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天津滨海国际机场二期制冷站水蓄冷空调设计

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天津滨海国际机场二期制冷站水蓄冷空调设计天津滨海国际机场二期制冷站水蓄冷空调设计 第26卷第4期 张丽君,等:天津滨海国际机场二期制 冷站水蓄冷空调设计 ?353? 第26卷第4期 制冷与空调 Vol.26 No.4 20<12年8月 Refrigeration and Air Conditioning Aug. 20<12.353,358 文章编号:<167<1-66<12(20<12)04-353-06 天津滨海国际机场二期制冷站水 蓄冷空调设计 张丽君<1 姜 梅2 (<1.北京中元工程设计顾问有限公司清华 分部 北京 <100083; 2.西南电力设...
天津滨海国际机场二期制冷站水蓄冷空调设计
天津滨海国际机场二期制冷站水蓄冷空调设计 第26卷第4期 张丽君,等:天津滨海国际机场二期制 冷站水蓄冷空调设计 ?353? 第26卷第4期 制冷与空调 Vol.26 No.4 20<12年8月 Refrigeration and Air Conditioning Aug. 20<12.353,358 文章编号:<167<1-66<12(20<12)04-353-06 天津滨海国际机场二期制冷站水 蓄冷空调设计 张丽君<1 姜 梅2 (<1.北京中元工程设计顾问有限公司清华 分部 北京 <100083; 2.西南电力设计院 成都 6<1002<1) 【摘 要】 水 蓄冷空调系统可充分利用国家的分时电价政策,运行费用可节省约25%以上,并 能移峰填谷,平衡电网负荷,从而取得良好的经济和社会效益。本工程为某国际 机场二期扩建项目制冷站工程,新建2#制冷站为T2航站楼和综合楼提供冷源, 建筑面积共30.7万m2,冷源采用水蓄冷。介绍了水蓄冷的原理、水蓄冷方 案和设计、运行效益分析等,并对设计日逐时负荷进行分析,根据季节制定出相 应的运行策略。本设计对水蓄冷项目的广泛开展有很好地借鉴作用,为我国建筑 节能起到良好地示范作用,并对机场等大型项目的制冷站建设提供参考。 【关 键词】 水蓄冷;移峰填谷;制冷站;蓄冷罐;控制系统;国际机场 中图分类 号 TK02 文献标识码 A Water Cool Storage Air-conditioning System of Tianjin Binhai International Airport Phase II Refrigeration Station Zhang Lijun<1 Jiang2 Mei ( <1.Beijing ZhongYuan Engineering Design Consulting Co., Ltd, Tsinghua Division, Beijing, <100083; 2.Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu, 6<1002<1 ) 【Abstract】 Water cool storage air conditioning system can make full use of national time-of-use electricity price and operation cost saving about more than 25%. It can meet with peak load leveling of power system also. This project is for the Phase II refrigeration station of an International Airport. The new 2 # refrigeration station, water cool storage air conditioning system is adopted for it, will provide cold source for T2 terminal and Complex building air conditioning system. The T2 terminal and Complex building area is about 30.7 million m2. This paper will introduces the principle of water cool storage and water cool storage program, water cool storage design, water cool storage operation and the benefit analysis. Designing date hourly load will be analyzed and the corresponding according to season operation strategy formulated. This design of water cool storage project will widely develop a good reference for Chinese building energy efficiency and provide reference for the large projects refrigeration station construction such as airport. 【Keywords】 Water cool storage air conditioning system; peak load leveling of power system; refrigeration station; cold storage tank; control systems; international airport 0 引言 电需求侧管理,以缓解高峰用电紧张和低谷用电过随着我国 经济的持续发展,在城镇地区空调用剩的矛盾,合理运用经济手段引导电力用户 移峰填电需求和所占电网供电比例越来越大,并成为季节谷,各地逐步推行了分 时电价制度,当地峰谷电价性冲击电网负荷供需平衡的主要因素。为了加强用之 比为3.<1:<1。该机场位于华北地区,白天负荷很大, 作者(通讯作者)简介:张丽君(<1972-),女,本科,工程师,注册公用设备 工程师,E-mail:932200<146@4>> 收稿日期:20<1<1-06-<15 PDF 文件使 用 ;pdfFactory Pro; 试用版本创建 .fineprint ?354? 制冷与空调 20<12年 但是晚上电力低谷时段仅综合楼的宿舍区有部分放冷循环中,水流动 方向相反,冷水由下部布水器负荷。根据项目的实际情况,采用水蓄冷方案在夜被放冷泵抽出送至用户,经换热后的温度较高的水间电力低谷时段使用空闲主机来蓄冷,在白天电力则从上部布水器进入蓄冷罐。其工作过程如图<1所高峰期可以使用蓄冷罐内能量,减少主机的运行时示[<1]。 间。按照此方式运行,不仅可以削减电力高峰负荷、 转移电力高峰时段负荷,同时运行时也可节约运行2 水蓄冷技术特点 费用,从而为空调系统运行带来良好的经济效益。 水蓄冷系统具有以下特点[3]: (<1)经济:充分利用国家的分时电价政策从<1 水蓄冷技术 而节约运行费用,并且削峰填谷,平衡电网压力,水蓄冷技术就是在电力负荷低的夜间,用电动还可减少制冷设备的装机容量,并减少了电力制冷机制冷将冷量以冷水的形式储存起来。在电力费用。 高峰期的白天,不开或少开冷机,充分利用夜间储(2)实用:可以使用常规冷水机组,适用于存的冷量进行供冷,从而达到电力移峰填谷的目常规供冷系统的扩容和改造。 的。由于电力部门实施分时电价,蓄冰空调技术的(3)节能:夜间气温降低,冷却效果好,系运行费用比常规空调系统运行费用低,分时电价差统满负荷运转时间较多,从而提高冷机的工作效值越大,用户得益越多。采用蓄冷空调技术,业主率。也可节省维护保养费用。 并不一定节电,但能为业主节省运行费用,更重要(4)合理:另外作为备用冷源,增加了空调的是有利于国家电网的安全运行。因此,国家把它系统的可靠性;还可结合低温送水和低温送风,可作为一种节能环保的技术来大力推广。 减少设备的容量,降低设备的噪音。 (5)适用范围广泛:蓄冷罐可以利用消防池来做,以减少占地面积和投资。 (6)环保:由于白天开的冷机较少,所以噪音很小,而且清洁无污染,操作方便。 3 制冷站水蓄冷系统方案 3.<1 工程概况 某国际机场二期扩建工程包括:T2航站楼建筑 (面积约23.7万m2,与航站楼配套的综合楼建筑面积a) (b) 图<1约7万m2。 水蓄冷原理图 Fig.<1 Wa该机场具有较好的资源条件,天然气、电力均ter cool storage principle diagram 水蓄冷技术主要是 利用了水的物理特性。对于有保障。为削峰填谷,平衡电网压力,充分利用现在<1个大气压的水,4?水温时其密度最大[<1],因而有的电力资源,当地提出了一系列的鼓励措施,如水蓄冷适宜的水温为4?[2],水蓄冷时蓄水温度一推行峰谷分时电价政策。分时电价如表<1。 般取4,<14?。水蓄冷利用的是水的显热变化(水表<1 峰谷分时电价 比热为4.<187kTable <1 peak and valley lime price J/(kg??))。水蓄冷技术一般采用自然分层式蓄能系统。该系统是一种结构复杂、蓄冷效时段 时间 商业分时电价(元/度) 率较高、经济效益较好的蓄能方法,目前应用的较高峰 8:00-<1<1:00 <18:00-23:00 <1.<1906 为广泛。在夏季的蓄冷循环中,冷水机组送来的冷平峰 7:00-8:00 <1<1:00-<18:00 0.7783 水由蓄冷罐下部的布水器进入蓄冷罐,而原来罐内低谷 23:00-7:00 0.3868 的热水则从蓄冷罐上部的布水器流出,进入冷水机3.2 工程综合方案制定 组降温。随着冷水体积的增加,罐内冷热水交界的根据航站楼空调负荷的特点,综合分析各方因斜温层将被向上推移,而罐中总水量保持不变; ;pdfFactory 在素,本期航站楼扩建工程采取如下能源方案:夏季PDF 文件使用 Pro; 试用版本创建 .fineprint 第26卷第4期 张丽君,等:天津滨海国际机场二期制冷站水蓄冷空调设计 ?355? 供冷采用电制冷+水蓄冷系统,冬季供热采用城市(2)水蓄冷系统运行模式 热源+热交换器。本工程采用水蓄冷能充分利用分采用蓄冷空调系统,既可以按照原来的空调系时电价政策,移峰填谷,平衡电网负荷;供热利用统运行,也可以按照水蓄冷空调系统运行,还可以城市电厂余热作为机场热源,既提高了一次能源综按照上述的混和的模式运行,在白天的高峰时段采合利用率,实现了能源的阶梯利用,又减轻了机场取主机+放冷的方式运行,可以减少主机运行时间的建设成本,对机场的总体运营效益和可持续发展及空调系统的运行费用。本系统运行模式分为五种具有重大意 义;因此该供冷、供热方案能够使企业工况:冷机蓄冷、冷机单供、冷罐单供、冷机,冷和社会共赢,取得良好的经济和社会效益。 罐联供、以及冷机蓄冷+供冷工况[5]。 根据其冷热负荷需求,在<1#制冷站的东北侧另本方案采用在夜间3台主机并联蓄冷的运行方建2#制冷站,由于配套综合楼靠近2#制冷站,2#式。为了实现移峰填谷的目的,冷水机组蓄冷运行制冷站内设置综合楼的换热站,同时T2航站楼地下时间必须是用电低谷时段。为了获得水蓄冷系统最一层另设换热站负责T2航站楼的热源。冷冻水等管大的经济效益与削减最大的高峰电量,水蓄冷系统线通过综合管廊由2#制冷站分别接至航站楼地下必须严格按照预先设定的运行模式运行。 室换热站以及综合楼。 3.4.3 水蓄冷系统运行策略 3.3 冷负荷 空调系统负荷随室外气象参数变化而变化,因新建2#制冷站提供T2航站楼和综合楼的空调此设备在全年运行中需不断调节。对于水蓄冷系冷源,T2航站楼冷负荷34500kW,综合楼冷负荷统,在非满负荷时应充分利用蓄冷量,减少冷水机7050kW,2#制冷站总冷负荷为4<1550kW。 组运行时间,从而节省运行费用。在此思想指导下,3.4 制冷站水蓄冷方案 制定出相应的运行策略,确定蓄冷-释冷周期内系3.4.<1 设计日逐时负荷分布 统的逐时运行模式,以及对应的制冷机和蓄冷装置本项目峰值冷负荷为4<1550kW,采用逐时系数的状态[6]。 法[<1,4]并参照浦东机场航站楼对负荷进行估算,峰(<1)<100%负荷时(设计日)的运行策略 值负荷出现在设计日的<15:00左右,各时段负荷如根据设计日的负荷平衡图(图3),在夜间的电图2所示。 力低谷时段(23:00-7:00)使用3台主机并联蓄冷8个小时;在设计日白天,把蓄冷罐内冷量取出可以消减超出装机容量的负荷和部分高峰负荷,其余时段运行主机。 (2)75%负荷时的运行策略 根据75%负荷平衡图(图4),这种负荷状态下,由于全天的总负荷有所减少,所以可以减少白天的冷机开机时间。 (3)50%负荷时的运行策略 根据50%负荷平衡图(图5),罐内的蓄冷量可图2 设计日逐时负荷分布图 以满足全部高峰时段和部分平峰时段,其余部分只Fig.2 Hourly load distribution on design 需要开启部分主机,可以明显减少运行费用。 3.4.2 水蓄冷方案 (4) 25%负荷时的运行策略 (<1)水蓄冷系统设备设置 这个阶段称为过渡时期,全 天的负荷明显减利用常规制冷主机作为蓄冷主机,主机采用4少。根据25%负荷 平衡图(图6),在夜间电力低谷台7034kW(2000RT)。蓄冷系统有蓄冷泵、放冷 泵、时段(23:00-6:00)使用3台主机并联蓄冷6.2个小2个<1<1000m3蓄冷罐 以及控制系统,最大蓄冷量为时,不用把蓄冷罐蓄满;蓄能罐所储存的蓄冷量可 <168768kWh。夏季提供6/<13?的冷冻水。 以满足白天所有负荷,此时只开启 放冷水泵即可。 PDF 文件使用 ;pdfFactory Pro; 试用版本创建 .fineprint ?356? 制冷与空调 20<12年 图3 <100,负荷平衡图 图4 75,负荷平衡图 Fig.3 <100% load balance figure Fig.4 75% load balance figure 图5 50,负荷平衡图 图6 25,负荷平衡图 Fig.5 50% load balance figure Fig.6 25% load balance figure 4 制冷站水蓄冷系统设计 原则来设计,蓄 冷罐直径23米,有效水深26.5米,制冷站建筑面积2600m2,建筑高度8m,室 外单罐小时最大蓄冷量为<13000kWh。蓄冷罐做外保蓄冷水罐最高点约30.5m。 制冷站工程建筑包括冷温处理,采用分层式蓄冷技术,内部设计有上下布冻站、 换热站、变配电室及其它辅助房间,制冷站水器。蓄冷系统采用多罐并联同步蓄、 放冷技术措内设置冷机、水泵等主要设备,冷却塔设于站房屋施,控制释冷及蓄 冷的罐中水流平稳,避免罐内水顶,蓄冷罐(2座)设于室外。设计要注意蓄冷 罐、流无序扰动,最大程度减少斜温层厚度,以达到最冷水机组等主要设备的布 置,便于运输、操作管理高的效率[5]。因蓄冷罐水位高于空调系统最高点,和 维修。空调水系统冷冻水总管由站房的管道入口水蓄冷系统直接利用蓄冷罐定 压,并因此可取消水间接至室外地下管廊,通过室外地下管廊接入T2蓄冷系统 的板式换热器。 航站楼的地下室的换热站内的二次冷冻水泵,并设4.3 水泵、冷却塔及其他辅助设备 置计量装置。 蓄冷水泵和一次冷冻水泵合用,水泵设置变4.<1 制冷机组[7] 频,作蓄冷泵使用时采用变频降低扬程从而节约水为了配合水蓄冷温度要求,冷水机组必须选择泵电量。空调水系统采用两管制变水量二次泵异程大温差机组。系统侧、蓄冷侧供回水温均为6/<13?;式系统,放冷泵、二次泵均采用变频[8]。 空调冷冻水温度采用大温差可大幅节约了空调水冷却塔设在制冷站屋顶,采用<16台400t/h玻璃泵和管网的初投资和运行费用。 钢方形横流低噪声冷却塔,冷却塔采用多台并联运4.2 蓄冷罐 行可减少其运行电量及噪声。 按照充分利用制冷设备,削减部分高峰负荷的补水系统采用软化水,蓄冷水池初次补水采用PDF 文件使用 ;pdfFactory Pro; 试用版本创建 .fineprint 第26卷第4期 张丽君,等:天津滨海国际机场二期制冷站水蓄冷空调设计 ?357? 投药化学水处理。水处理设备有软化水箱及补水冷系统的运行模式,设备各运行工况下阀门转换详泵、真空脱气装置、全自动射频除污器、全程水处见蓄冷空调系统工况转换表2[2,3]。 理装置,减少水系统的气塞和腐蚀结垢现象。 表2 蓄冷空调系统工况转换表 制冷站水蓄冷系统原理图详见图7。 Table 2 Cool storage air conditioning system conditions translation table 工况 V<1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 冷机蓄冷 关 关 开 开 关 关 关 冷机单供 开 开 关 关 关 关 关 冷罐单供 关 关 关 关 开 开 调节 冷机, 冷罐联供开 开 关 关 开 开 调节 冷机蓄冷 ,供冷关 关 开 开 开 开 调节 图7 制冷站水系统原理图 Fig.7 Standing water refrigeration system diagram 5 水蓄冷运行效益分析 4.4 水蓄冷控制系统 为了便于分析水蓄冷系统的经济效益,将水蓄水蓄冷控制系统通过对冷水机组、蓄冷罐、水冷与常规空调系统运行进行对比分析。 泵、冷却塔及电动 阀进行监控,自动调整适合的蓄5.<1 夏季空调运行电量 表3 水蓄冷与常规 空调系统的年运行电量表 Table 3 Water cool storage and conventional air conditioning system in operation of the scale table 日负荷夏季蓄冷空调 年运行电量(kWh) 夏季常规制冷空调年运行电量(kWh) 天数 日高峰 日平 峰 日低谷 小计 日高峰 日平峰 日低谷 小计 <100%负荷 <17 29688 45589 395<16 <195<1478 4306<1 58286 9404 <1882763 75%负荷 40 6386 42<148 34<1<19 3306098 3243<1 43850 7300 3343222 50%负荷 35 27<1<1 <19<195 33408 <1935998 2<1800 29<143 4927 <1955463 25%负荷 28 <1535 <1966 28764 903437 <1<1080 <14887 2823 806<125 总计 <120 897982 3<1878<17 40<1<12<13 80970<1<1 3<102508 4<18<1688 703378 7987573 年转移电量 -- -- -- -- 2204526 99387<1 -3307835 -<109438 平均转移高峰电功率日蓄冷量×有效系数 /(高峰小时数×综合制冷性能系数SCOP) <168768kWh×0.9/(8×3.5)=5425kW 5.2 夏季空调运行费用 通过模拟分析蓄冷系统的运行,经计算可得出蓄冷空调 系统和常规空调系统的运行电费。 表4 水蓄冷与常规空调系统的年运行费用 表 Table 4 Water cool storage and conventional air conditioning system in the operation cost table 日负荷夏季蓄冷空调年运行费用 夏季常规制冷 空调年运行费用 天数 日电费(元) 电费(万元) 日电费(元) 电费(万元) <100%负荷 <17 86<1<13 <146.39 <100270 <170.46 75%负荷 40 53604 2<14.4<1 75564 302.26 50%负荷 35 3<1089 <108.8<1 50543 <176.90 25%负荷 28 <14484 40.56 25870 72.44 总计 <120 -- 5<10 -- 722 年节约电费 -- -- 2<1<1.88 -- -- PDF 文件使用 ;pdfFactory Pro; 试用版本创建 .fineprint ?358? 制冷与空调 20<12年 6 结论 据蓄冷罐水位最高利用蓄冷罐直接定压等。 本工程采用水蓄 冷能充分利用分时电价政策, 移峰填谷,平衡电网负荷,有利于国家电网的安 全参考文献: 运行。水蓄冷系统年运行节约电费:2<1<1.88万元;[<1] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司.2009全国民平均转移高峰电功率:5425kW,运行费用大大减用建筑工程设计技术措施(暖通空调?动力)[M].北京:少,同时缓解电网压力,取得良好的经济和社会效中国建筑标准设计研究院,2009. 益。 [2] 陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版)[M].北京:中水蓄冷系统充分利用夏季夜间较低气温,冷却国建筑工业出版社,2008. 效果好,系统满负荷运转时间较多,从而提高冷机[3] 佩尔优科技公司.佩尔优(水蓄冷)样本[M].北京:佩尔的工作效率,同时冷冻水采用大温差更利于降低空优科技公司,20<10. 调输配系统的初投资和能耗。水蓄冷系统还能提供[4] 彦启森,赵庆珠.冰蓄冷系统设计[M].北京:全国蓄冷空应急冷源,并且使用常规冷水机组,技术成熟、运调节能技术工程中心,<1999. 行稳定、系统灵活,为机场未来的发展和将来T3[5] 方贵银.蓄冷空调工程实用新技术[M].北京:人民邮电航站楼的规划建设提供更多的选择性。 出版社,2000. 本工程水蓄冷系统运行模式分为五种工况,对[6] JGJ<158-2008,蓄冷空调工程技术规程[S].北京:中国建于水蓄冷系统,在非满负荷时应充分利用蓄冷量,筑工业出版社,2008. 减少冷水机组运行时间,需要制定出相应的运行策[7] 约克(无锡)空调冷冻科技有限公司.YORK中央空调略。 设备选型技术手册[M].无锡:约克(无锡)空调冷冻科制冷站水蓄冷系统设计与常规空调设计不完技有限公司,2009. 全相同。如水蓄冷设计要注意考虑蓄冷罐等主要设[8] 刘涛.中央空调水系统节能措施探讨[J].制冷与空调, 备的布置,以便于其运输、操作管理和维修,可根2008,22(2):43-45. PDF 文件使用 ;pdfFactory Pro; 试用版本创建 .fineprint
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