上海某商务楼冰蓄冷空调.docx
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上海某商务楼冰蓄冷空调.docx
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上海某商务楼冰蓄冷空调
摘要
随着人民生活水平的提高,对中央空调的需求越来越大。
所谓中央空调系统是由主机通过风道过风或冷热水管接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的的空调。
目前该技术在办公楼、旅馆、医院、学校和商业中心等建筑中广泛使用。
众所周知,冰蓄冷空调技术是一门新兴技术,它的最关键点在于“削峰填谷”,即在用电低峰的时候用电制冰将冰进行存储,在用电高峰的时候融冰释放冷量。
本文的基本结构是这样构成的:
初期对建筑物地理位置的分析,然后对于整栋办公楼的冷负荷计算,以及选择制冷机组、制冷剂,选择风机盘管以及新风系统,对风机盘管的水利计算,管道保温与系统消声、减震设计,对该冰蓄冷系统与常规空调系统经济性分析,最终对其进行可行性分析。
冰蓄冷是空调节能的重要技术,相信随着人们对其关注度的提高,该项技术一定会更多的运用在以后的实际工程中。
关键词:
冰蓄冷空调系统经济性
Abstract
Asthelifeisimproving,peoplearemoreandmoredesirablefortheCentralair-conditioningsystem.Centralair-conditioningsystemcancontrolmanydifferentroomssoastocontroltheindoorairbyonlyonemainmachine,andthemachinecombineswithmanyboxesthroughcoolorhotwaterpipe.Atpresent,thistechnologyiswidelyusedinmanybuildingslikeoffice,restaurant,hospital,schoolandbusinesscentrals.
Asweallknown,Icestorageairconditioningtechnologyisanewtechnology,it’skeywordisthat"cutinvalley",remainsto,thepoweroftheelectricitysystemmadewhenicewillstore,iceatthepeakofmeltingicecoldwhenreleased.Thisisthebasicstructureofearly:
forthisbuildinggeographiclocationanalysis,then,forthewholeofficebuildingsandthecoldloadcalculation,refrigerating,refrigerant,choosefan-coilunitandthechoiceofairsystem,waterconservancyfancoilpipeinsulation,soundabsorption,andthesystemdesign,theicestoragesystemandconventionalairconditioningsystem,andfinallytotheeconomicanalysisforfeasibilityanalysis.
Icestorageairconditioningisoneoftheimportanttechniqueofenergy-saving,Ibelieveifpeopleraiseconcernsaboutistechnology,thetechnologywillbeusedmorelaterinpracticalprojects.
Keywords:
theicestorageairconditioningsystemeconomic
目录
绪论4
第一节与普通空调相比所具有的优势4
第二节与普通空调相比所具有的缺点5
第三节运行策略和工作模式5
第四节蓄冰流程选择6
第一章负荷计算方法8
第一节冷负荷计算8
第二节根据冷负荷系数法计算8
第三节新风负荷9
第二章建筑物地理位置10
第一节地理位置10
第二节大气参数10
第三章建筑物维护结构信息11
第一节建筑物墙体11
第二节建筑物窗体12
第三节遮阳设施12
第四节采暖设计中的参数13
第四章负荷计算及数据汇总14
底层14
第二层15
第三层16
第四层—第六层17
第七层18
第五章冰蓄冷空调系统选择20
第一节制冷机组选择20
第二节制冷剂R22介绍20
第三节风机盘管及新风系统选择21
第四节评价指标21
第六章水力计算部分24
第八章冰蓄冷空调与常规空调经济性比较28
参考文献34
致谢35
绪论
从长期看我国的能源供应紧张状况将难以根本性改观,这促进了包括蓄能技术在内的能源合理利用技术的发展。
蓄能包括蓄冷和蓄热两个方面,常用的蓄能介质有水/冰以及其它蓄能材料。
与常规空调系统相比,蓄冷空调系统可以降低冷冻水的温度,降低送风温度,增加送回风温差,减少送风量,从而大大减少风管截面积,减少了其占用空间,减少风机、水泵的功耗,因此虽然其初投资可能比常规空调系统稍高一些,但运行费用的降低将使得蓄冷系统很快收回增加的初投资,改善了空调系统整体的经济性。
冰蓄冷技术由于是在用电低峰时蓄存冷量,而在用电高峰时放出所蓄存的冷量,可以实现对电网的“削峰填谷”,有利于降低装机容量,而在用电低谷时又可使发电效率维持在较高水平,有利于维持电网的安全高效运行,因此有着很好的发展前景。
目前我国的许多地方都实行了分时电价、取消电贴费等措施,降低了采用冰蓄冷技术的成本,有利于冰蓄冷技术的进一步发展。
冰蓄冷技术在美国、日本、韩国等已经广泛应用于实际工程中,而在国内近几年才开始较多地在实际工程中采用,因此有必要尽快从技术、政策多方面进一步努力使这一新兴技术的发展得到更大推动,以进一步提高我国的能源合理利用水平。
冰蓄冷空调是利用夜间低谷负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,它代表着当今世界中央空调的发展方向。
1.削峰填谷、平衡电力负荷。
2.改善发电机组效率、减少环境污染。
3.减小机组装机容量、节省空调用户的电力花费。
4.改善制冷机组运行效率。
5.蓄冷空调系统特别适合用于负荷比较集中、变化较大的场合加体育馆、影剧院、音乐厅等。
6.应用蓄冷空调技术,可扩大空调区域使用面积。
7.适合于应急设备所处的环境,计算机房、军事设施、电话机房和易燃易爆物品仓库等。
第一节与普通空调相比所具有的优势
(1)节省电费。
(2)节省电力设备费用与用电困扰。
(3)蓄冷空调效率高,具有节能效果。
(4)节省冷水设备费用。
(5)节省空调箱倒设备费用。
(6)除湿效果良好。
(7)断电时利用一般功率发电机仍可保持室内空调运行。
(8)可快速达到冷却效果。
(9)节省空调及电力设备的保养成本。
(10)降低噪乱冷水流量与循环风上减少,即水泵与空调机组运转振动及噪音降低。
(11)使用寿命长。
第二节与普通空调相比所具有的缺点
(1)对于冰蓄冷系统,其运行效率将降低。
(2)增加了蓄冷设备费用及其占用的空间。
(3)增加水管和风管的保温费用。
(4)冰蓄冷空调系统的制冷主机性能系数(COP)要下降。
第三节运行策略和工作模式
蓄冷系统的运行策略指的是蓄冷系统以设计循环周期(如设计日或周等)的负荷及其特点为基础,按电费结构等条件对系统以蓄冷容量、释冷供冷或以释冷连同制冷机组共同供冷作出最优的运行安排考虑。
一般可分为全部蓄冷与部分蓄冷两类。
本设计采用的是部分蓄冷的运行策略。
部分蓄冷策略仅将设计日非谷段的冷负荷总量转移一部分(一般为30%-60%)进行蓄冷,白天由制冷机组与蓄冷装置联合供应冷负荷的需要。
部分蓄冷策略根据电费结构通常可分为:
按负荷均衡蓄冷和按电力需求限制进行蓄冷两种。
按负荷均衡蓄冷的运行策略是制冷机组24小时满负荷或接近满负荷运行。
当冷负荷低于制冷机生产的冷量时,多余的部分储存起来;当冷负荷超过机组容量时,多出的需求由蓄冷来满足。
该策略特别适用于高峰冷负荷大大高于平均冷负荷的场合。
该方式的特点是制冷机组的利用率最高,蓄冷装置的容量相对最小,一般为非蓄冷系统制冷机组容量的50%左右;但运行电费节省相对最小。
这对于设计日最大小时负荷与平均小时负荷之比较大的系统,可能有较多的经济效益,但对系统的弹性较差,冷负荷稍有增加就不能适应;制冷机在电力高峰期也需要满负荷运行,运行费用要比需求限制和全冷策略均要高。
同时对释冷控制的要求也更严格。
按电力需求限制蓄冷:
在高峰期,电力公司对一些用户提出限电要求,用户必须将制冷机组在较低的容量下运行,这就是限定需求策略。
在该运行策略下运行,这就是限定需求策略。
在该运行策略下,系统非蓄冷负荷满足电力设施的峰值要求,而影响系统非蓄冷负荷的因素包括照明、设备、仪器、风机、马达等。
选用蓄冷设备使得制冷机的运行并不增加设施的非蓄冷用电量,即制冷机组在白天运行按峰值要求限制在一定的电功率下供冷,不足的冷负荷由蓄冷装置供应,晚间蓄冷时的机组运行容量大于白天供冷时的冷量。
此种运行策略为部分蓄冷策论提供了最低的运行成本,同时,它所要求的蓄冷量及制冷机容量均比全部蓄冷策略要小,但较负荷均衡策略大,因此投资回收期稍长。
第四节蓄冰流程选择
蓄冰空调系统在运行过程中制冷机可有两种运行工况,即蓄冰工况和放冷工况。
在蓄冰工况时,经制冷机冷却的低温乙二醇溶液进入蓄冰槽的蓄冰换热器内,将蓄冰槽内静止的水冷却并冻结成冰,当蓄冰过程完成时,整个蓄冰设备的水将基本完全冻结。
融冰时,经板式换热器换热后的系统回流温热乙二醇溶液进入蓄冰换热器,将乙二醇溶液温度降低,再送回负荷端满足空调冷负荷的需要。
乙二醇溶液系统的流程有两种:
并联流程和串联流程。
a、并联流程:
这种流程中制冷机与蓄冰罐在系统中处于并联位置,当最大负荷时,可以联合供冷。
同时该流程可以蓄冷、蓄冷并供冷、单溶冰供冷、冷机直接供冷等。
b、串联流程:
即制冷机与蓄冰罐在流程中处于串联位置,以一套循环泵维持系统内的流量与压力,供应空调所需的基本负荷。
串联流程配置适当自控,也可实现各种工况的切换。
并联流程在发挥制冷机与蓄冰罐的放冷能力方面均衡性较好,夜间蓄冷时只需开启功率较小的初级泵运行,蓄冷时更节能,运行灵活。
串联流程系统较简单,放冷恒定,适合于较小的工程和大温差供冷系统。
蓄冰罐
蓄冰槽容量
Q′=n2*q*T2
板式换热器选型
F=Q/(K×Δtm)
公式中Q为总换热量;K为换热系数;Δtm为对数平均温差;
水泵
冰蓄冷系统中,由于乙二醇价格较高,对水泵的密封性能要求较高。
一般建议采用带机械密封的水泵,可以减少漏液或几乎不漏液。
水泵选型:
根据流程,确定满足各种工况下的最大阻力和流量;为达到节能的目的,尽量选用多台泵。
该工程采用并联流程,初级泵流量=Q/C×Δt
扬程P(估算)=P主机+P蓄冷罐+P管道+P阀门
扬程P=P换热器+P蓄冷罐+P管道+P阀门
水泵选型后,还需与自控专业配合,校核各工况下的流量和阻力分配,以及三通阀的调节能力能否满足工况要求等。
考虑以下几点
a〕采用主机上游的串联系统,主机上游回水先流经主机,使主机在较高的温度下运行,提高了压缩机的效率,使能耗降低。
b〕蓄冰装置发科(FAFCO)标准蓄冰槽。
发科(FAFCO)标准蓄冰槽有以下优点∶在保证导热性能的同时,彻底杜绝腐蚀隐患,重量轻;采用不完全冻结式,可提供稳定的低温载冷剂,减小循环水泵的流量及相应管道的管径,降低初投资;外结冰,无内应力,使用寿命长;传热面积大,结冰融冰速率稳定;结冰厚度薄,制冷主机运行效率高。
c〕设计日联合供冷时,采用主机优先模式,主机一直满负荷运行,机组利用率高,主机和蓄冷盘管容量最小,投资最节省。
d〕所有水泵采用原装进口优质产品,变频运行。
整个供冷期,大部分时间都为部分负荷,水泵通过无级调速.变频,节能效果明显。
第一章负荷计算方法
第一节冷负荷计算
空调冷负荷计算采用冷负荷系数法,适用于计算民用和公用建筑物及类似的工业建筑物空调工程设计冷负荷。
1)通过维护结构传入室内的热量;
2)透过外窗、天窗进入室内的太阳辐射热量;
3)人体散热量;
4)照明、设备等室内热源的散热量;
5)新风带入室内的热量。
第二节根据冷负荷系数法计算
对外墙、外窗、屋面、天窗得热引起的冷负荷逐时进行计算,而对内墙、内门窗、楼板、地面得热引起的冷负荷及人体散热和设备散热引起的冷负荷均按稳定传热计算。
最后把各项冷负荷计算结果逐时累加,再加上新风负荷,求出冷负荷最大值及发生时间。
a)外墙、屋面、外窗、天窗传热得热引起的冷负荷计算:
冷负荷=传热系数×传热面积×[(冷负荷逐时计算温度+本地修正值)-室内设计温度]
b)外窗、天窗辐射得热引起的冷负荷计算公式:
冷负荷=窗户面积×日射得热因子的最大值×冷负荷系数×窗户有效面积系数×窗户内遮阳系数×窗玻璃修正系数
c)内墙、内门窗、楼板稳定传热引起的冷负荷计算公式:
冷负荷=传热系数×传热面积×(夏季空调室外计算平均温度+邻室计算温差-室内计算温度)
d)人体散热引进的冷负荷计算公式:
冷负荷=人数×群集系数×成年男子的全热散热量
e)设备散热冷负荷计算公式:
冷负荷=设备功率(kW)×1000
第三节新风负荷
新风负荷=人数×每小时人均新风量×工作小时数
第二章建筑物地理位置
第一节地理位置
上海市
东经:
121°26′北纬:
31°10′
海拔:
4.5m年平均温度:
15.7℃
第二节大气参数
夏季资料
大气压(hPa):
1005.3
室外日平均温度(℃):
32
室外计算日较差(℃):
6.9
室外湿球温度(℃):
28.2
通风计算温度(℃):
32
室外空气调节日均温(℃):
30.4
室外平均风速(m/s):
2.9
冬季资料
大气压(hPa):
1025.1
采暖计算温度(℃):
-2.00
空调调节计算温度(℃):
-4.00
最低计算日平均温度(℃):
-6.9
通风计算温度(℃):
3
室外相对湿度(℃):
67.00
室外平均风速(m/s):
3.2
第三章建筑物维护结构信息
第一节建筑物墙体
建筑物墙体的围护结构最小传热阻计算:
围护结构的最小传热阻,应按下式确定:
对于外墙、屋顶、地面及室外相通的楼板等
=1.0;
计算最小传热阻时,冬季室内计算温度
取较大值,假设本建筑等级为一级,则:
Tn=23℃
对于上海地区,宜采用Ⅱ型墙体围护结构,则室外计算温度
查表得:
=-8.00℃,
=-12.3℃;
冬季室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差
:
对于外墙取
=6.0℃
对于屋顶取
=4.0℃;
围护结构内表面换热系数
=8.7W/(m2·°C)。
计算:
对于外墙:
=0.627W/(m2·℃)
对于屋顶:
=0.940W/(m2·℃)
第二节建筑物窗体
对于外墙:
选择墙体的建筑材料为:
石灰、水泥、砂、砂浆外刷白色外墙乳胶漆
墙体总厚度为240mm。
墙体传热系数为1.97W/(m2·K)
对于内墙:
选择墙体的建筑材料为:
水泥砂浆,加气混凝土泡沫混凝土,钢筋混凝土
墙体总厚度为240mm。
墙体传热系数为1.97W/(m2·K)
对于屋顶:
选择建筑材料为:
石灰、石膏、砂、砂浆,加气混凝土泡沫混凝土,卷材防水层,钢筋混凝使用沥青膨胀珍珠岩保温
屋顶结构总厚度为35mm。
墙体传热系数为0.56W/(m2·K)
对于楼板:
选择建筑材料为:
石灰、石膏、砂、砂浆,加气混凝土泡沫混凝土,卷材防水层,钢筋混凝
屋顶结构总厚度为90mm。
墙体传热系数为2.83W/(m2·K)
第三节遮阳设施
本建筑选用双层3mm厚普通玻璃Cs=0.86
注:
此Cs对应的内、外表面放热系数为αn=8.7W/(m2·K)和αw=18.6W/(m2·K)
窗内遮阳设施为活动百叶窗帘颜色为中间色
Cn=0.60
第四节采暖设计中的参数
对于外墙:
东:
0.5
南:
-0.8
西:
0.5
北:
1.2
玻璃窗传热系数修正:
双层窗全部玻璃:
1.0
双层窗金属窗框80%玻璃:
1.2
设定的房间最适宜温度为27℃
第四章负荷计算及数据汇总
底层
表4-1(单位:
W)
时地
7:
00
8:
00
9:
00
10:
00
11:
00
12:
00
13:
00
14:
00
15:
00
16:
00
17:
00
18:
00
19:
00
多功能厅
848
1560
2490
2537
2925
3157
3270
3105
2835
2759
2328
1859
1633
办公室1
97.8
289.3
403
432
473
495
574
538
529
507
517
489
398
传达室
97.8
28.9
403
432
473
495
574
538
529
507
517
489
398
门厅
3176
4832
7032
9300
11659
13074
15500
14375
11073
9543
9003
7021
6531
右大房间
1043
2138
3296
3401
3871
4147
4418
4181
3893
3773
3362
2837
2459
办公室2
97.8
289.3
403
432
473
495
574
538
529
507
517
489
398
办公室3
275
597
683
795
903
872
973
998
992
932
899
873
613
办公室4
157
315
430
473
498
546
613
559
521
496
513
489
341
卫生间
199
387
529
578
613
657
671
655
621
603
571
423
412
办公室5
97.8
289
403
432
473
495
574
538
529
507
517
489
398
办公室6
97.8
289.3
403
432
473
495
574
538
529
507
517
489
398
办公室7
275
597
683
795
903
872
973
998
992
932
899
873
613
司机值班室
97.8
289
403
432
473
495
574
538
529
507
517
489
398
合计
6559
12160
16331
20471
24210
26295
29862
28099
19450
14135
14579
13310
12157
对表(4-1)数据发现底层冷负荷最大值出现在13:
00数值为29862W
根据新风负荷计算方法求得底层新风负荷为11040W
第二层
表4-2(单位:
W)
时地
7:
00
8:
00
9:
00
10:
00
11:
00
12:
00
13:
00
14:
00
15:
00
16:
00
17:
00
18:
00
19:
00
办公室1
278
652
976
1354
1473
1654
1657
1653
1297
1234
1187
990
763
办公室2
27
298
350
376
389
410
457
432
413
389
312
283
214
办公室3
27
298
350
376
389
410
457
432
413
389
312
283
214
办公室4
270
565
777
881
968
1028
1089
1072
1064
1027
1029
1014
657
办公室5
188
462
630
693
740
775
805
798
783
715
683
654
590
办公室6
270
565
777
881
968
1028
1089
1072
1064
1027
1029
1014
657
办公室7
275
597
683
795
903
872
973
998
992
932
899
873
613
设备甲
237
305
413
529
635
708
764
698
612
513
487
352
278
设备乙
237
305
413
529
635
708
764
698
612
513
487
352
278
休息室
238
457
976
1354
1495
1672
1698
1657
1597
1512
1473
937
843
卫生间
199
387
529
578
613
657
671
655
621
603
571
423
412
会议室
451
487
700
738
780
815
869
819
767
743
703
667
540
规划展厅
357
1019
1328
1671
1816
2073
2198
1989
1717
1593
1473
1321
1014
左上角空房
130
256
731
782
813
850
923
870
831
798
703
695
437
合计
3184
5820
7130
8903
9980
10198
12682
12463
11078
9857
8673
8197
6747
对应表(4-2)数据发现第二层冷负荷最大值出现在13:
00数值为12682W
根据新风负荷计算方法求得第二层新风负荷为10800W
第三层
表4-3(单位:
W)
时地
7:
00
8:
00
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