两种制冷方案进行比较。 2.2方案比较方案一 电制冷方案:该方案选用10KV高压启动离心式冷水机组4台,每台冷量为1300RT,每冷吨耗电小于0.635KW(冷冻水温度7/12,其COP值为5.47)。配套设置一次冷冻水泵4台,流量800m3/h,冷却水泵4台,流量为1040m3/h,通过管廊将7/12冷冻水送至一厂,为了降低输送能耗,按一厂分区配置变频二次冷冻循环水泵。 方案二 水蓄冷方案: (1)利用常规制冷主机作为蓄冷主机。 (2)夏季设计冷负荷为16320kW。采用蓄冷空调系统,既可以按照原来的空调系统运行,也可以按照蓄冷空调系统运行,还可以按照上述的模式混合运行,在白天的高峰时段采取主机+放冷的方式运行,可以减少主机运行时间,减少空调系统的运行费用。 (3)根据主机配置,在在低谷电(20:00-8:00)时段使用4台制冷量为1000RT的冷机并联蓄冷。 (4)蓄冷系统里有蓄冷泵(由系统冷冻水一次泵替代)、放冷泵、9100m3蓄冷槽以及控制系统。 蓄冷量:最大蓄冷量为84408KWH。系统侧供回水温:7/12; 蓄冷侧供回水温:4/12 蓄冷温度:蓄冷槽的最低蓄冷温度设计为4。 蓄冷温差:可以计算出夏季冷水的最大蓄冷温差T=12-4=8 3 水蓄冷空调系统的运行策略 设计日(100%负荷)时的运行策略:根据设计日的热负荷平衡表,在夜间的电力低谷时段(20:00-8:00)使用4台主机并联蓄冷6个小时,把蓄冷罐蓄满;在设计日白天,把蓄冷槽内冷量分配到部分高峰时段,不足部分使用主机来补充,其余时段运行主机。按此设计运行,蓄能槽有效体积为9100m3,最大蓄冷量为84408KWH。 75%热负荷时的运行策略:根据75%热负荷平衡表,这种负荷状态下,由于全天的总负荷有所减少,所以可以减少白天的冷机开机时间。在夜间的电力低谷时段(20:00-8:00)使用4台主机并联蓄冷,把蓄冷罐蓄满;白天把蓄冷槽内冷量分配到全部高峰时段和部分平峰时段,不足部分使用主机来补充,其余时段运行主机。 50%热负荷时的运行策略:根据50%热负荷平衡表,这种负荷状态下,由于全天的总负荷有所减少,所以可以减少白天的冷机开机时间。在夜间的电力低谷时段(20:00-8:00)使用4台主机并联蓄冷,把蓄冷罐蓄满;蓄能槽所蓄冷量可以满足全部高峰时段和部分平峰时段,其余部分只需要开启部分主机,可以明显减少运行费用。 25%热负荷时的运行策略:这个阶段称为过渡时期,全天的负荷明显减少。根据25%负荷平衡表,这种负荷状态下,可以减少白天的冷机开机时间。在夜间电力低谷时段(20:00-8:00)使用4台主机并联蓄冷4个小时,不用把蓄冷槽蓄满;蓄能槽所蓄冷量可以满足白天所有负荷,此时只开启水泵即可。本系统运行模式主要分为四种工况:冷机蓄冷、冷机单供、冷罐单供和冷机+冷罐联供工况。 4 两种不同空调方案的技术经济比较 4.1一厂制冷站运行天数及负荷分布情况负荷分布100%75%50%25%总计天数246060361804.2制冷站用电时间和价格 每天按12小时空调运行,每天运行时间为8:00-20:00。 按无锡市电网峰谷分时电价实施情况如下: 其高峰时段 17:00-23:00高峰电价=基础电价*114% 低谷时段 23:00-5:00低谷电价=基础电价*80%余时间为平段平段电价=基础电价=0.382元/千瓦时 低谷时期的23:00-5:00仅蓄冷(水蓄冷方案)。 系统耗电量(KWH)及电费(万元) 负荷分布天数常规水蓄冷高峰电量平段电量谷段电量高峰电量平段电量谷段电量190244888561037138086400955920514944756099324020059200167760165306012873605060703080141906001129806580801287360253624771642570003884477580484128合计18024328924887816040598433446403573792电量总计电价电费总电费732070873244161.2350.950.6651.4250.950.475300.54643057.9317.8169.8765545.5而蓄热式电热锅炉、冰(水)蓄冷装置等用电,峰谷电价全年按“高峰时段=114%,低谷时段=80%”。4.3运行费用计算 常规制冷、水蓄冷在各种负荷下,不同时段的耗电量计算汇总见下表。由此可得出,水蓄冷比常规制冷运行电费上节约219.5万元/年。 常规电制冷和水蓄冷机房设备的经济分析比较见下表常规空调系统水蓄冷空调系统备注制冷机装板容量(TR)52004000设备用用电功率（KW）48584456机房设备配电容量（KVA）57155343功率0.85初投资（万元）机房设备换算465486.7机房配电设施费457.2419.5配电设施费800元/KVA主机设备一次泵等设备1295.22502.3离心机组、一次泵等设备水蓄冷等设备小计2217.43408.5水蓄冷投资约1191.1万元年运行费用（万元）基本电费174.9160.4基本电费30元/（KW.月）机房运行费用765.0545.5年运行天数180天机房维护费用约20约40小计959.9745.9水蓄冷年运行节省约214万元 注: (1)表中初投资未包括系统管道及末端装置费用。 (2)机房设备配电容量为机房设备用电功率/功率因素。 (3)机房配电设施费为机房设备配电容量800元/KVA。 (4)基本电费为机房设备用电功率12月30元/(KW月)。 经过投资和运行费用的比较,采用水蓄冷系统在不考虑资金的时间价值下的静态投资回收期约为5.6年。 5 水蓄冷空调系统分析和探讨 5.1水蓄冷空调方案的缺点 水蓄冷只利用水的显热,蓄冷密度低,需大量的水,使用时受到空间条件的限制;蓄冷槽体积较大,表面散热损失也相应增加,需要增加保温层;蓄冷槽内不同温度的冷冻水容易混合,会影响蓄冷效率,使蓄存的冷冻水可用能量减少;由于水蓄冷在蓄冷过程中需要制冷主机蒸发器产生4冷冻水,降低了制冷主机的cop值。水蓄冷在供冷蓄冷过程中采用四种模式,这样模式的切花运行增加了自动控制的要求和成本,同时也降低了系统的可靠性和稳定性。 5.2实际水蓄冷工程需要说明及注意的几个问题 (1)斜温层 斜温层是蓄冷罐中下部冷水与上部温水之间由于温差导热形成的温度过渡层。明确而稳定的斜温层能够防止冷水和温水的混合,但斜温层的存在同时减少了实际可用冷水容量,降低了蓄冷效率。应用中一般希望斜温层的厚度在0.3-1.0m之间。 斜温层的厚度与进出口水流散流器的散流效果、水流速度、储存时间长短、冷水与温水的温差以及蓄冷罐外形尺寸等因素有关。为了减小斜温层的厚度,蓄冷罐必须采取良好的保温隔热措施,并且进出口处的水流必须缓慢而且均匀,以免引起冷温水混合、破坏斜温层。 (2)保温层对冷量损失的影响 蓄冷罐的冷量损失除了内部温水与冷水之间的传热损失之外,还包括蓄冷罐表面向周围环境的传热损失。蓄冷罐损失的总热量与罐的表面积、罐表面积与周围环境的温差以及散热时间成正比。所以,必须保证保温得当,尽量尽可能的减少外界向蓄冷罐内的传热对蓄冷量的影响。 6.总结 从经济比较理论数据来看,水蓄冷较常规电制冷系统具有较低的运行费用的优点,理论上比常规方案省15%,但水蓄冷水罐体积庞大,由于缺乏可参照的设计和运行经验,为保证水蓄冷系统运行的可行性和可靠性,需要进行论证研究。同时水蓄冷系统较常规电制冷系统增加了较多的初投资。 从国内目前已采用水蓄冷方案的一些项目来看,实际节省运行费用的状况不是很理想,与理论计算出来的有较大距离。上海地区的峰谷比例是4.5:1,而 无锡市区，早晨八点到晚上九点峰时，晚上九点到早晨八点谷时，所以利用峰谷电价差节电的水蓄冷系统在上海更为适用,而用在峰谷电价比例低的无锡,其运行费用的节省程度有限。 7 致谢 时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，聚散真容易。离校日期已日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不