深圳某商业项目采用冰蓄冷中央空调可行性报告.docx
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深圳某商业项目采用冰蓄冷中央空调可行性报告
深圳某商业项目
采用冰蓄冷中央空调可行性报告
前言
近几年,国内冰蓄冷空调工程得到迅猛发展,许多冰蓄冷空调工程投入使用对改善和缓解电力供需矛盾,平抑电网峰谷差起到积极作用,取得了很好的社会效益和经济效益。
本文对冰蓄冷中央空调和常规电制冷中央空调进行比较分析本工程商业部分使用冰蓄冷中央空调方案是完全可行的,取得的经济效益是明显的。
一.中央空调系统形式比较
1.冰蓄冷系统特点
冰蓄冷空调是利用夜间低谷荷电力制冰储存在蓄冰装置中,白天融冰将所储存冷量释放出来,减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量,有如下优点:
a.利用蓄能技术移峰填谷,平衡电网负荷,提高电厂发电设备的利用率,降低电厂、电网的运行
成本,节约电厂、电网的基础建设投入。
b.利用峰谷荷电价差,大大减少空调年运行费用(根据电价政策,省电费)。
c.减少冷水机组容量,降低主机一次性投资;总用电负荷少,减少配电容量与配电设施费。
d.使用灵活,过渡季节、节假日或者下班后部分办公室使用空调可由融冰定量提供,无需开主机,
节能效果明显,运行费用大大降低。
e.具有应急功能,提高空调系统的可靠性。
f.上班前启动时间短,只需15-20分钟即可达到所需温度,而常规系统则需1小时左右。
g.可实现大温差低温送风变风量空调系统,提高空调品质,目前较为先进的空调形式即为冰蓄冷大温差超低温送风变风量全空气空调系统。
2.常规电制冷冷水机组系统特点
a.系统相对简单,占地比冰蓄冷小(为冰蓄冷二份之一)。
b.冷水机组的数量与容量较大,相应的其他用电设备数量、容量也增加,运动设备的增加加大了维护、维修工作量。
c.总用电负荷大,增加了变压器配电容量与配电设施费。
d.所使用电量均为高峰电,因此加大了电网的不均衡性。
e.耗电设备的容量大,同时不享受峰谷电价政策,导致设备运行费用较大。
f.运行方式不灵活,在过渡季节、节假日或休息时间个别办公室加班,需要开主机运行,形成大马拉小车,浪费了机组的配置能力,增加了运行费用,主机的频繁开停对机组的寿命影响很大。
3.深圳市蓄冷空调电力政策
a.免电力贴费;
b.实行分时电价,并安装分时电表单独计量;
分时电价政策为:
用电类别
基本电价
电量电价(元/kW·h)
10kV高供高计
10kV高供低计(380V/220V计量)
110kV高供高计
220kV高供高计
峰
平
谷
峰
平
谷
峰
平
谷
峰
平
谷
大量用电
101至3000kVA,按变压器容量(元/kVA·月)
24
商业服务业
每月每千伏安用电
250kW·h及以下
1.1366
0.8566
0.5066
1.1566
0.8766
0.5266
1.1266
0.8466
0.4966
1.1166
0.8366
0.4866
250kW·h以上
1.1166
0.8366
0.4866
1.1366
0.8566
0.5066
1.1066
0.8266
0.4766
1.0966
0.8166
0.4666
工业
250kW·h及以下
1.0366
0.6566
0.3216
1.0566
0.6766
0.3416
1.0266
0.6466
0.3116
1.0166
0.6366
0.3016
250kW·h以上
1.0166
0.6366
0.3016
1.0366
0.6566
0.3216
1.0066
0.6266
0.2916
0.9966
0.6166
0.2816
其他
250kW·h及以下
0.9516
0.7966
0.4316
0.9716
0.8166
0.4516
0.9416
0.7866
0.4216
0.9316
0.7766
0.4116
250kW·h以上
0.9316
0.7766
0.4116
0.9516
0.7966
0.4316
0.9216
0.7666
0.4016
0.9116
0.7566
0.3916
高需求用电
3001kVA及以上,按最大需量(元/kW·月)
44
商业服务业
每月每千伏安用电
400kW·h及以下
1.0616
0.8066
0.4766
1.0816
0.8266
0.4966
1.0516
0.7966
0.4666
1.0416
0.7866
0.4566
400kW·h以上
1.0416
0.7866
0.4566
1.0616
0.8066
0.4766
1.0316
0.7766
0.4466
1.0216
0.7666
0.4366
工业
400kW·h及以下
0.9266
0.6066
0.3266
0.9466
0.6266
0.3466
0.9166
0.5966
0.3166
0.9066
0.5866
0.3066
400kW·h以上
0.9066
0.5866
0.3066
0.9266
0.6066
0.3266
0.8966
0.5766
0.2966
0.8866
0.5666
0.2866
其他
400kW·h及以下
0.8866
0.7466
0.4066
0.9066
0.7666
0.4266
0.8766
0.7366
0.3966
0.8666
0.7266
0.3866
400kW·h以上
0.8666
0.7266
0.3866
0.8866
0.7466
0.4066
0.8566
0.7166
0.3766
0.8466
0.7066
0.3666
普通用电
工业
1.2666
0.7966
0.3816
商业、服务业
0.9766
其他
0.9166
城乡居民生活用电、有关机构及农业用电电价
0.68
说明:
1、本价目表依据粤价[2006]145号文《关于调整我省销售电价的通知》制定,自2006年8月1日(按抄见电量)起执行。
本次电价调整工业、商业服务业、其他类用电价格均加价3.2分/千瓦时,蓄冰空调用电亦同量加价,其谷期电价为0.2606元/千瓦时。
2、城乡中小学校教学用电一律按居民住宅或非工业、普通工业的分类价格择低执行。
3、峰谷电价的实施范围:
深圳市的工业用电、101千伏安及以上的商业(服务业)用电、101千伏安及以上的其他类别用电。
峰谷时段划分:
高峰时段(9:
00—11:
30、14:
00—16:
30、19:
00—21:
00)、平时段(7:
00—9:
00、11:
30—14:
00、16:
30—19:
00、21:
00—23:
00)、低谷时段(23:
00—次日7:
00)。
4、酒吧、网吧、歌舞厅、卡拉OK、桑拿按摩、足浴美容美发、娱乐城等商业(服务业)类中的娱乐业不实行峰谷电价,按商业类平段电价执行。
银行等金融业用电户执行商业(服务业)类电价。
5、力率调整电费按原水电部(83)水电财字215号文执行。
6、继续执行对电解铝、铁合金、电石、烧碱、水泥、钢铁等六个高耗能行业的差别电价政策。
二.工程概况
该商业中心,总空调面积6万平方米左右。
夏季的尖峰冷负荷为4800RT,使用时间为0:
00-24:
00。
根据储能空调理论及以往工程的经验、并结合本工程的实际情况,经研究发现应用于本工程的中央空调的冷负荷具有以下几点特殊性:
1.全年逐日不均匀性:
夏季每天的冷负荷不相同,温度最高的天数占整个使用空调天数的比例很小,不到10%;75%负荷的时间占16%左右。
50%负荷的时间占60%左右。
30%负荷的时间占16%左右。
2.全天逐时不均匀性:
全天的气温每小时均不同,负荷也不相同。
本工程夏天设计日(气温最高那天)空调的逐时冷负荷分布如图1所示。
由图1可以看出:
空调冷负荷在白天15:
00-16:
00最高,达到4800RT,晚上电力低谷期冷负荷为0,峰谷负荷差为4800RT。
三.冰蓄冷空调系统方案
1.系统设计原则
●经济
储冰系统设计须依据影响初期投资及运行成本的各种因素综合考虑而确定,储冰空调系统中的储冰容量越大,初期投资越高,但可节约更多的运行成本,因而在方案设计时,须详尽研究系统的电力增容投资、峰谷电价结构及设备初投资等资料,以期达到最佳的经济效益,在尽量降低初期投资的同时节约更多的运行成本,转移更多的高峰用电量。
●完整可靠
评价储冰系统品质的最重要的依据是系统的整体效能及运行稳定性。
进行系统设计时,须结合储冰系统的运行特点,优选各种设备,以使系统配合完美,符合整体运行要求;各种配套设备也要求能经受长期稳定工作的考验,减少对系统的维护,满足寿命要求。
●有效地利用空间
与常规空调系统相比,储冰装置需占用一定的空间,而冰槽、冰罐可放置于地面、屋顶或汽车道绿化带下面,从而不占用有效空间。
2.储冰模式选择
2.1全量储冰模式
主机在电力低谷期全负荷运行,制得所需要的全部冷量。
在电力高峰期,主机不需要运行,所需冷负荷全部由融冰来满足,其运行费用虽然很低,但系统的储冰容量、主机及配套设备容量均较大,系统的初期投资较高。
该储冰模式主要适用于负荷集中,使用时间短的建筑。
2.2负荷均衡的分量储冰模式
主机在设计日均以满负荷运行,在设计负荷日,当主机制冷量小于冷负荷量时,不足部分由融冰补充;主机在电力低谷期全负荷运行,制得所需要的全部冷量。
虽然运行费用较全量储冰高,但系统的储冰容量、主机及配套设备容量均较小,系统的初期投资较低。
本工程推荐采用分量储冰模式
3.冰蓄冷空调系统
3.1系统设备配置
由于离心式制冷机组能在低温工况下稳定运行,且在制冰期内具有较高的工作效率,故在储冰系统中采用离心式制冷冷组较为经济、有效。
本系统选用4台制冷量为750RT的双工况离心式制冷机组用于制冰和供冷。
夜间23:
00-次日7:
00电力低谷期内双工况主机制冰,总储冷量为15640RTh,制取的冷量储存在储冰装置中。
在大楼空调设计日的白天,双工况机组以空调工况运行直接制冷,满足部分冷负荷的需要,不足的冷量由融冰补充;而在过渡季节(气温不是很高时)使用较少时,系统将依据实际的冷负荷需求,通过控制系统调节运行模式,自动调整每一时段内储冰装置融冰供冷及主机供冷的相对应比例,以实现分量储冰模式逐步向全量储冰模式的运行转化,按照储冰装置优先供冷的原则,最大限度地控制主机在电力高峰期间的运行,节省运行费用。
本工程空调机房设备的配置、技术参数及报价见表2。
表2冰储冷方案空调机房设备配置、技术参数表
序号
名称
型号规格
数量
总功率
(kW)
单价
(万元)
总价
(万元)
备注
1
双工况离心式机组
750RT
4台
4*508
135
540
合资
2
低噪声冷却塔
600m3/h.
4台
4*22
22
88
国产
3
冷却水泵
600m3/h,28m
5台
4*55
8
40
进口,四用一备
4
乙二醇泵
370m3/h,41m
5台
4*45
6
30
进口,四用一备
5
冷冻水泵
725m3/h,36m
5台
4*90
12
60
进口,四用一备
6
板式换热器
290万kcal/h
5台
46
232
合资
7
储冰装置
盘管
15640RTh
0.05
782
进口
8
乙二醇
25%涤沦级溶液
23吨
0.6
13.8
国产
9
全自动控制系统
PLC
1套
90
90
硬件进口
合计
2880
1876
注:
a.以上为主要设备的方案报价,未包括安装主材等费用;
b.选用的制冷主机为外资独资进口件组装产品,性能与进口机组相同;
c.配有控制系统可以做到无人值守,同时进行优化控制,节约运行费用。
d.系统按照最优配置,既考虑初投资,也考虑到运行费用的节省。
3.2主要设备介绍
3.2.1双工况制冷主机
双工况制冷主机与常规制冷主机的差别仅仅在于主机的控制系统稍作调整,以使主机能适应制冰工况。
由于离心式制冷机组能在低温工况下稳定运行,且在制冰期内具有较高的工作效率,故在储冰系统中采用离心式制冷冷组较为经济、有效。
具有如下特点:
a.制冷效率高(COP>5.0),运行费用低。
b.具有特别设计的储冰控制模式,在制冰工况下制冷效率同样出色。
c.可充分利用较低的冷却水进水,保证过渡季节机组同样制冰。
d.具有优良的部分负荷性能,其IPLV=0.62kW/RT。
e.机组由工厂制造、组装,可靠性高,结构紧凑,安装简便。
f.微电脑控制中心精确控制出水温度,具有可靠的逻辑控制与故障报警功能,自动化程度高。
g.楼宇自动化(BAS)接口可与绝大多数自动化公司的控制系统相联。
3.2.2蓄冰装置(源牌双金属蕊心冰球储冰装置)
在选择冰槽时应选用净储冷量最接近名义储冷量的储冰装置,以在有限的空间内配置尽可能高的储冰量,充分利用空间。
所以本工程选用盘管式储冰槽,困为在融冰末期,只有这种形式的储冰装置的冰能发生破裂,在储冰槽能形成冰水混合物,冻结的冰能够完全融化,净储冷量的名义储冷量相等,同时仍然保持较高的融冰速率,满足在电力高峰的融冰释冷要求。
这是其它形式的储冰装置所达不到的。
系统的总储冰量为15640RT.H
3.2.3板式换热器
a.体积小,换热能力高。
b.运行、维护简单,积垢堵塞几率小,清洗容易。
c.先进的设计与制造工艺保证换热器在低温条件下可靠运行而不泄漏。
d.按ISO9002标准制造。
3.2.4乙二醇泵
乙二醇循环泵和乙二醇补液泵均选用进口水泵,它具有如下优点:
(1)先进的水力模型,效率高能耗低;
(2)高精度的机械轴封,每分钟的漏水量不超过6滴;
(3)无振动,噪音低,维修工作量少;
3.2.5可编程控制器
a.进口原产。
b.模块化结构,最多可配置32个模块,所有模块均为封装式,运行时无需风扇。
c.光电隔离,高电磁兼容,具有最高的工业适用性,允许的环境温度达60℃,具有很强的抗干挠、抗振动与抗冲击性能。
d.CPU的字节为24K,特具浮点运算、方式选择等功能,指令处理时间仅为0.3μs。
e.触摸面板防护等级高(前面板IP65),能在严酷的工业环境中使用。
f.符合DIN、UL、CSA、FM等国际标准。
3.2.6自控装置与系统
自控装置与系统是组成冰蓄冷空调系统的关键部分,自控设备均工作在条件相对恶劣的环境中,电动阀、传感元件均需在低温下工作,故自控装置采用进口设备较为可靠。
本工程的自控装置选用西门子产品,配置德国西门子公司的工业级可编程控制器与触摸屏作为下位机系统,实现系统的智能化运行。
4.冰蓄冷空调系统运行策略
4.1系统说明
冰蓄冷系统流程中配置有双工况离心式冷水主机、储冰装置、乙二醇泵、板式换热器等主要设备,设计采用制冷主机与储冰装置串联单循环回路,乙二醇泵置于主机的进口,满足系统在各工况下对乙二醇回路的要求。
通往空调负荷的冷冻水回路与乙二醇回路通过板式换热器进行热交换,彼此完全隔离,在供冷期间,板式换热器将储冰系统中循环的乙二醇溶液温度调整到空调负荷所需要的温度,同时保证乙二醇仅在储冰循环中流动,减少乙二醇用量并避免乙二醇在空调负荷回路中的泄漏,降低了末端系统设计与维护的难度。
回路中设有电动阀,在控制系统指示下进行工况转换与系统保护,根据冷负荷变化,调节进入储冰装置的乙二醇流量,保证进入空气处理机的乙二醇温度恒定,满足冷负荷需求。
配置全自动控制系统,根据冷负荷的变化自动调节空调系统各设备的运行,达到无人值守。
4.2系统流程简介
本工程的冰蓄冷系统按串联循环回路设计,选用双工况离心式制冷主机用于制冷与制冰;储冰装置采用盘管式蓄冰设备,此配置已经过多年的实际运行与检验,并获得用户的一致好评.且目前世界上大型冰蓄冷项目大多采用此种蓄冰设备。
本系统采用冷机上游冰槽下游的串联系统,以充分发挥盘管在融冰后期优越的融冰特性。
制冷主机和冰槽串联,制冷主机位于储冰槽上游,即从板式换热器回来的10℃乙二醇溶液先流经主机,经过主机温度降于5℃,然后再进入冰槽,冰槽对温度较低的乙二醇溶液进一步降温,此时乙二醇温度下降到3.5℃,低温乙二醇溶液进入板式换热器和冷冻水进行热交换。
相对于并联系统,串联系统中的板式换热器传热系数平均温差大,相同换热量的情况下,换热面积小,换热器的投资小。
串联系统只需一级乙二醇泵即可实现各种工况流程,系统中泵的数量少,减少了机房的面积和故障的发生概率。
乙二醇泵变频控制,满足各工况所需的流量和扬程。
该系统具有制冷(制冰)效率高、寿命长、传热效率高、储冷放冷速度均匀、乙二醇出口温度稳定、系统绝对不短路等优良性能。
在此设计流程回路中,4台双工况主机与储冰装置、板式换热器、乙二醇泵等设备组成冰蓄冷系统,整个系统可按以下4种工作模式进行:
a.双工况主机制冰模式
b.融冰单供冷模式
c.主机与融冰联合供冷模式
d.主机单供冷模式
4.3运行策略
本工程的分量储冰模式的冰蓄冷空调运行方式按主机优先模式设计,按优化控制模式运行,在年空调的大部分使用时间内按优化控制模式运行。
满足大楼负荷需要的前题下.最大限度减少主机在电力高峰期的开启时间.把冰尽可能用在电力高峰期.
4.3.1设计日
根据前面的分析,设计日是夏天最热的工作日,结合空调逐时冷负荷分布图(图一)及深圳市冰蓄冷空调的电力政策,冰蓄冷空调运行方式如图二所示,具体按以下5种工作模式运行:
1).四台双工况主机制冰模式(23:
00-7:
00).
2).二台双工况主机供冷+融冰供冷模式(9:
00-10:
00和20:
00-22:
00).
3).四台双工况主机供冷+融冰供冷模式(10:
00-19:
00).
4).三台双工况主机供冷+融冰供冷模式(19:
00-20:
00).
5).一台双工况主机卸载供冷+融冰供冷模式(22:
00-23:
00).
4.3.2非设计日
根据研究,空调年运行负荷率较低,一般达到设计负荷75%的运行时间占全年运行时间的16%。
冰蓄冷空调运行方式如图3所示,具体按以下4种工作模式运行:
1).四台双工况主机制冰模式(23:
00-次日7:
00).
2).二台双工况主机供冷+融冰供冷模式(9:
00-14:
00).
3).三台双工况主机供冷+融冰供冷模式(14:
00-19:
00).
4).一台双工况主机供冷+融冰供冷模式(19:
00-23:
00).
一般达到设计负荷50%的运行时间占全年运行时间的60%。
冰蓄冷空调运行方式如图4所示,具体按以下4种工作模式运行:
1).四台双工况主机制冰模式(23:
00-次日7:
00).
2).一台双工况主机供冷+融冰供冷模式(9:
00-21:
00).
3).一台双工况主机卸载供冷+融冰供冷模式(21:
00-22:
00).
4).融冰供冷模式(22:
00-23:
00).
一般达到设计负荷30%的运行时间占全年运行时间的16%。
冰蓄冷空调运行方式如图5所示,具体按以下2种工作模式运行:
1).四台双工况主机制冰模式(23:
00-次日7:
00).
2).融冰供冷模式(9:
00-23:
00).
由图5的运行模式可以看出,在天气发生变化、日负荷较小时,系统将依据实际的冷负荷需求,通过控制系统调节运行模式,自动调整每一时段内储冰装置融冰供冷及主机供冷的相对应比例,并避高峰运行,以实现分量储冰模式逐步向全量储冰模式的运行转化,按照储冰装置优先供冷的原则,最大限度地控制主机在电力高峰期间的运行,节省运行费用。
5.自动控制系统说明
5.1系统综述
5.1.1冰蓄冷空调主要受控设备
◆4台制冷主机◆1套蓄冰装置◆4台冷却塔
◆5台冷却水泵◆5台乙二醇泵◆5台冷冻水泵
◆5台板式换热器◆电动阀
5.1.2空调系统主要温度控制参数
板式换热器热侧(冷冻水):
+12℃进/+7℃出。
板式换热器冷侧(乙二醇):
+3.5℃进/+10℃出。
制冰工况储冰槽:
-5.5℃进/-2.5℃出。
融冰工况储冰槽:
+10℃进/+3.5℃出。
双工况主机制冰:
-2.5℃进/-5.5℃出。
双工况主机空调:
+12℃进/+7℃出。
冷却塔:
+37℃进/+32℃出。
5.2冰蓄冷自控设备系统综述
本自控系统包括:
下位机与触摸屏、传感检测元件与电动阀、系统控制柜。
下位机和触摸屏在现场可以进行系统控制、报警记录、参数设置和数据显示。
整个系统以下位机的工业级可编程序控制器为核心,实现自动化控制。
下位机
下位机采用西门子可编程序控制器S7-300,同时配置西门子TP27彩色触摸屏。
S7-300型PLC
S7-300型可编程序控制器采用模块化结构,组合的模块便于系统扩展控制。
核心控制器(CPU)运行稳定、可靠,允许的最高环境温度达60℃,具有抗振动性和抗冲击性。
S7-300易于扩展,输入输出点具有光电隔离,具有最高的工业适用性和抗干挠性。
比DDC(直接数字控制器)具有更高的稳定性与可靠性。
通过PROFIBUS和以太网与外部设备建立通讯联系。
TP27彩色触摸屏
TP27型彩色触摸屏作为操作面板,可完全取代常规的开关按钮、指示灯等器件,使控制柜面变得更整洁。
触摸屏在现场可进行状态显示、系统设置、模式选择、参数设置、故障报警、故障记录、负荷记录、时间日期、实时数据显示、负荷曲线与报表统计等功能,中文操作界面直观友好。
如果控制系统增加上位机与图文打印机,则可进行远程管理和打印,它包含下位机和触摸屏的所有功能。
上位机
上位机即图文控制中心,主要由PC机和激光打印机组成,采用SIMATICWINCC软件平台,中文操作界面直观,人机对话友好。
管理人员和操作者,可以通过观察PC机所显示的各种信息来了解当前和以往整个冰蓄冷自控系统的运行情况和所有参数,并且通过鼠标进行设备管理和执行打印任务。
下位机可以脱离上位机独立控制系统运行,确保系统稳定可靠。
5.3.自控系统功能
a.储冰控制系统通过对制冷主机、储冰装置、板式热交换器、系统循环泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制,调整储冰系统各应用工况的运行模式,在最经济的情况下给末端提供一个稳定的供水温度。
b.控制系统按预先编排之时间顺序,控制制冷主机及外围设备的启停及监视各设备工作状况与运行参数,如:
◆主机启停、状态、故障报警、工况控制◆主机进/出水温度遥测、显示
◆冷冻水泵启停、调节、状态、故障报警◆乙二醇泵启停、状态、故障报警
◆冷却水泵启停、状态、故障报警◆备用水泵启停、状态、故障报警
◆冷却塔风机启停、调节、状态、故障报警◆冷冻水供/回水温度遥测、显示、调节
◆冷却水供/回水温度遥
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