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《河北工业科技杂志》2015年第二期
1水蓄冷系统设计
1.1空调冷源分析该综合楼位于保定市繁华的商业区,场地较为紧凑,可利用的空间很少,两面与周围商业建筑之间只有5m宽的消防车道,这种特殊的场地使常规的地源热泵系统的使用受到限制。空调运行情况如下:商场每天运行12h,早9点到晚9点;公寓每天24h运行。空调负荷高峰时主要是商业白天的冷负荷,与电网高峰时正好重合;并且晚上公寓的负荷较小,正好是电网的低谷段;空调逐时负荷的峰、谷相差较大,使用常规空调系统会导致装机容量过大,而且系统大部分时间处于部分负荷下运行;由于该项目为一类公共建筑,需设置1000m3的消防水池,若将消防水池改造成蓄冷水池,对于较小的夜间冷负荷是容易满足的,只需在常规空调系统的基础上增加1套蓄冷装置,在运行工况方面与常规空调基本一致,就可以将高峰时段的空调用电量转移至低谷,达到节约运行电费的目的。同时消防水池中的水保持流动和低温状态,可有效防止水质变坏和藻类滋生。综合考虑水蓄冷作为该项目的冷源是十分理想的。
1.2水蓄冷系统设计原则进行水蓄冷设计时,须准确分析建筑空调负荷特点,并计算建筑物的逐时负荷,然后根据设计负荷的特点和运行策略来确定系统选型和控制策略,目标是尽可能地减少各种设备的装机容量,并达到满足各工作时段的负荷需求,在非满负荷运行时应充分利用蓄冷量,减少冷水机组运行时间,从而节省运行费用。经过详细地空调逐时负荷计算,结合从电力部门获得的峰、谷电价数据,制定了夏季典型设计日负荷及电价图表,结果见图1。
1.3控制策略水蓄冷系统通过控制阀门和设备,可以实现以下5种运行模式:1)双工况机组夜间蓄冷;2)双工况机组夜间蓄冷同时供冷;3)双工况机组单独供冷;4)蓄冷设备单独供冷;5)双工况机组和蓄冷设备联合供冷[15-16]。水蓄冷系统及连接图见图2。
2系统运行方案
空调系统负荷随室外气象参数变化而变化,因此设备在全年运行中需不断调节。对水蓄冷系统,在非满负荷时应充分利用蓄冷量,减少机组运行时间,从而节省运行费用[17]。根据这个原则,本工程采用2台双工况冷水机组(日间制冷工况7~12℃、夜间蓄冷工况4~9℃)。双工况主机在夜间电力低谷时段向蓄冷水池蓄得冷量,日间在电力高峰时段时利用夜间蓄得的冷量向建筑物供冷。为达到节省电费的目的,系统运行应该遵循:尽量不使用峰电,少使用平电,多使用谷电。本文提出两种运行方案,每种方案的系统配置及运行策略均不同,通过比较从中选出更优的解决方案。
2.1消防水池水蓄冷(夜间采用边蓄边供方式)
2.1.1系统配置选择国内外在工程中应用较成熟的设备,功能完全满足使用需要,建立合理的控制系统同时达到最佳控制效果;实现设计中的运行节能要求并兼顾设备价格因素,配置合理的系统。
2.1.2水蓄冷空调系统运行策略说明系统运行策略如下。22:00-06:00:双工况机组蓄冷工况运行8h,向蓄冷设备蓄得冷量并承担基载负荷;07:00-21:00:蓄冷设备输出冷量,与双工况主机联合供冷或单独供冷;06:00-07:00,9:00-18:00,21:00-22:00:双工况主机制冷工况供冷。系统能量分配:基载主机日间空调工况最大能量输出为1214kW;夜间蓄冷工况制冷量:蓄冷990kW+基载负荷126kW;蓄冷设备夜间储存的可利用冷量:7920kW•h;蓄冷设备日间最大输出能量:972kW•h;削峰量:100%;蓄冷设备削减冷量占总冷量。
2.2消防水池水蓄冷(夜间负荷由水冷涡旋机组承担)本方案与方案1的不同之处在于夜间基载负荷的设计。夜间基载完全由水冷涡旋机组承担,带来的相应的变化如下:1)双工况主机容量减小,不存在夜间边蓄边供的工况,系统简单;2)夜间低负荷的制冷负荷完全由水冷涡旋冷水机组承担;3)水冷涡旋机组不是独立运行的,其运行依赖于制冷机房冷却塔系统的运行;4)水冷涡旋机组及其配套冷却水泵、冷冻水泵等都设置在机房内部,需要增加机房占地面积约10m2;5)系统配置见表2。通过上述2种方案的比较,第2种方案中水冷涡旋机组不存在夜间边蓄边供的工况,系统效率得以提高;夜间建筑冷负荷较小,而且夜间电费相对较低,制冷负荷完全由水冷涡旋冷水机组承担,对于系统的整体效率而言是最高的。故最终选择了水冷涡旋机组方案。
3经济性分析
3.1初投资应用水蓄冷技术后机房的初投资有所增加,消防水池布水器增加费用+自控系统增加费用+机房至消防水池供回水管增加费用+板式换热器增加费用+增加的阀门水泵增加费用-制冷机组容量减少费用=47万元,即初投资增加费用47万元。
3.2年运行费用该建筑商场每天运行12h,早9点到晚9点;公寓每天24h运行。夏季运行120d,100%负荷运行时间26d,75%负荷运行时间53d,50%运行时间33d,25%运行时间8d。则运行费用如下:常规机组年运行费用为404366元;水蓄冷机组年运行费用为278268元。年节约运行费用约为12.6万元。
4结语
经过成本核算,水蓄冷增加的成本静态回收期为47/12.6=3.73a。而水蓄冷系统的使用寿命都在20年以上,随着电价差的持续加大,本项目节省的费用也将成倍增长。故采用水蓄冷技术将带来巨大的社会效益和经济效益。
作者:张伟力李恒任凤彦单位:保定市建筑设计院有限公司