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精雕数控基地水蓄冷、水蓄热设计及技术经济分析

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时间: 2018-03-16
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摘要:本文在北京某开发区多层工厂房工程空调系统设计中,采用了水蓄能的冷热源系统型式,针对该工程的具体情况对水蓄能系统与常规空调系统作了的技术经济分析,对水蓄能在实际工程中应用方面进行了探讨。

关键词:水蓄能 水蓄冷 水蓄热 技术经济分析 运行管理

 

1.前言:


随着建筑工程的不断发展,绿色环保节能作为一个理念,越来越多的渗透入从技术到应用的各个环节中。08奥运工程、2010上海世博会工程都是这一发展趋势的丰富体现,环保节能理念已经成为建筑工程设计是否优质的衡量标准。对应于暖通专业,这一理念就是降低能耗,提升能效比,充分利用现有资源。水蓄能也是节能环保的技术,基于此,本文作者在北京某工厂项目中应用了水蓄能技术,以期达到高效节能、经济环保的效果。

2.水蓄能技术特点:

2.1.经济性:充分利用国家的分时电价政策,可以大大节省运行费用。削峰填谷,平衡电网压力。

2.2.实用性:水蓄能能够实现水蓄冷和水蓄热的双重用途。比较冰蓄冷改变制冷机的工作条件,水蓄冷可以使用常规冷水机组,保持制冷机的高效率运行;比较冰蓄冷系统对取冷功率有较大的限制,水蓄冷有直接取冷,取冷快的特点;水蓄能初投资省,维修简单,也可节省维护保养费用。

2.3.节能:夏季夜间气温较低,冷却效果好,系统满负荷运转时间较多,从而提高冷机的工作效率。

2.4.合理性:水蓄能可减小制冷设备又可减小电锅炉的装机容量和用电容量。从而减少了电力投资费用(包括电力补贴费和变压器、配电柜等电力设施)。另外作为备用冷热源,增加了空调系统的可靠性;也可削峰电。③其中水蓄冷还可结合低温送水和低温送风,减少设备的容量,降低设备的噪音。

2.5.环保由于白天开的冷机较少,所以噪音很小,而且清洁无污染,操作方便。

 

3.工程概况

本工程多层工厂车间及实验楼,地处门头沟开发区内,建筑面积27000m2,建筑高度23.1m,属厂房建筑。地下一层为蓄能、泵房、制冷热机房、变配电室。地上层,为厂房、实验室、办公室、会议、职工活动室等用房。

工程为多层工业厂房及实验楼,具有以下特点:内部设备发热量大建筑造型窗墙比大,空调峰值负荷高本工程为单班工作制,夜间无负荷。蓄冷时,空调负荷峰谷差异与电力供应峰谷差异一致;蓄热时,蓄热水温与室内设计温度温差大,水蓄能罐内可蓄热量大。因此,综合考虑本工程非常适于采用空调系统

4.冷热负荷及水蓄能量

4.1本项目中空调夏季总尖峰冷负荷为3094kW。空调夏季集中冷源为设于地下一层的两台螺杆式冷水机组,供回水温度为7 /12,与其配合使用的冷冻水泵和冷却水泵各两



台。设计使用两台冷机总制冷量1760kW,接合本项目实际情况,采用部分蓄冷(削峰),蓄冷5.5个小时,蓄冷槽蓄冷水4℃,蓄冷量为9453kWh,部分负荷蓄冷率37.9%。蓄冷槽的有效体积为2508m3(罐体尺寸为4.8m、直径12m)。设计日冷负荷如下图1所示:

水蓄冷

1水蓄冷空调设计负荷平衡图

 

4.2本项目中空调冬季总尖峰热负荷为2558kW。空调冬季集中热源为设于地下一层的两台电锅炉,热水供回水温度为60/50,考虑节能,其系统为单设的热水泵。设计日全天的热负荷为:18250kWh。两台电热锅炉总制热量2334kW。蓄热8个小时,蓄热槽蓄热水81.6℃,蓄热量为18673kWh,全蓄热。蓄热槽(冷热兼用)的有效体积为1508m3。设计日热负荷如下图2所示:

蓄热

2 水蓄热空调设计负荷平衡图

 

5. 系统原理

本项目系统原理见图3(以制冷为例),系统运行方式见表1

水蓄冷

3 水蓄冷系统原理

系统运行情况如下:

①蓄冷时,开蓄冷泵,冷机供蓄冷罐储冷;

②冷机单供时,开冷冻泵,冷机直接供用户用冷;

③冷槽单供时,开放冷泵,蓄冷罐冷量通过板换间接供给用户;

④冷机+冷槽供冷时,开冷冻泵+放冷泵,冷量通过制冷剂和蓄冷罐并联供给用户;

⑤冷机蓄冷+供冷,开冷冻泵+蓄冷泵,冷机制冷同时供蓄冷罐储冷和用户用冷。

各运行工况V1~V6阀门运行情况列表1如下:

工况

V1

V2

V3

V4

V5

V6

①冷机蓄冷

②冷机单供

③冷槽单供

④冷机+冷槽供冷

⑤冷机蓄冷+供冷

调节

调节

1 水蓄冷系统运行方式

 

6.综合经济分析

6.1蓄热:以冬季为例,蓄热运行与常规空调运行情况对比如下表2


冬季蓄热空调系统

年运行费用

冬季常规空调系统

运行费用

负荷率

天数

(天)

天运行电费

(元)

电费

(万元)

天运行电费(元)

电费

(万元)

100%负荷运行

20

5584

11.17

10886

21.77

75%负荷运行

40

4188

16.75

8235

32.94

50%负荷运行

40

2792

11.17

5584

22.34

25%负荷运行

20

1396

2.79

2933

5.87

总计

120


41.88


82.91

2 水蓄热与常规空调运行情况对比表

蓄能系统较之常规系统减小了电锅炉及冷机功率,因而仅就制热设备而言,减少了初投资,其制热设备初投资及运行费用列表3如下:


蓄热系统(万元)

常规系统(万元)

蓄热-常规(万元)

制热设备初投资

341.5

359.0

-17.5

年运行费用

41.88

82.91

-41.03

3 水蓄热与常规空调经济分析比较表

 

6.2汇总蓄能空调与常规空调中的投资(仅制冷制热设备)、运行费用比较列简表4如下:


蓄冷系统-常规系统

(万元)

蓄热系统-常规热泵系统

(万元)

合计

(万元)

制冷制热设备减少的初投资

-19.6

-17.5

-37.1

年节约电费

-15.67

-41.03

-56.7

4 蓄能空调与常规空调投资费用比较

6.3蓄能空调需要另增加投入的费用:蓄能槽投资56×2=112万元;地下室土建建造蓄能槽投资2100/平米×333=69.9万元;增设4台小水泵,加装水管、控制系统50万元。

6.4投资运行成本总结如下:

总投资增加112+69.9+50 -37.1=194.8万元,年节约运行费用56.7万元。194.8÷56.7=3.44,因此本工程运行约3.44年(不计息、不计电价波动)收回总投资。

6.5另续:

①本项目地处开发区,使用开发区电价,非商业用电。项目所处开发区电价与北京市商业电价比较表如下表5

电力时段

分时

地处的开发区

电价(元/kWh

北京市商业

电价(元/kWh

尖峰

789月)

11:00-13:00,20:00-21:00

0.7081

1.3003

高峰

10:00-15:00,18:00-20:00

0.6536

1.1933

平峰

7:00-10:00,15:00-18:00,20:00-23:00

0.4645

0.7525

低谷

23:00-7:00

0.2826

0.3369

5 项目所处开发区电价与北京市商业电价比较表

从电价上容易看出商业用电电价差更大,节约性更好。

②本工程未设消防水池,如若设消防水池,消防水池可用作水蓄冷槽,则可减小水蓄能部分的初投资。

如果上两项均实施,增加了年节约电费,减小了蓄能空调另增初投资,则投资收回时间缩短为2年。

 

7.运行管理的技术要求

7.1.系统有完善的自动控制装置,可以调节供、蓄能温度,系统循环量,使用单位应根
据用热需要、系统特点及电力供应等因素,经技术经济比较,制定合理的全年运行模式,并制订相应的操作规程。在日常运行中,则应根据日负荷变化的情况选择合适的运行方式,即蓄能运行,单释能运行、直供运行、蓄供并用运行或释能直供并用运行方式。

7.2.冷机和电锅炉应充分利用电网低谷时段电力,然后再考虑进入平、峰时段运行。

7.3.在满足供能前提下,宜尽量减小蓄能罐与室外温差,以减少散能损失。

7.4.在满足供能前提下,宜降低系统的内循环流量,以减少内循环能耗。

7.5.系统设置分时耗电量,供能量计量仪表。应认真做好运行记录,并定期进行分析。调整运行方案,以达到最经济运行的目的。


本文作者给出部分负荷参考运行状况如下图45所示。夏季水蓄冷为部分负荷蓄冷,全日冷负荷大于蓄冷量时,优先调节冷机峰电时运行时间及运行功率;冬季水蓄热为全负荷蓄热,部分负荷时减少蓄热锅炉运行时间,减小蓄热水蓄热温度同环境温度差,以达到减少散能的目的。

水蓄冷水蓄冷水蓄冷

4 水蓄冷空调75%50%25%负荷平衡图

水蓄热水蓄热水蓄热

5 水蓄热空调75%50%25%负荷平衡图


8.结论

本文建议工厂、机场等距离市中心较远(便于找到水蓄能罐的安放位置)的项目在采用电制冷制热时,应积极考虑采用水蓄能技术。使用上能达到一劳永益的目的。


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