大温差水蓄冷节能技术在瑞东科技工业园办公大楼中央空调系统的应.docx

大温差水蓄冷节能技术在瑞东科技工业园办公大楼中央空调系统的应（广西电力工业勘察设计研究院 广西 南宁 530023）李珑珑 陈立新摘要：介绍大温差水蓄冷节能技术在瑞东科技工业园办公大楼中央空调系统的应用情况，大温差水蓄冷技术的基本原理及运行策略，水蓄冷空调系统与常规空调系统的比较。关键词： 大温差水蓄冷；节能技术；中央空调1 南宁市电力优惠政策广西区电力公司为贯彻落实国家这一政策，出台了相关的行政法律文件，并规定对蓄冷空调的用电量单独装表计量，并享受低谷优惠价。瑞东科技工业园办公大楼常规电价与蓄冷空调电价见下表。表1.1 常规电价与蓄冷空调电价表常规空调系统蓄冷空调系统丰水枯水丰水枯水0.53元/kW.h0.701元/kW.h峰、平0.509元/kW.h0.665元/kW.h谷0.2234元/kW.h0.4122元/kW.h2 工程概况瑞东科技工业园工程项目位于南宁市高新技术产业开发区工业园8号区，包括有办公、科研、仓储、生产及后勤服务等多种功能。其中，办公大楼为22层（地下2层），建筑面积约46000m2。根据民用建筑空调冷负荷估算指标和暖通空调常用数据手册计算其尖峰冷负荷为4200KW（1200RT）。大楼使用时间为08：0018：00，其逐时负荷图如下：3.水蓄冷空调系统的原理水蓄冷空调系统就是在常规的中央空调水系统中增加了水蓄冷槽，可在夜间的低谷电价时段制取低温冷水，在白天用电高峰的工作时段利用蓄冷槽供冷，从而达到移峰填谷、节省运行费用的目的。3.1 水蓄冷空调系统的基本组成水蓄冷空调系统的基本组成如上图3.1。调荷设备蓄冷槽投入运转时，阀K、K”开启，K旁关闭。供冷泵的启停及其出口阀开度由建筑物所需冷量而定，冷水机和充冷泵的开停则由电价的时段划分而定，二者互不干扰。充冷工况：电力低价时段，冷水机满载运转，K3,K3、 K4,K4均关闭，开启充冷水泵B充。其“热端”输出t1水经主机降温后，自蓄冷槽“冷端”输入经均流布水环槽注入蓄冷槽底部。蓄冷槽内冷冻水与回水的交界面上升，升达上布水环槽上缘，充冷过程终结。 放冷工况：在用电高峰时段，蓄冷槽的低温冷冻水经过放冷水泵运输，通过板式换热器换热升温后返回蓄冷槽上布水环槽。蓄冷槽内，冷冻水与回水的界面下降，下降到下布水环槽边缘时，从而完成放冷过程。 本系统可以提供四种供冷方式：（1） 供冷机单独供冷：制冷机按照原 有方式运行。（2） 蓄冷槽单独供冷方式：利用夜间低谷电开启制冷机，制备冷冻水并储存在蓄冷槽中。 白天开启冷冻水泵即可完成供冷。（3） 制冷机与蓄冷槽联合使用：在每年炎热的夏季，空调负荷很大时使用，白天由制冷机 提供部分冷量、蓄冷槽提供部分冷量。制冷机在向蓄冷槽充冷的同时，为建筑物供冷。（4） 制冷机在向蓄冷槽充冷的同时，为建筑物供冷。图3.1-1 水蓄冷系统组成及流程图（示意图）3.2 蓄冷槽调荷效能及运行方式蓄冷槽布置在制冷机房附近。蓄冷槽容积1450立方米或1930立方米，蓄冷温差为412.5,在实施过程中可能由于技术原因进行调整其高度和面积以及体积。冷端和热端都采用均流环槽全周布水，使水温分层清晰。 （1）运行方式：由于空调的冷负荷是随室外气温的变化而变化的，也就是说，室外温度的变化，决定蓄冷量的多少，进而确定蓄冷冷水机组的运行数量。因此在夏季最热的时候，其运行方式是由主机和蓄冷槽联合供冷，在过渡季节其运行方式由部分供冷向全量供冷过渡，其具体运行方式见下文。（2） 运行管理模式：l 蓄冷水池单独供冷。l 制冷机单独供冷。l 制冷机与蓄冷水池联合供冷。l 充冷供冷同时进行。4 水蓄冷空调系统与常规空调系统的比较按如下三种配置方案，对水蓄冷空调系统和常规空调方案就设备配置、初投资、运行策略、运行费用等方面进行对比：水蓄冷制冷站方案(一)：蓄冷水槽的蓄冷能力为最大日供冷量的35。水蓄冷制冷站方案(二)：蓄冷水槽的蓄冷能力为最大日供冷量的47。常规制冷站方案(三)： 无水蓄冷。4.1 机房配置比较(水蓄冷空调方案与常规空调方案的设备选型为同一挡设备，价格仅供方案比较) 表4.1-1 水蓄冷制冷站方案(一)序号名称规格数量功率(kW)总功率(kW)单价(万元)总价(万元)备注1螺杆主机320RT2台21342667.2134.4合资2冷却水泵240m3/h，26m3台(1备)30601.354.05国产3冷冻水泵200m3/h，38m4台(1备)371111.485.92国产4冷却塔250m3/h2台11227.3714.74国产5板式换热器170万kcal/h1台016.8216.82合资6蓄冷水槽1450m3兼消防水池1个0245.67佩尔优7蓄冷水泵240m3/h，22m2台(1备)22221.12.2国产8放冷水泵150m3/h，14m2台(1备)11110.541.08国产9全自动控制系统PLC1套03535进口合 计652459.88配电设施费(功率因数0.85,1200元/KVA)76792.05管道及安装费用（设备总价的25）53.55总 计605.48表4.1-2 水蓄冷制冷站方案(二)序号名称规格数量功率(kW)总功率(kW)单价(万元)总价(万元)备注1螺杆主机320RT2台21342667.2134.4合资2冷却水泵240m3/h，26m3台(1备)30601.354.05国产3冷冻水泵200m3/h，38m4台(1备)371111.485.92国产4冷却塔250m3/h2台11227.3714.74国产5板式换热器100万kcal/h2台09.8219.64合资6蓄冷水槽1930m3兼消防水池1个0285.12佩尔优7蓄冷水泵240m3/h，22m1台22221.11.1国产8放冷水泵90m3/h，14m2台7.5150.440.88国产9全自动控制系统PLC1套03535进口合 计656500.85配电设施费(功率因数0.85,1200元/KVA)77292.64管道及安装费用（设备总价的25）53.93总 计647.42表4.1-3 常规制冷站方案(三)序号名称规格数量功率(kW)总功率(kW)单价(万元)总价(万元)备注1离心主机600RT2台405910125.2250.4合资2冷却水泵440m3/h，26m3台(1备)551102.557.65国产3冷冻水泵350m3/h，38m3台(1备)551102.557.65国产4冷却塔450m3/h2台16.53313.2826.56国产5全自动控制系统PLC1套035进口合 计1163327.26配电设施费(功率因数0.85,1200元/KVA)1368164.19管道及安装费用（设备总价的25）81.82总计573.274.2 水蓄冷空调方案(一)的运行策略(35%蓄冷率)由于空调的冷负荷是随室外气温的变化而变化的，就是说，室外温度的变化，决定蓄冷量的多少，进而确定蓄冷冷水机组的运行数量。根据对南宁气象资料的分析，各个月份的蓄冷冷水机组的开启数量如下：4.2.1 设计日设计日是夏天最热的时候，结合空调逐时冷负荷分布图及南宁市蓄冷空调的电费政策，蓄冷空调运行方式如右图所示：(按35%的蓄冷率)下表为设计日逐时负荷常规系统与水蓄冷系统的冷量与电量的计算表,其它负荷的计算方法相同,因此只以100%设计日负荷为例进行计算说明,表中无负荷的时段省略。其中设计日总负荷为10824RTh，主机直接供冷负荷为7040RTh，蓄冷槽供冷负荷为3784RTh，蓄冷槽蓄冷量为3840RTh，蓄冷槽加主机供冷完全满足设计日全天负荷。100设计日负荷时常规空调总电量为10289 KWh，水蓄冷空调系统总电量为9980 kWh，水蓄冷空调比常规空调系统节约309KWh电量，究其原因在于水蓄冷空调系统主机满负荷运行，然后按需量放冷，解决“大马拉小车”的问题。表4.2-1 逐时负荷常规系统与水蓄冷系统的冷量与电量表时间逐时负荷(RT)蓄冷(RT)放冷(RT)主机供冷(RT)常规总电量(KWh)蓄冷:主机系统电量(KWh)冷冻及放冷水泵电量(KWh)蓄冷总电量(KWh)10640000514514206400005145143064000051451440640000514514506400000514514606400000554554874410464076050885593990026064086750812263010102038064094850812263011109245264099750812263012972332640916508122630139843446409245081226301412005606401198508122630151152512640103850812263016109245264099750812263017984344640924508122630186844464071950885593总计10824384037847040102895588439299804.2.2 非设计日在天气发生变化,日负荷较小时，系统将依据实际的冷负荷需求，通过控制系统调节运行模式，自动调整每一时段内蓄冷装置供冷及主机供冷的相对应比例，以实现分量蓄冷模式逐步向全量蓄冷模式的运行转化，按照蓄冷装置优先供冷的原则，最大限度地控制主机在电力高峰期间的运行，节省运行费用。4.3 蓄冷系统方案（一）的电量及电费4.3.1 社会效益社会效益主要表现在蓄冷系统将空调用电的高峰负荷转移到低谷，减少了国家建设削峰电站的规模和减少了对环境的污染，同时减少了高峰用电时段对电网的压力。蓄冷制冷系统将常规制冷系统的高峰用电量及平段电量转移至低谷时段。全年转移高峰电量见下表。 从上表可以看出在瑞东科技工业园办公大楼建设水蓄冷系统，每年可以减少85.89万的高峰用电及平段用电，增加80.73万低谷用电量。瑞东科技工业园办公大楼水蓄冷系统的建立在高峰时段最高少使用了近800kW，相当于在高峰时期最高的错峰用电800kW，全年节约电量5.16万度电，其社会效益非常显著。4.3.2 经济效益瑞东科技工业园办公大楼制冷机房预计每年电量约180万度，常规空调与蓄冷空调的电费见下表：从上图可以看出，水蓄冷空调比常规空调相比节约29.45万元。随着电价差的不断拉大，其经济效益将更加明显。4.3.3 水蓄冷系统方案（一）的经济性分析常规与水蓄冷方案的技术经济性能比较详见下表：表4.3-2 技术经济性能比较表 4.4 水蓄冷空调方案(二)的运行策略(47%蓄冷率)根据对南宁气象资料的分析，各个月份的蓄冷冷水机组的开启数量如下：4.4.1 设计日设计日是夏天最热的时候，结合空调逐时冷负荷分布图及南宁市蓄冷空调的电费政策，蓄冷空调运行方式如右图所示：(按47%的蓄冷率) 下表为设计日逐时负荷常规系统与水蓄冷系统的冷量与电量的计算表,其它负荷的计算方法相同,因此只以100%设计日负荷为例进行计算说明,表中无负荷的时段省略。其中设计日总负荷为10824RTh，主机直接供冷负荷为5760RTh，蓄冷槽供冷负荷为5064RTh，蓄冷槽蓄冷量为5120RTh，蓄冷槽加主机供冷完全满足设计日全天负荷。100设计日负荷时常规空调总电量为10289 KWh，水蓄冷空调系统总电量为10004kWh，水蓄冷空调比常规空调系统节约285KWh电量。表4.4-1 逐时负荷常规系统与水蓄冷系统的冷量与电量表4.4.2 非设计日在天气发生变化,日负荷较小时，系统将依据实际的冷负荷需求，通过控制系统调节运行模式，自动调整每一时段内蓄冷装置融冷供冷及主机供冷的相对应比例，以实现分量蓄冷模式逐步向全量蓄冷模式的运行转化，按照蓄冷装置优先供冷的原则，最大限度地控制主机在电力高峰期间的运行，节省运行费用。4.5 蓄冷系统方案(二)的电量及电费4.5.1 社会效益社会效益主要表现在蓄冷系统将空调用电的高峰负荷转移到低谷，减少了国家建设削峰电站的规模和减少了对环境的污染，同时减少了高峰用电时段对电网的压力。蓄冷制冷系统将常规制冷系统的高峰用电量及平段电量转移至低谷时段。全年转移高峰电量见表4.5-1。从下表可以看出在瑞东科技工业园办公大楼建设水蓄冷系统，每年可以减少109.64万的高峰用电及平段用电，增加103.44万低谷用电量。瑞东科技工业园办公大楼水蓄冷系统的建立在高峰时段少使用了近800kW，相当于在高峰时期最高的错峰用电800kW，全年节约电量6.2万度电，其社会效益非常显著。 从上表可以看出在瑞东科技工业园办公大楼建设水蓄冷系统，每年可以减少109.64万的高峰用电及平段用电，增加103.44万低谷用电量。瑞东科技工业园办公大楼水蓄冷系统的建立在高峰时段少使用了近800kW，相当于在高峰时期最高的错峰用电800kW，全年节约电量6.2万度电，其社会效益非常显著。4.5.2 经济效益瑞东科技工业园办公大楼制冷机房预计每年电量约178.96万度，常规空调与蓄冷空调的电费见下表：4.5.3 水蓄冷系统方案(二)的经济性分析常规与水蓄冷方案的技术经济性能比较详见下表：表4.5-2 技术经济性能比较表 4.6 结 论通过方案比较，水蓄冷中央空调比常规电空调系统具有以下优点: 1、采用水蓄冷项目后，夜间利用低冷负荷期充冷，白天在高冷负荷期放冷，相当于减少了一台制冷量为600RT的冷水机组。2、总造价(1)方案(一)总造价不增加。水蓄冷空调制冷站总造价(含空调主机)：647.48万元；常规电空调制冷站总造价：658.27万元。(2)方案(二)总造价仅增加31.15万元。水蓄冷空调制冷站总造价(含空调主机)：647.48万元；常规电空调制冷站总造价：689.42万元，投资回收期为0.86年3、机房用电配电容量减少。水蓄冷空调：767kVA；常规电空调系统：1368kVA。4、采用水蓄冷空调后，可实现对冷量的整存零取的功能，即综合楼需多少冷量蓄冷槽便放多少冷量，在过渡季节，可以避免空调“大马拉小车”的现象出现。5、采用水蓄冷空调后，每年可减少空调运行电费：(1)方案(一) 每年可减少空调运行电费29.45万元。(2)方案(二) 每年可减少空调运行电费36.32万元6、采用水蓄冷空调，蓄冷槽与消防水池可以共用，因为蓄冷槽容积远大于消防水池的消防要求，因此大大提高了消防的安全性；同时，可以减少建设消防水池的投入：25-30万元。7、中央空调在采用水蓄冷系统后，其系统制冷安全性将得到极大的提高，制冷机组的起停频率和维修费用将明显下降，机组满负荷制冷的运行状态比率将大幅度提高。制冷系统由于运行效率的提高和维护费用的下降，可降低维护成本。8、如果采用了水蓄冷空调后，在短时间停电的情况下，可通过放冷水泵继续供冷，因此可以为综合楼创造一个舒适的环境。9、夜间气温较低，水蓄冷空调制冷单耗随之下降6-8%。10、根据目前南宁市用电情况，枯水季节对中央空调用电实施限制，但对已做蓄冷项目的单位不在限制范围内。因此可以为综合楼创造一个舒适的环境。11、水蓄冷空调是国家政策支持的节能环保项目，采用水蓄冷空调，起到移峰填谷的作用，对于减轻整个电网压力起到十分重要的作用，具有巨大的社会效益。综合上述因素，瑞东科技工业园办公大楼采用水蓄冷空调是很有意义的，也是很有必要的。5水蓄冷中央空调设计本工程中央空调水系统最终采用水蓄冷方案(二)，水蓄冷空调制冷机房主要设备配置及水系统管路原理详见附图5，有关说明如下：1） 放冷时，当板式换热器二次水侧的回水温度高于设定值13时，阀K8开度加大。2） 放冷时，当板式换热器一次水侧的回水温度高于设定值12.5时，阀K8开度加大。3） 充冷系统的高温水温度等于设定值4