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“冰蓄冷系统”在医院工程中的应用

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时间: 2018-11-14
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北京协和医院历史悠久,现院区建筑面积已达万平方米,各楼宇均配备中央空调系统调节医院室内温度。因部分中央空调制冷机组达到报废年限,工况效能随之下降,对能源成本控制不利,需要进行制冷系统设备更新改造工作。此次改造范围包含建筑面积为 63659 ㎡的内科楼与建筑面积为13400 ㎡的老门诊楼的制冷系统,制冷站设在内科楼,站内原设有 300RT 螺杆制冷机组和 600RT 约克制冷机组。

改造“冰蓄冷系统”后,设计日峰值冷负荷为1972RT,夜间有约 50% ~60%的空调冷负荷,设计日总冷负荷为 36000RT,系统采用二管制。对已达到使用年限的原有 3 300RT 螺杆机组更新为一台双工况离心式冷水机组。原有冷冻泵、冷却泵、冷却塔对应更换,增加乙二醇泵及冷却泵并均设置备用泵。原有两台 600RT 约克机组维持现状,作为基载冷机,对应冷冻泵及冷却塔维持不变。



一、制冷系统改造方案


改造项目须与原有两台约克 600RT 制冷机组设备联合制冷,才能利于医院运行维护,达到预期效果。

(一)技术对比

常规制冷系统与中央空调系统技术成熟,采用“冰蓄冷系统”可达到用电移峰填谷的目的,有利于整个社会资源的优化,同时也使其因峰谷电价的差异而得到了经济上的实惠,实现了社会效益和经济效益的双丰收。

(二)投资对比

根据医院实际用量情况,通过常规制冷机组系统主要设备投资与“冰蓄冷系统”主要设备投资估算对比,“冰蓄冷系统”改造比常规制冷机组改造投

229.5

(三)运维费用对比

按照协和医院平均每年日夏季制冷负荷、年北京市时段峰谷电价计算,中央空调“冰蓄冷系统”比中央空调常规制冷机组运行年结余约55.41

(四)投资回报

“冰蓄冷系统”虽然在改造投资超过常规制冷系统,但在日常开支中每年可相对节省,约 4.14 年可回收超出的投资。随着国家峰谷电力政策的进一步实施,峰谷电价差会增大,电力高峰期会增长,由此“冰蓄冷系统”将显示出极大的优越性。

(五)空间放置

I B2 层冷冻机房区域约 400 后投入“冰蓄冷系统”或常规制冷系统均可满足设备放置、日常运维。



二、“冰蓄冷系统”组成


北京协和医院改造“冰蓄冷系统”采用有基载冷机上游串联式蓄冰系统,主要由蓄冰系统、制冷机组、冷却系统、板换、配电系统、自控系统等部分组成,见图 1

(一)制冷机组

制冷机组采用 1 台制冷工况为 925RT、制冰工况为 651RT 双工况离心式冷水机组,负载侧冷冻水循环泵为3600m3 /h310kpa75KW

用一备),基载冷机使用原有两台 600RT/

(二)蓄冰系统的组成

蓄冰系统采用乙二醇溶液作为冷媒,由乙二醇泵、蓄冰设备、乙二醇系统定压装置、板式换热器及相应的管路系统组成。其中蓄冰设备为 56 TSC-L92M 冰槽组成,续冰冷量为 5152RTH ;乙二醇循环泵采用两台(一用一备)变频水泵,流量670m3 /h 390kpa;乙二醇系统定压装置采用两台补液泵(一用一备)和气压罐组成。

(三)冷却塔系统的组成

冷却塔系统由冷却塔、冷却泵、旁通出力仪组成。双工况冷却塔设备采用 1 CDW -875ASY 型超低噪声横流式冷却塔,7.55KW 风扇,水流量875m3 /h,当室外温室球温度 28℃时,冷却塔进出口水温 37/32℃;双工况冷却循环泵采用两台(一用一备)90KW /台,流量为 720m3 /h 320kpa水泵;旁通处理仪采用两台 TYII-600Q 0.3KW /台进出水口管井 DN32

(四)板换

板式换热器为两台每小时换热量为3700KW /台,一次侧乙二醇进出水温度 3/11℃,二次侧空调冷水进出口水温度 12/7

(五)配电系统组成

由配电室低压系统引入 1250A 封闭母线一条供双工况制冷机组,ZR-YJV-2(3x185+2x95)供乙二醇水泵、冷却水泵,ZR-YJV-2(3x185+2x95)供冷冻水循环泵、双工况冷却塔、旁通处理仪、补水装置、补液泵、补水泵。

(六)自控系统的组成

Schneider DDC(直通数字控制器)为核心,集散式控制结构,系统主要包括中央控制计算,中央控制器(DDC)、传感器、变送器、电动执行机构等组成。



三、“冰蓄冷系统”原理与应用


(一)“冰蓄冷系统”基本原理

“冰蓄冷系统”实际上是对能源的一种储备,在用电低谷、电价较低时开始制冰,蓄存冷量,而在用电高峰、电价较高时停止制冰,依靠储存的冷量交换制冷,从而完成能源利用在时间中的转移,节省运行费用,降低运行成本。

(二)“冰蓄冷系统”功能应用

1.“冰蓄冷系统应用”设计

“冰蓄冷系统”运行是利用现代的计算机技术和网络系统,实现对所有系统中所有设备的集中管理、控制和自动监测,确保各个部分的设备安全运行达到最佳状态,并节省系统运行能耗,及时发现故障,同时提高医院人员舒适感及工作效率,最大限度延长设备使用寿命。自控系统应用整体设计遵循安全性、稳定性、实用性、便捷性、先进性、扩展性、开放性、兼容性 FF1A

1)安全稳定性。确保系统在任何情况下均可安全、稳定的运行。例如负荷短期变化剧烈、系统断电及部分设备损坏等情况,保证供冷区的供冷 24小时不间断。

2)实用便捷性。“冰蓄冷自控系统”具备运行“冰蓄冷系统”完整的软硬件支持,符合实际需要的国内外有关规范的要求,并且操作方便,对操作人员进行培训后,便可掌握系统使用方法。具备管理维护方便、操作简单、显示直观、记录打印、快速响应等特点。

3)开放扩展性。系统遵循开放性原则,具备符合国家标准的软件、通信、网络、操作系统和数据库管理系统等方面的接口与工具,使系统具备良好的灵活性、兼容性、扩展性和可移植性;支持多种通用的通信协议,如 BACNETETH ERNETLENW ORKSRS232RS485 等,能够向第三方系统或设备提供开放接口,与建筑自动化其它系统实现资源共享,便于完善控制与管理。

2.“冰蓄冷自控系统”原理

原理一:“蓄冰系统”与冷却水设备。冷水机组与相关的电动水阀、乙二醇泵、冷却水泵、冷却塔风机等的电气连锁;冷却水温控制冷却塔风机转速。

原理二:板式换热器间接供冷的空调冷水系统。根据热交换器二次水的供水温度控制乙二醇电动调节阀开度;供回水压差控制空调冷水泵转速。

原理三:乙二醇溶液系统。根据“蓄冰系统”工作模式,控制乙二醇泵运行台数;根据“蓄冰系统”不同工作模式下的流量控制乙二醇泵转速。

原理四:系统启停顺序控制。系统启动时,开启相应的各个阀门——冷却塔——冷却水泵——冷

冻室泵——冷水机组,系统停止顺序相反。

3.“冰蓄冷自控系统”监控范围

1)控制点:冷却塔风扇(5 台)、冷却水循环泵(2 台,定频运行)、双工况冷机(1

乙二醇循环泵(2 台,变频运行)、冷冻水循环泵(3台,变频运行)、空调补水泵(2 台,变频运行)、乙二醇补液泵(2 台)、系统中各个开关及阀门调节。

2)监测点:冷却水供 /回水温度、冷冻水供 /回水温度、冷冻水供 /回水压力、冷冻水回水流量、双工况冷机乙二醇侧供 /回水温度、乙二醇流量、蓄冰槽进 /出口温度、蓄冰槽液位、板换乙二醇侧进 /出口温度、乙二醇补液箱液位;

3)监控设备:双工况冷机运行状态检测、故障报警、运行模式状态反馈、双工况冷机运行启停控制、运行模式控制;冷却塔风机运行状态、故障报警、频率反馈、频率控制、启停控制;冷冻水泵运行状态、故障报警、频率反馈、频率控制、启停控制。

4.“冰蓄冷自控系统”基础控制模式“冰蓄冷自控系统”具备四种控制模式,可根据季节、室外温差变化、系统负荷情况适时调整融冰模式,见表 1

1 “冰蓄冷自控系统”四种控制模式


“冰蓄冷系统”在医院工程中的应用


2.“冰蓄冷自控系统”基础控制模式原理图


“冰蓄冷系统”在医院工程中的应用


)双工况冷机蓄冰。双工况制冷机一般夜间蓄冰(),该时段为北京电力低谷期。在该时段内双工况冷机切换到制冰工况满负荷运行,将乙二醇溶液温度降到℃,之后进入蓄冰设备。低温的乙二醇溶液和蓄冰设备内的热水交换,水放出潜热后冻结成冰,乙二醇溶液吸收水的潜热后温度升高至 -2.07℃,再经过乙二醇泵进入主机降温,直到制冰结束;

2)双工况制冷、蓄冰设备联合供冷。由于北京市夏季气候炎热,空调冷负荷较大,系统双工况冷机、蓄冰设备联合供冷的模式使用较多。乙二醇系统中,各电动阀门调整到位,蓄冰设备回路总阀开启,旁通回路处于调节状态,在主机、蓄冰设备、板换和乙二醇泵之间形成循环,乙二醇溶液先进入主机降温,之后进入蓄冰设备与冰发生热交换,冰吸收潜热发生相变,乙二醇溶液放热后温度降至 3℃,进入板换与冷冻水交换产生 7℃冷水满足使用环境需要。换热后的乙二醇溶液温度升高到11℃巡回到主机降温,根据进入板换前乙二醇溶液

温度调节蓄冰设备出口阀门和蓄冰设备旁通阀门,使进入板换前的乙二醇溶液温度稳定在 3℃。板换换热时,可根据冷冻水供回水压差调节冷冻泵转速,保证冷冻水供水温度稳定在设计温度 7℃,这种设计回路能保证乙二醇系统流量稳定,从而保证系统工作的稳定性。通过阀门 V 2 可以调节供冷温度计供冷流量。标准设计日冷负荷逐渐减少,可通过优化控制实现蓄冰设备的有效融冰满足用户需求;

3)双工况制冷机单供。根据“冰蓄冷系统”的运行优化原则,蓄冰设备的融冰供冷尽量用在电力高峰时段,在运行中主要应用在电力平峰时段适当开启冷机直接供冷。此时乙二醇溶液经过冷机降温后通过阀门 V 2V 4 送入板换。乙二醇系统在主机、板换、乙二醇泵之间循环,经过主机冷却后直接进入板换与冷冻水进行热交换,换热完成的乙二醇溶液经乙二醇泵后流回主机;

4)蓄冰设备单独供冷。空调负荷较小时可充分体现“冰蓄冷系统”的优越性,实现全融冰供冷。这样除水泵消耗电能外,没有大用电设备运行,最大限度移峰填谷,节省运行费用。乙二醇系统中电动阀门调整到相应开关状态,蓄冰设备回路总阀开启,旁通回路调节,在主机、蓄冰设备、板换和乙二醇泵之间形成循环,乙二醇溶液从板换出来后进入蓄冰设备,冰吸收潜热发生相变,乙二醇溶液放热后温度降至 3℃,进入板式换热产生 7℃冷冻水,乙二醇溶液再回蓄冰设备降温。



四、“冰蓄冷系统”日常管理


北京协和医院每年供冷季为月份,根据当年气候调整供冷时期。日间以市电峰值融冰优先,并根据室外温度,冷机负荷情况,适时调整运行模式,将蓄冰冷量分布到日间各时段使用。夜间内科楼病房需要提供冷源,根据季节、气象、冷机负荷,减少或保持两台基载 600RT 冷机运行,保证双工况冷机夜间蓄冰。

按照医院后勤管理手册有关制冷机房制度执行,包括巡检制度、维护保养计划、交接班制度、运行记录制度、访客制度、防火安全制度等。并根据医院 PDCA 管理方法,逐步完善机房管理缺陷,不断摸索节能运行方式,使之减少医院成本最大化。



五、结束语


通过北京协和医院“制冷机房改造”项目,发现尽管冰蓄冷系统具备节省能源开支优势,却并不能真正起到节约能源的结果,只有在国家推行峰谷电价的政策下,才能发挥出“冰蓄冷系统”的特性,建议医院管理者从各医院实际出发,选用适用的系统。


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