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冰蓄冷系统设计初步方案-广东泰科电子

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约克(中国)商贸有限公司广州分公司

2013-09-17

冰蓄冷系统设计初步方案-广东泰科电子

摘要与结论

1.工程概况

广东泰科电子有限公司公司成立于1995年9月,位于广东省佛山市顺德区容桂镇,厂房面积达29,000 平方米。主要从事连接器的制造和线束组装。该工厂的中央空调拥有2台特灵RTHC350的主机,已使用了17年,根据现有的情况和佛山的针对冰蓄冷空调的优惠电价,我司提出冰蓄冷改造。

根据物业反映,工厂的空调运行时间一般一台是全天24小时,另外一台是早上8:30-17:30。2.冰蓄冷系统设计:

系统冷源采用冰蓄冷系统,本系统采用部分负荷蓄冷。即选用约克空调1台350RT双工况螺杆式冷水机组,双工况主机夜间电力低谷时段24:00-8:00蓄冷运行8小时,设计日总蓄冷量为1936RTh。工厂的冷负荷完全由原有2台特灵主机直接供冷与融冰供冷相结合。

由系统集中给工厂供冷。其设备增加的配置表如下表1:

表1 系统配置表

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3.项目总体运行经济性概况

表2 项目经济性分析表

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注:峰、平、谷电价为:1.1811 元/KWh、0.7362 元/KWh、0.3940元/KWh。

因此,此项目改造的投资回收期为:223.9/41.78≈5.36年。另外增加1台350RT双工况螺杆机组有如下好处:

(1)目前2台特灵机组估计已使用17年,其机组效率比较低,而且经过多年运行,其故障率会越来越高,而工厂最热天需要开启2台主机,若其中一台主机发生故障,则可利用新增加的350RT螺杆机进行补充或利用蓄冰进行补充,保证办公楼和工艺的制冷需求,确保工艺生产的质量;

(2)新增加的机组的效率比较高,可尽量开启新机组替代旧机组,可以达到一定的节能量,而旧机组可作为备用,还可以减少维修成本费用;

(3)增加的群控系统,可根据末端负荷的需求,自动加减载主机,实现机房的自动化运行,减少人工操作可能带来的失误;

(4)一般机组的运行寿命为25年,从长远来说,虽然目前回收期为5.36年,而剩下的19年,冰蓄冷可为客户带来总的节省费用为793.92万元。

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目录

第1章项目概况 (1)

1.1 项目基本信息 (1)

1.2 峰谷电价政策情况 (1)

1.3 当地气象参数特点 (1)

第2章蓄冷中央空调系统原理介绍 (4)

2.1蓄冷中央空调的原理 (4)

2.2蓄冷中央空调的意义 (5)

2.3几种冰蓄冷系统比较 (6)

2.4冰蓄冷系统运行策略 (8)

第3章冰蓄冷方案设计 (9)

3.1设计依据 (9)

3.2冰蓄冷负荷分布 (9)

3.3冰蓄冷系统设计 (10)

3.4冰蓄冷运行控制策略 (10)

3.5冰蓄冷空调系统主要设备选型 (17)

第4章项目投资与经济性分析 (19)

4.1运行经济性分析 (19)

4.2投资分析 (20)

4.3结论 (21)

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第1章项目概况

1.1 项目基本信息

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1.2 峰谷电价政策情况

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1.3 当地气象参数特点

在当前的蓄冷系统设计中,虽然进行了逐时负荷计算,但逐时结果则可能存在较大的误差。

利用动态模拟的方法对建筑逐时负荷进行预测,得到整个建筑负荷的全年数据,从而指导冰蓄冷系统的设计和运行优化控制。我司可利用全年动态负荷计算软件对建筑物的空调负荷进行全年的动态负荷计算。

项目所在地的室外基本气象参数可以参见表5。

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图1~4为本项目所在地区的全年365天,8760小时的室外气象参数变化情况。

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图2 全年室外月平均温度变化情况

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图3 最热月温度变化情况

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图4 全年温度分布统计

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第2章蓄冷中央空调系统原理介绍

2.1蓄冷中央空调的原理

蓄冷中央空调系统是一种通过蓄能来节约空调系统运行费用的技术,其基本工作原理是:建筑物空调时间所需冷量的部分或全部在非空调时间利用蓄冷介质的显热或其相变过程的潜热迁移等特性,将能量以低温状态蓄存起来,然后根据空调负荷要求释放这些冷量,这样在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。当空调使用时间与非空调时间和电网高峰和低谷同步时,就可以将电网高峰时间的空调用电量转移至电网低谷时使用。因此,蓄冷系统的特点是:转移制冷设备的运行时间;这样,一方面可以利用夜间的廉价电,另一方面也就减少了白天的峰值电负荷,达到电力移峰填谷、节约空调运行费用的目的。

在一般工程中,空调系统用电量占总耗电量的35%--65%,而制冷主机的电耗在空调系统中又占65%--75%。在常规空调设计中,冷水主机及辅助设备容量均按尖峰负荷来选配,这不仅使空调系统的电力容量增大,而且使得主机等空调设备在绝大部分情况下均处于低效率的部分负荷状态运行,显得很不经济。空调负荷的分布在一年之内极不均衡,尖峰负荷约占总运行时间的6%-8%,如果设计中能选择与实际冷负荷相匹配的制冷机,而且让其在绝大多数情况下高效运行,这对空调系统节能是十分有利的。

蓄冷中央空调从系统构成上来说只是在常规空调系统的基础上增加了一套蓄冷装置,其它各部分在结构上与常规空调并无不同,它在使用范围方面也与常规空调基本一致。

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2.2蓄冷中央空调的意义

随着社会的发展,中央空调在大中城市的普及率日渐增高。据统计,空调高峰时用电量达到城市用电负荷的25%-30%,加大了电网的峰谷用电差。蓄冷中央空调之所以得到各国政府和工程技术界的重视,正因为它对电网有卓越的移峰填谷功能,是电力需求侧最有效的电能蓄存方法,全国如果有300家3万平米商场采用空调,则相当于建设了一座30万千瓦的调峰电厂。蓄冷对于用户还有以下的一些突出优点:

(1)空调的出水温度低、制冷效果好,降温速度快。

(2)空调环境相对湿度较低,空调品质提高,有利于防止中央空调综合症。

(3)空调系统智能化程度高,可根据外界温度的变化自动调整冷量输出,冷量的利用率高,节能效果

明显。

(4)空调系统全自动运行,空调自控系统与工厂的楼宇自控系统通过BA接口连接。可实现工厂空调

系统的远程维护,为业主解决后顾之忧。

(5)利用峰谷荷电价差,平衡电网负荷。减少空调年运行费。

(6)减少冷水机组容量,降低一次性投资。

(7)在主机出现故障或断电的情况下,蓄冷系统相当于应急冷源,增强了系统的可靠性。

(8)当因为建筑功能变化或面积增加引起冷负荷增加时,只要增加蓄冷装置的蓄冷量,即可满足工厂

新增冷量需要。

(9)冷冻水温度可降低至1-4度,可以实现低温送风,节省水、风输送系统的投资和能耗。

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2.3几种冰蓄冷系统比较

(1)蓄冰系统形式

a)冰片机系统

利用制冰机产生冰片蓄冷,供空调系统使用。

b)管外成冰、管外融冰系统

制冷剂在管内流动,使蓄冰池内的水,在管外成冰;而融水冷冻水在管外流动使冰融化,提供冷量供空调系统使用。

c)管外成冰、管内融冰系统

载冷剂溶液在管内流动,使蓄冰池内的水在管外成冰;而融冰时,溶液在管内流动,吸收冰溶化所释放的冷量供空调系使用。

d)冰球/板系统

载冷剂溶液在装有冰球/ 板的蓄冰池内流过,使冰球内的溶液成冰,而在融冰时则使溶液流过冰球,与冰球换热,释放热量,供空调系统使用。

e)冰浆系统

利用制冷机将水或特殊之溶液制成冰浆,供系统直接使用,或经板式换热器供系统使用。

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(2) 蓄冰系统发展历程

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图5 蓄冰系统发展历程

静态冰蓄冷

冰球

盘管

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2.4冰蓄冷系统运行策略

蓄冷系统应根据建筑物空调负荷分布、分时电力价格、设备容量及机房空间等因素,考虑采用全量蓄冷策略或部分蓄冷策略。

2.4.1全量蓄冷策略

将整个高峰期的空调负荷转移至非高峰期的运行策略。冷水机组仅在非高峰期(低谷段和平段)全负荷运行,制得系统全天电力高峰时段所需要的全部供冷量;在白天用电高峰期时不运行,冷负荷所需冷量完全由储存的蓄冷量供应,此时段仅有一些附属的输送设备使用高峰电。

2.4.2分量蓄冷策略

仅将高峰期的部分空调负荷转移至非高峰期的运行策略。高峰期的冷负荷部分由蓄冷系统满足,不足部分由冷水机组实时运行直接提供。表6可看出两种不同蓄冷控制策略的优势如下:

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各种蓄冷系统各有优缺点,具体某一建筑物来说,采取什么样的蓄冷空调,要根据实际情况来决定。一般我们可按实际情况统计出一天甚至一年的空调冷负荷,并按常规空调及蓄冷空调的设计要求确定不同的设备容量,而后根据当地电力部门颁布的峰谷差价与实际运行能耗,计算这两种系统一次性综合投资值与各自的运行费用,只要蓄冷系统多发生的一次投资在3-5.5年内能予以回收,采用蓄冷系统就是适宜的。而对于一些大型、超大型的建筑物,由于制冷设备综合投资的减少要大于蓄冰装置设备费,蓄冷就更能显示其优越性了。

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第3章冰蓄冷方案设计

3.1设计依据

本方案设计依据如下:

业主提供的设计资料

《采暖通风与空气调节设计规范》 (GB 50019-2003)

《蓄冷空调工程技术规程》 (JGJ 158-2008)

《通风与空调工程施工质量验收规范》(GB 50242002)

《采暖通风与空气调节设计规范》(GB 50019-2003)

《全国民用建筑工程设计技术措施——暖通空调?动力》(2003版)

《蓄冷技术和蓄热电锅炉在空调中的应用》吴喜平编著,同济大学

《蓄冷空调工程实用新技术》方贵银教授编著

3.2冰蓄冷负荷分布

根据工厂的运行日志大概估算出工厂的设计日负荷。本系统属空调用冷,负荷受天气因素影响较大,还有和工厂里的人员、设备的散热有关。根据业主的工厂的用冷时间,通过概算法计算出设计日逐时冷负荷,如下表7:

表7 设计日逐时冷负荷表

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图6 设计日逐时负荷分布图

3.3冰蓄冷系统设计

(1)根据负荷情况,夏季设计日尖峰负荷为557RT,设计日总冷负荷为8020RTh。

(2)冰蓄冷冷源系统设计:

选用1台350RT双工况螺杆式冷水机组,双工况主机夜间电力低谷时段24:00-8:00蓄冷运行8小时,总蓄冷量为1936RTh。白天由蓄冰槽融冰与主机直接供冷进行联合供冷。

(3)夜间电价低谷时段24:00-次日8:00蓄冰运行8小时,蓄冷量1936RTh,蓄冰槽防水保温,不会

有任何的泄露。

3.4冰蓄冷运行控制策略

不同负荷下冰蓄冷空调系统的全天运行策略是进行所有经济性分析比较计算的基础。合理的运行策略必须综合考虑系统的实际配置情况和冰蓄冷系统的运行约束条件,由于该厂夜间24:00~8:00有冷负荷,因此

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可利用原有的特灵主机进行供冷,而用双工主机与融冰进行联合供冷的控制策略,具体如下: 充分利用夜间低谷电,双工况主机在夜间全力蓄冰;

确保当天低谷电期间储备的冰量在当天供冷时充分融完;

各负荷段运行策略模拟分布如下:

(1)100%设计日冷负荷时蓄冷系统运行策略

1)全天供冷量:8020RTh;

2)蓄冰槽融冰供冷量(08:00~24:00):1933RTh;

3)双工况主机制冰量(24:00~8:00):1936RTh。

表8 100%设计日空调负荷运行策略

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图7 100%负荷日运行图

即在夜间24:00-次日8:00时段1台350RT双工况主机全力制冰8个小时, 白天电价高峰段优先融冰为主,不足部分通过由主机补充。

(2)75%设计日冷负荷时蓄冷系统运行策略

1)全天供冷量:6015RTh;

2)蓄冰槽融冰供冷量(08:00~24:00):1905RTh;

3)双工况主机制冰量(24:00~8:00):1936RTh。

表9 75%设计日空调负荷运行策略

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图8 75%负荷日运行图

即在夜间24:00-次日8:00时段1台350RT双工况主机全力制冰8个小时, 白天电价高峰段优先融冰为主,不足部分通过由主机补充。

(3)50%设计日冷负荷时蓄冷系统运行策略

1)全天供冷量:4010RTh;

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2)蓄冰槽融冰供冷量(08:00~24:00):1896RTh;

3)双工况主机制冰量(24:00~8:00):1936RTh。

表10 50%设计日空调负荷运行策略

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图9 50%负荷日运行图

即在夜间24:00-次日8:00时段1台350RT双工况主机全力制冰8个小时, 白天电价高峰段优先融冰为主,不足部分通过由主机补充。

(4)25%设计日冷负荷时蓄冷系统运行策略

1)全天供冷量:2005RTh;

2)蓄冰槽融冰供冷量(08:00~24:00):1577RTh;

3)双工况主机制冰量(24:00~7:00):1580RTh。

表11 25%设计日空调负荷运行策略

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