某校图文信息中心蓄能系统设计分析

0 前言

近几年，蓄能空调以节约运行费用、提高经济效益以及移峰填谷、平衡电力的优势，在国内受到日益广泛的重视，正逐渐投入实际运用。上海某高校图文信息中心，建筑面积4,3500 m2，拟用中央空调，从使初投资和运行费用最小化以及响应国家电力政策的角度出发，采用冰蓄冷供冷、电蓄热供热设计方案。经调研，一学生食堂距图文信息中心不远（约100m），负荷相对不大（约占图文信息中心负荷的9.5%），故将食堂计入此方案中，只需在两地间铺设管道，加大蓄能设备容量既可，无需为其设置独立的中央空调系统。这样，既简化工程、节省一部分费用又充分利用了低谷电蓄能，转移高峰电力而节约运行费用。

学校建筑的使用功能有别于一般办公楼，且设计日处于学生放假期间，故本方案设计冷负荷取夏季最高冷负荷的80%，设计热负荷取冬季最高热负荷的70%，则实际尖峰冷、热负荷分别为4844kW（1377RT）、2280kW（648RT），总冷、热负荷分别为46103kW（13109RT）、22321kW（6347RT）。

1 冰蓄冷设计

本工程采用部分负荷蓄冰系统，制冷主机和蓄冰设备为串联方式，双工况（制冷-制冰）主机位于蓄冰设备上游。融冰方式为内融冰，载冷剂为26％的乙二醇溶液，可低温送风。夜间电价低谷时制冰系统将冰蓄满，白天电价高峰时融冰供冷，融冰量通过改变进入冰盘管的水量控制，各工况转换通过电动阀门开关切换。

1.1 制冷机及蓄冰装置选型计算

1.1.1 制冷机容量

RT

cf——制冷剂制冰工况系数，机制冷剂制冰工况与空调工况制冷能力的比值。螺杆式冷水机约0.65；

n1——白天双工况主机制冷运行小时数；

n2——制冷机制冰工况下的运行小时数；

K——考虑蓄冰槽的冷损失及管路铺设的冷量损失，取10%的余量。

选两台YORK公司YSEXEXS45CJE型的水冷螺杆式冷水机组，单台制冷量为380RT（1316kW），两台制冷量为760RT（>726RT）。制冰工况时，制冷量为275RT（967 kW）。利用低谷电制冰蓄冷，所蓄总冷量为275*2*9=4950RTh。

表1 单台机组性能参数表 工况 制冷量 冷冻液温度 冷冻液流量 冷却水温度 冷却水流量 蒸发器压降 冷凝器压降 功率

kW ℃ m3/h ℃ m3/h kPa kPa kW

常规 1336 12/7 248.4 32/37 270 118 81 252

制冰 967 -5.56 248.4 30 270 112 82 250

1.1.2 蓄冰装置容量

选用5台整装式BAC蓄冰装置，型号为TSC-1020S，单台蓄冰能力为1020RTh，总蓄冰能力5*1020=5100RTh（>4950RTh），蓄冰装置的容量需大于双供况机组的蓄冰量。

1.2 蓄冷系统辅助设备的选择与确定

1.2.1 换热器

传热量：设计峰值冷负荷Qmax=4844kW，考虑管路冷量损失。

选用瑞典进口舒瑞普GX系列板式换热器，共2台。单台换热量2660kW，一次侧乙二醇温度：5.5/10.5℃，二次侧冷却水温度：12/7℃，设备承压1MPa，水阻力79kPa。

1.2.2 循环泵

流量：G=

Qo——输送冷量，kW

ρ——供、回液平均温度时密度，kg/m3

CP——供、回液平均温度时比热，kJ/kg·℃

△t——供、回液温差，℃。

① 冷冻水泵

总流量：G= Qmax /ρCP△t=4844×3600/(1000×4.2×5)=830m3/h

选用上海凯泉KQW200/370-75/4型冷冻水泵三台（两用一备）。流量L= 450m3/h，H=32mH2O，N=75kW。

② 冷却水泵

选用上海凯泉KQW200/300-37/4型冷却水泵三台（两用一备）。流量L=280 m3/h，H=28mH2O，N=37kW。

③ 乙二醇泵

选用格兰富NK125-250型乙二醇泵三台（两用一备）。流量L=280 m3/h，H=18mH2O， N=17.5kW。

1.2.3 冷却塔

选用良机低噪声冷却塔两台，型号KLN-400，处理水量G=276m3/h，N=11kW。

1.3 阀门的选用

① 闸门：切断管路内溶液流动，安装在管道直径大于100mm的系统中。

② 截止阀：切断管路内溶液流动，直径大于100mm的系统中不宜采用。

③ 止回阀：防止管道内溶液倒流，单向阀。

④ 电动阀：蓄冷系统管路上运行方式切换

。

⑤ 三通调节阀：控制载冷剂流量，实现系统充、放冷过程。

2 电蓄热设计

学校对环境要求较高，不适合采用燃煤或燃油锅炉，所以采用具有环保作用的电锅炉，管理也比较方便。为弥补电锅炉大量用电的缺点，故利用峰谷差价采用谷电蓄热、峰电释热的方案以节约运行费用、转移高峰电力。

2.1 电锅炉及供暖蓄热水箱选型计算

2.1.1 蓄热电锅炉所需容量

22321kWh/9h=2480kW

其中：22321 kWh——设计总热负荷；9h——蓄热时间。

选择2台WDR1.24-0.7/95/70-D型承压电热水锅炉，输入功率为1260kW，输出功率为1240KW，承压能力为0.7MPa。

2.1.2 蓄热容积

22321kWh×860 L/ kWh /35℃=548m3

其中：860 L/ kWh——单位千瓦蓄热容积；35℃——蓄热温差（95℃-60℃）。

蓄热水箱选用3台，单台容积为190m3，开式设计。

2.2 蓄热系统辅助设备的选择与确定

2.2.1 供暖用板式换热器

采用水-水换热器，热侧进出口计算温度为95℃/60℃，冷侧进出口计算温度60℃/50℃，换热量为2280kW，选择一台瑞典阿法拉伐板式换热器，高温型，密封材料为EPDM。

2.2.2 蓄热水泵

设计流量：2480kW×860/35℃= 61 m3/ h

蓄热泵只克服管道，阀门、锅炉、水箱等的阻力，考虑不确定因素，扬程取15m。选用2台蓄热泵，流量为70m3/h，1用1备。型号为KQL100/110-7.5/2。

2.2.3 供暖循环泵

设计流量为：2280kW×860/30℃= 65 m3/h

选择两台KQL100/125-11/2型一次供暖循环泵，流量72 m3/h，扬程取21m ，1用1备。供暖一次循环泵变频控制。

2.2.4 软化水系统

选取时间型，流量为6m3/h的软水设备1套。

2.2.5 软化水箱

选取1台，容积为6m3，碳钢制作。

2.2.6 软化水补水泵

补水水泵流量为6.6m3/h，扬程为12m，2台，1用1备。

3 经济分析

热泵由于安装简便、四季兼用、占地面积小而越来越备受欢迎，但热泵也有在极点温度下效果不佳、运行费用高等缺点。针对本工程设计，对蓄能空调和热泵空调做经济性比较。该区电价政策实行峰谷段制，7:00-22:00为谷电，0.262元/度，其余为峰电，0.799元/度。全年供冷时间按120天计（100%负荷运行15天，80%负荷运行30天，60%负荷运行45天，40%负荷运行30天），全年供暖时间按60天计（100%负荷运行5天，80%负荷运行15天，60%负荷运行20天，40%负荷运行20天）。

3.1 设备初投资比较

两方案的设备投资概况见表2、表3，图文信息中心与食堂的管道费用约10万元，所以两方案的投资差额约为：675.43+10-601.08=84.35万元。可见蓄能空调的初投资一般高于常规空调系统，在此约高出风冷热泵系统投资的14%。

表2 图文信息中心与食堂蓄能空调投资概况

表3 图文信息中心与食堂风冷热泵投资概况

3.2 运行费用比较

右图为100%设计负荷时蓄冰双工况制冷机组的冷负荷分配图，蓄冰空调和风冷热泵在100%设计冷负荷时的当日运行费用经计算分别为8527元、14271元，此运行费用考虑峰谷电价、主机耗电指标和开停时间等因素，包括主机和泵，可见热泵的运行费用较高。在100%设计热负荷时，电锅炉系统蓄热和热泵系统供暖的运行费用计算如下：

（1）电锅炉：1250KW/台×2台×9h×0.262元/KW=5895元；

蓄热水泵：7.5KW×9h×0.262元/KWh=17.685元；

供暖循环泵：11KW×15h×0.799元/KWh =131.835元；

供暖水泵：22321/2280×75×0.799=586.66元；

100%设计负荷时运行费用：5895＋17.685＋131.835+586.66=6631.18元；

电锅炉系统冬季年供暖运行费用为：6631.18×(5＋0.8×15＋0.6×20+0.4×20)= 245353.66元（约24.54万元）。

（2）热泵：22321/2280×1001.8×0.799=7836.22元；

循环泵：22321/

2280×97×0.799=758.75元；

100%设计负荷时运行费用：7836.22＋758.75=8594.97元；

热泵系统冬季年供暖运行费用为：8594.97×(5＋0.8×15＋0.6×20+0.4×20) =318013.89（约31.8万元）。

两方案其它负荷下的运行费用见表4，其中全年运行费用差额为89.7–148.64=–55.9万元，投资回收期为84.35/55.9=1.43年，此回收期是比较理想的。

表4 费用汇总及经济分析

4 总结

冰蓄冷与电蓄热的结合使运行费用大大降低，相对风冷热泵虽然初投资较高，但在1.43年内就能收回。电锅炉不产生环境污染，保证学校的清洁，采用蓄热方式又为学校节约了运行费用。蓄能空调不仅为用户节约开支，又为电力调峰事业做出一定贡献，具有经济效益和社会效益（火力发电厂的扩容对经济和环境都是不利的），是一项双赢举措。机房设置在图文信息中心地下室，通过铺设在图文信息中心与食堂两地之间的管道将能量输送到食堂，使食堂无需单独配置空调系统，简化工程及日后管理。蓄冰系统的蓄冰量占总冷负荷的37.8%，冬季热负荷全由电锅炉蓄热供给，移峰量大。通过上述的设计计算及经济比较，可见蓄能空调实用可行，且该高校的蓄能空调联供两幢建筑，可以联想到大范围的区域集中供给（DHC）,将蓄能技术与代表城市中央空调发展方向的区域供冷供热系统完美的结合在一起，必将得到广泛的应用。

参考文献

[1]范庆，陈永林，叶水泉.蓄能中央空调系统在区域供热供冷（DHC）中的应用.[J].制冷空调与电力机械,2002,23(01).

[2]方贵银.蓄冷空调工程实用新技术.[M].人民邮电出版社, 2000年5月.