文化中心冰蓄冷中央空调系统方案.doc
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1、主机上游,串联双循环系统,蓄冷量8500冷吨时陕西xx文化中心冰蓄冷中央空调系统方案(一期空调总负荷17658kW合5022冷吨,使用系数不同,尖锋负荷13154 kW 合3741冷吨, 一期方案配置1台1400kW、及1台2800kW主机作为基载,2台2800kW双工况三级离心主机蓄冰,总装机容量9800kW,蓄冷量8500冷吨时,采用埋地槽6只,二期增加1台2800kW主机)二零零七年二月二十六日目 录第一章 冰蓄冷原理及设计原则 2一、 冰蓄冷原理 2二、 冰蓄冷设计原则 3三、 蓄冰模式选择 4四、 蓄冰方式选择 5 第二章 工程概况及设计选型 7一、 工程概况 7二、 设计依据 7三
2、、 系统设计方案、流程与运行控制策略说明 13四、 冰蓄冷空调系统主要设备选型 18五、 蓄冰系统与常规系统设备配置表 22第三章 系统运行方式及运行费用 24(一)、冰蓄冷中央空调负荷运行方式及日运行费用计算 24(二)、常规中央空调负荷运行方式及日运行费用 26(三)、冰蓄冷中央空调与常规中央空调年运行费用计算 27第四章 经济性分析比较表 28第五章 自动控制系统功能说明及设备清单 29一、 冰蓄冷自动控制系统综述 29二、 冰蓄冷系统运转模式 30三、 现场控制PLC操作功能 32附一:国内外部分用户名单 40第一章 冰蓄冷原理及设计原则一、冰蓄冷原理1、冰蓄冷中央空调的原理:冰蓄冷中
3、央空调是指建筑物空调时间所需要冷量的部分或全部在非空调时间利用蓄冰介质的显热及其相变过程的潜热迁移等特性,将能量以冰的形式蓄存起来,然后根据空调负荷要求释放这些冷量,这样在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。当空调使用时间与非空调时间和电网高峰和低谷同步时,就可以将电网高峰时间的空调用电量转移至电网低谷时使用,达到节约电费的目的。在一般大楼中,空调系统用电量占总耗电量的35%-65%,而制冷主机的电耗在空调系统中又占65%-75% 。在常规空调设计中,冷水主机及辅助设备容量均按尖峰负荷来选配,这不仅使空调系统的电力容量增大,而且使得主机等空调设备在绝大部分情况下均处于低效率的部分负荷状态运行,
4、显得很不经济。空调负荷的分布在一年之内极不均衡,尖峰负荷约占总运行时间的68,如果设计中能选择与实际冷负荷相匹配的制冷机,而且让其在绝大多数情况下高效运行,这对空调系统节能是十分有利的。冰蓄冷从系统构成上来说只是在常规空调系统的基础上增加了一套蓄冷装置,其它各部分在结构上与常规空调并无不同,它在使用范围方面也与常规空调基本一致。2、冰蓄冷中央空调的意义:随着社会的发展,中央空调在大中城市的普及率日渐增高。据统计,空调高峰时用电量达到城市用电负荷的25%-30%,加大了电网的峰谷用电差。冰蓄冷中央空调之所以得到各国政府和工程技术界的重视,正因为它对电网有卓越的移峰填谷功能,是电力需求侧最有效的电
5、能蓄存方法,全中国如果有300家3万平米商场采用空调,则相当于建设了一座30万千瓦的调峰电厂。冰蓄冷对于用户还有以下的一些突出优点:1、空调的出水温度低、制冷效果好,降温速度快。2、空调环境相对湿度较低,空调品质提高,有利于防止中央空调综合症。3、空调系统智能化程度高,可根据外界温度的变化自动调整冷量输出,冷量的利用率高,节能效果明显。4、空调系统全自动运行,空调自控系统与大楼的楼宇自控系统通过BA接口连接。可实现大楼空调系统的远程维护,为业主解决后顾之忧。5、利用峰谷荷电价差,平衡电网负荷。减少空调年运行费。6、减少冷水机组容量,降低一次性投资。7、在主机出现故障或系统断电的情况下,冰蓄冷相
6、当于应急冷源,增强了系统的可靠性。8、当因为建筑功能变化或面积增加引起冷负荷增加时,只要增加冰槽内的冰球,即可满足大楼新增冷量需要。9、冷冻水温度可降低至1-4度,可以实现低温送风,节省水、风输送系统的投资和能耗。二、冰蓄冷设计原则1、经济蓄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,蓄冰空调系统中的蓄冰容量越大,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。2、完整可靠评价蓄冰系统品质的最重要的依据是系统的整体效能及
7、运行稳定性。进行系统设计时,须结合蓄冰系统的运行特点,优选各种设备,以使系统配合完美,符合整体运行要求。同时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。3、有效地利用空间与常规空调系统相比,蓄冰装置需占用较大的空间,由于美国CRYOGEL用于开式与闭式系统,故可以放置于冰槽、冰罐或地坑、阀基等其它各种可能的空间里,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。台湾进口GEMINI盘管可以根据地下室的空间形状定制蓄冰槽,适应不同用户的需求。三、蓄冰模式选择1、全量蓄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。在电力高峰与平峰期,
8、主机不需要运行,所需冷负荷全部由融冰来满足。优点:a.最大限度的转移了电力高峰期的用电量,白天系统的用电容量小。b.白天全天通过融冰供冷,运行成本低。缺点:a.系统的蓄冰容量、制冷主机及及相应设备容量较大。b.系统的占地面积较大。c.系统的初期投资较高。2、负荷均衡的分量蓄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。优点:a.系统的蓄冰容量、制冷主机及相应设备容量较小。b.系统的占地面积较小。c.初期投资最小,回收周期短。缺点:a.仅转移了电力高峰期的部分用电量,白天系统还需较大的配电容量。b
9、.运行费用较全量蓄冰高。冰蓄冷相对于其它空调方式,各有优缺点,具体某一建筑物来说,是否适宜采用蓄冰空调,要根据实际情况来决定。一般我们可按实际情况统计出一天甚至一年的空调冷负荷,并按常规空调及蓄冰空调的设计要求确定不同的设备容量,而后根据当地电力部门颁布的峰谷差价与实际运行能耗,计算这两种系统一次性综合投资值与各自的运行费用,只要冰蓄冷系统多发生的一次投资在3-5年能予以回收,采用冰蓄冷系统就是适宜的。而对于一些超大型的建筑物,由于制冷设备综合投资的减少要大于蓄冰装置设备费,冰蓄冷就更能显示其优越性了。本工程因场地原因推荐采用分量蓄冰模式。四、蓄冰方式选择冰球1、冰球式蓄冰为内融冰,冰球材料为
10、单一材料,不存在热胀冷缩引起的缝隙,不容易破损,即便单个冰球破损,也不影响整个系统的使用效果,蓄冰系统维护简单。2、冰球式系统融冰速度快,尤其在融冰后期,冰球内部水的对流可加速融冰。3、冰球式系统蓄冰槽压降小,乙二醇溶液循环泵的功率很小,从而减少耗电。4、乙二醇用量较大,通常是盘管系统的3-5倍,投资较高。美国CRYOGEL蓄冰球由于采用独特的凹坑设计,冰球中几乎没有空气,冰球可以悬浮在蓄冰槽的乙二醇溶液中,因而在整个结冰和融冰过程中,冰球球壳均可以自由运动,冰晶体在球内壁结冰后,由于球壳的运动冰晶不会附着在球壳内壁,而是脱离球壳悬浮在冰球上部,新的冰晶产生时不会有热阻,整个结冰和融冰过程大部
11、分时间是动态过程,冰球内的冰不是一个整块冰,而是很多微小冰晶的动态堆积体,如同冰激凌,融化过程更快。*详见融冰性能曲线冰盘管(Ice-on-coil) 有内循环的蓄冰盘管技术(Dynamic Ice)特点:1、冰盘管为外融冰,乙二醇溶液从管内流,冰在管外生成,融化时,乙二醇溶液从管内流动,将管外的冰融化,融冰速度稳定。2、在蓄冰过程中,通过专利设计的内循环泵,使盘管外的水循环流动,提高了传热效率,也使得盘管外的冰结得更均匀;3、GEMINI盘管为工厂制作,100%试压,试压175Psi(12.2kg/cm2),可现场制作蓄冰槽,尤其适合改造项目;4、GEMINI盘管与主钢管为弹性连接,无硬性接
12、头,接头部位不会老化,确保使用寿命长,故障率低,目前已经在台湾使用时间超过16年,在台湾有超过100家用户,在大陆已经有10个用户,目前所有用户均正常使用。第二章 工程概况及设计选型一、工程概况(1)、工程名称:陕西xx文化中心冰蓄冷中央空调系统;(2)、地理位置:陕西;(3)、建筑物类型:综合楼(餐厅、商场、写字楼、音乐厅等)综合楼群;(4)、需要空调的总建筑面积:一期:152855m2;其中地上部分146587平方米,地下部分(商场)面积6268平方米, 地上部分包括:音乐厅面积21090平方米,开放时间19:0023:00,商场面积38823平方米,营业时间9:0021:30,餐厅382
13、3平方米,营业时间为正常就餐时间,写字楼总面积82851平方米,开放时间9:0017:30。(5)、空调运行情况:西安2006年气象记录33以上天数为15天(设计日负荷),3033为56天(70%负荷日,按55天计算),2530为50天(按过渡季节50%负荷日计算);空调运行时间按照全年120天计算费用。二、设计依据(1)、同济大学xxx教授等所编著的蓄冷技术和蓄热电锅炉在空调中的应用; (2)、空调逐时冷负荷计算如下:空调区域建筑面积 m2空调负荷指标W/m2空调负荷 kW商场部分地上38823地下62681205410.92音乐厅部分210902004218写字楼部分82851907456
14、.59餐厅部分3823150573.45二期(为写字楼,商场、公寓,按面积各1/3取值)写字楼20000901800商场300001203600公寓1000060600则一期、二期各空调区域的冷负荷计算如下:(总累计计算冷负荷6758冷吨时)空调区域一期空调负荷kW空调区域二期空调负荷kW商场部分5410.92商场部分5410.92+3600音乐厅部分4218音乐厅部分3163.5写字楼部分7456.59写字楼部分7456.59+1800餐厅部分573.45餐厅部分573.45公寓部分公寓部分600一期合计17658.96二期合计23658.96(合6758冷吨)参考吴喜平教授著作中的逐时负荷
15、系数,结合业主使用情况,取负荷系数如下:时段时间办公/物业公寓(上班日)商场音乐厅餐厅0:00-1:00000.350001:00-2:00100.350002:00-3:00200.350003:00-4:00300.350004:00-5:00400.450005:00-6:00500.450006:00-7:00600.50007:00-8:00700.30008:00-9:00800.30009:00-10:0090.70.30.50010:00-11:00100.890.30.760011:00-12:00110.910.30.800.712:00-13:00120.860.30.8
16、800.8613:00-14:00130.860.30.9400.9714:00-15:00140.890.30.9600.515:00-16:00151.00.3100.516:00-17:00161.00.30.9600.517:00-18:00170.30.30.850.60.8718:00-19:001800.70.80.80.8119:00-20:001900.70.640.90.7520:00-21:002000.50.50.90.6521:00-22:002100.50.20.80.4822:00-23:002200.3500.6023:00-24:002300.35000其中写
17、字楼空调使用时间:9:0017:30公寓楼空调使用时间:全天(按上班日情况计算,假日与写字楼负荷平衡)商场空调使用时间:9:0021:30音乐厅空调使用时间:19:0023:00餐厅空调使用时间:11:0022:000则空调逐时冷负荷计算如下: 全日逐时冷负荷计算表(不含二期60000平米部分) 单位:kW时段办公/物业公寓(上班日)商场音乐厅餐厅合计/ kW0:00-1:000000 001:00-2:000000 002:00-3:000000 003:00-4:000000 004:00-5:000000 005:00-6:000000 006:00-7:000000 007:00-8:
18、000000 008:00-9:000000 009:00-10:005220027050 0792510:00-11:006636041120 01074911:00-12:006785043290 4011151612:00-13:006413047620 4931166713:00-14:006413050860 5561205514:00-15:006636051940 2871211815:00-16:007457054110 2871315416:00-17:007457051940 2871293817:00-18:002237045992531 499986618:00-19:
19、000043293374 464816819:00-20:000034633796 430768920:00-21:000027053796 373687421:00-22:000010823374 275473222:00-23:000002531 0253123:00-24:000000 00由于商场、办公楼、餐厅、音乐厅使用系数不同,尖峰冷负荷出现的时间不同,导致尖锋负荷由总冷负荷的17658kW(约5022冷吨)成为13154 kW(约3741冷吨)。全日逐时冷负荷计算表(含二期60000平米部分) 单位:kW时段办公/物业公寓(上班日)商场音乐厅餐厅合计/ kW0:00-1:0002
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