某能源中心冰蓄冷系统设计案例.pdf

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1、No.5/2009总第129期 第30卷制冷空调与电力机械Refrigeration Air Conditioning&Electric Power Machinery0引言该工程主要用途为某集团公司突发事件应急指挥中心、调度中心、信息管理中心及附属办公用房。单体建筑为地下 2 层，裙房 3 层，主楼 9 层，总建筑面积约46 000m2。地下一层主要设置机动车停车库、供大楼使用的档案室、健身房等服务空间，地下二层为平战结合使用的机动车停车库，以及服务于整栋大楼的设备机房。裙房主要设有职工餐厅、报告厅、会议厅、贵宾厅等。其中一层为调度中心主控室和附属用房。主楼主要是展示大厅及各指挥中心办公室，

2、标准层为各部门办公室。1能源中心大楼空调负荷特点本大楼空调使用时间基本恒定在 9：0017：00，需要 24h 连续工作的功能区域由变制冷剂流量分体式空调供冷或供热。信息中心服务器机房利用恒温恒湿机组单独供冷，其余区域则利用大楼制冷站集中供冷。根据上海华电源信息技术有限公司的负荷计算软件计算出的夏季设计日逐时负荷如图 1 所示。2冰蓄冷系统设备配置运行2.1 系统配置根据本楼的使用特点，主机选用 2 台单机制冷量为 1400kW 的双工况制冷机组和一台单机制冷量为880kW的基载制冷机组。双工况制冷机组在空调工况下单机制冷量为 1400kW，制冰工况下单机制冷量为970kW。制冰工况下进出水温

3、为-6.5/-2.2，空调工况下进出水温为 10/4。2 台双工况机组可在夜间全量蓄冰，充分利用夜间低谷电价。晚间的加班或临时需要空调供冷的区域可由基载制冷机组承担。双工况主机采用在低温工况下运行稳定的螺杆式制冷机组。系统的储冰装置与双工况主机串联布置，主机位于循环回路的上游，储冰装置位于主机的下游。2.2 系统运行策略各种负荷情况下的运行模式如图 2 所示。3经济性分析该工程各工况下的逐时负荷变化曲线如图 3 所中图分类号：TU83文献标识码：A文章编号：1006-8449（2009）05-0041-04某能源中心冰蓄冷系统设计吴国华（华东建筑设计研究院有限公司，上海 200002）摘要：通

4、过对某能源中心大楼的暖通工程设计实例，计算了典型设计日 24h 的空调冷负荷，并分析了冰蓄冷系统的运行策略。同时比较了冰蓄冷系统和常规电制冷系统的初投资及运行费用，并介绍了大楼水系统的设计原理。关键词：空调冷负荷；冰蓄冷；初投资；运行费用；水系统设计工 程 设 计No.5/2009总第129期 第30卷制冷空调与电力机械Refrigeration Air Conditioning&Electric Power Machinery示。下面将依次分析冰蓄冷系统和常规电制冷系统各设备的功率及运行费用。3.1 冰蓄冷系统各设备功率及运行费用冰蓄冷系统各设备在不同运行工况下的功率如图 4 所示。系统各工

5、况的小时运行费用如图 5 所示。3.2 常规电制冷系统各设备功率及运行费用常规电制冷系统各设备在不同运行工况下的功率如图 6 所示，系统小时用电费用如图 7 所示。3.3 冰蓄冷系统与常规电制冷系统全年运行费用比较根据上列各图，可得冰蓄冷系工 程 设 计No.5/2009总第129期 第30卷制冷空调与电力机械Refrigeration Air Conditioning&Electric Power Machinery表 1 冰蓄冷系统与常规电制冷系统运行费用统与常规电制冷系统全年运行费用，其结果见表 1。从上表中可以得出结论，利用冰蓄冷系统，全年可以节约运行费用 39.42 万元。3.4 投

6、资回收年限计算如果按照动态回收年限计算，将冰蓄冷空调比常规电制冷空调的超额投资部分作为建设投资，将每年节省的运行费用作为现金流入，根据适当的基准收益率可以计算出动态回收年限。本项目中，为了方便计算，采用静态回收期计算，其计算表达式如下：Ptt=0（CI-CO）t=0（1）式中 Pt静态投资回收期，a；CI 冰蓄冷系统比常规空调每年节省的运行费用，元；CO 冰蓄冷系统比常规空调增加的投资费用，元。根据测算，冰蓄冷系统机房的设备总投资约 541.93 万元，常规空调机房的设备总投资约 360.6 万元。假设每年的节省运行费用是相等的，则静态回收期为：（541.93-360.6）/39.42=4.5

7、9（a）4系统设计与控制策略4.1 系统设计本大楼的水系统环路可大致分为 3 个循环。第一循环为夜间制冰循环，乙二醇水溶液通过溶液泵加压进入双工况制冷机组，通过制冷机产生低温乙二醇水溶液，然后进入蓄冰槽进行蓄冰过程，同时相对高温的乙二醇水溶液回至溶液泵进行下一个循环。第二循环为融冰放冷循环，由系统板式换热器回来的乙二醇水溶液通过溶液泵的加压由旁通管绕过双工况制冷机组，直接进入蓄冰槽进行受冷，经过换热后相对低温的乙二醇水溶液进入系统板式换热器，和系统二次侧水进行换热后进行下一个循环。如果是双工况机组和蓄冰工 程 设 计负荷状况100%负荷75%负荷50%负荷25%负荷总计运行天数，d256555

8、25全天运行费用，元9122616531981990冰蓄冷系统运行费用合计，万元22.8140.0717.594.9785.44运行天数，d25655525当天运行费用，元9631889661993549运行费用合计，万元24.0857.8234.098.87124.86常规电制冷系统No.5/2009总第129期 第30卷制冷空调与电力机械Refrigeration Air Conditioning&Electric Power Machinery槽同时供冷，则通过溶液泵后的乙二醇水溶液一部分进入双工况机组制冷，一部分通过旁通管进入蓄冰槽，两者混合后的相对低温的乙二醇水溶液进入系统板式换热器

9、。第三个循环为用户端循环，由大楼各环路回来的高温水进入回水阀站，统一汇集成一根主管进入系统循环水泵，经水泵加压后通过系统板式换热器，和低温的乙二醇水溶液进行热交换，产生的低温水进入系统供水阀站，由供水阀站分成三个支路供往大楼各用户点。该工程冷水系统原理如图 8 所示。4.2 系统运行策略根据本大楼的使用功能及负荷特点，共设计有五种 运 行 工况。分别阐述如下：（1）夜间 制 冰 工况：开启阀门I_V1a、I_V1b、I_V1、I_V4，关闭阀门 I_V1c、I_V2、I_V3，开启制冷机组 CH-1 和CH-2，同时开启水泵 B-6 和 B-7；（2）基载主机供冷工况：开启阀门 I_V5，开启

10、制冷机组 CH-3，同时开启水泵 B-4；（3）白天主机和蓄冰槽联合供冷工况：开启阀门I_V1a、I_V1b，调节阀门 I_V1、I_V2、I_V3、I_V4，关闭阀门 I_V1c。开启制冷机组 CH-1 和 CH-2，同时开启水泵 B-1、B-2、B-6、B-7；（4）单融冰供冷工况：开启阀门 I_V1c 和 I_V3，调节阀门 I_V1、I_V2，关闭阀门 I_V4、I_V1a、I_V1b，同时开启水泵 B-1、B-2、B-6、B-7；（5）主机单独供冷工况：开启阀门 I_V1a、I_V1b、I_V2，调节阀门 I_V3 和 I_V4，关闭阀门 I_V1c 和I_V1，开启制冷机组 CH-

11、1 和 CH-2，同时开启水泵B-1、B-2、B-6、B-7。如上所述，系统的运行工况和相应阀门及设备的开启情况见表 2。5结语当某一地区峰谷电价差较大（最小峰谷电价比不低于 31），而大楼的空调负荷集中在峰段和平段时。利用冰蓄冷技术可以较好地改善地区电网供电状况，缓解电力峰谷差现象，提高电厂一次能源利用效率。同时能有效降低大楼空调的运行费用。参考文献：1陆耀庆.实用供热空调设计手册M.第二版.北京：中国建筑工业出版社，2002.2叶大法，杨国荣.变风量空调系统设计M.北京：中国建筑工业出版社，2007.3民用建筑工程设计技术措施Z.收稿日期：2009-08-26修回日期：2009-08-31

12、表 2 系统运行工况及相应阀门和设备的开启状况开启设备冷水机组CH-1 CH-2CH-3CH-1 CH-2CH-1 CH-2时间夏季夜间夏季白天运行工况双工况主机制冰基载主机供冷主机与蓄冰槽联合供冷单融冰供冷主机单独供冷阀门控制开启I_V1a I_V1b I_V1 I_V4I_V5I_V1a I_V1bI_V1c I_V3I_V1a I_V1b I_V2调节I_V1 I_V2 I_V3 I_V4I_V1 I_V2I_V3 I_V4关闭I_V1c I_V2 I_V3I_V1cI_V4 I_V1a I_V1bI_V1c I_V1水泵B-6 B-7B-4B-1 B-2 B-6 B-7B-1 B-2

13、B-6 B-7B-1 B-2 B-6 B-7（下转第 14 页）工 程 设 计No.5/2009总第129期 第30卷制冷空调与电力机械Refrigeration Air Conditioning&Electric Power Machinery专 题 研 讨度、冷却水进水温度以及水流量保持不变时，不同负荷率下的能效比有较大的波动。3结语针对不同工况，利用实验方法研究了高温冷水系统的性能。通过研究表明：（1）高温冷水机组冷却水在名义流量、名义工况时，冷水进、出水温差越大制冷量越大、能效比越高；（2）定流量运行时，冷凝温度和蒸发温度对制冷量和能效比都有较大影响，而蒸发温度影响较明显；（3）该高温

14、冷水系统在名义工况运行时能效比能达到 6 以上，和传统的冷水机组相比，能效比得到了较大幅度的提高。参考文献：1刘晓华，江亿.温湿度独立控制空调系统M.北京：中国建筑工业出版社，2006.2JIANGY，LI Z，CHENXL，LIU XH.Liquid desiccant air conditioningsystem and its applicationsJ.Heat Ventil Air Condition 2004，34：8889.3董天禄.离心式/螺杆式制冷机组及应用M.北京：机械工业出版社，2001.4GB/T18430.1-2007，蒸气压缩循环冷水（热泵）机组S.收稿日期：200

15、9-09-03修回日期：2009-09-02Experimental Study on the Characteristics of High-temperatureChilled Water System Using R134a as Working FluidLI Yong-cun1，TANGLi-ming1，CHENGuang-ming1，RENPeng2（1.Institute of Refrigeration and Cryogenics，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China；2.Zhejiang Kunlun Construction

16、Group Ltd，Hangzhou 310000，China）Abstract：With R134a as working fluid，experiments on high-temperature chilled water system were carried outrespectively in nominal working conditions，variable conditions and partial load conditions.The refrigerating capacity andEER were analysed and the results showed

17、they were influenced by operating parameters and the load rate.The systemsEER can reach 6.0 at least when runningunder normal working conditions，which was obviously higher than the traditionalchilled water system.Key words：high-temperature chilled water system；refrigeratingcapacity；EER基金项目：浙江省重大科技专项

18、（No.2007C01002）作者简介：李永存（1976-），男，陕西宝鸡人，博士研究生，讲师。作者简介：吴国华（1971-），男，上海人，本科，高级工程师，注册公用设备工程师，暖通设计师。Design of Ice Storage System for a Energy Source CenterWUGuo-hua（East China Architectural Design&Research Institute Co.，Ltd Shanghai 200002，China）Abstract：Through the air-conditioning systems design for a

19、energy center building,the 24 hourss cooling load intypical design daywas calculated.And operation strategyofthe ice storage system was analysed.Then the initial investmentand running costs of the ice-storage systems and conventional electric refrigeration system were compared.And designprinciple ofthe water systemwas alsodescribed.Key word：coolingload；ice storage；initial investment；runningcost；water systemdesign（上接第 44 页）