江西鹿鼎国际购物公园水蓄冷空调系统设计与运行分析.docx

图1 设计日建筑冷负荷（1. 江西省电力公司营销部，南昌330000；2. 杭州华电华源环境工程有限公司，杭州310030）age system, and its operation mode. It gives a variety of the operaand pointes out that the park with water storage air conditioning蓄冷水池容量为 5 700 m3，白天空调制冷供冷，夜间制冷水蓄冷，供给南楼及中间步行街冷负荷。根据 负荷管理 江西鹿鼎国际购物公园水蓄冷空调系统设计与运行分析占少辉 1，朱仁洪 2，叶水平 2，丁凯江 2Design and operation analysis of water storage airconditioning system for Jiangxi Luding International Shopping ParkZHAN Shaohui1，ZHU Renhong2，YE Shuiping2，DING Kaijiang2（1. Jiangxi Electric Power Company, Nanchang 330000, China；2. Hangzhou Huadian Huayuan Environmental and Engineering Co., Ltd., Hangzhou 310030, China）摘要：江西鹿鼎国际购物公园利用消防水池建设水蓄冷 空调系统。介绍了水蓄冷系统的机房设计及其运行方式，给 出了各种负荷时段的运行策略，并通过实例计算指出该购物 公园采用水蓄冷空调系统将为用户节省可观的运行费用。关键词：水蓄冷；运行策略；空调系统设计Abstract：Jiangxi Luding International Shopping Park applies the fire water storage tank to do the design of water storage airconditioning systems and the computer room design of water stortion strategies during different load time sections and calculates systems will save users considerable running costs by an example.Key words：water storage; operating strategy; airconditioning system design1工程概况中图分类号：F407.61 文献标志码：A200823 号）提出加强电力需求侧管理，采用蓄冷 江西鹿鼎国际购物公园为南昌市京东地区乃蓄热方式，积极参与用电高峰时段避峰。南昌市也 至江西最大的集休闲购物于一体的家具购物广场，是大力提倡用电移峰填谷的城市之一。南昌市常该广场分南楼、北楼、步行街 3 个部分，空调总建 规用电电价为0.99 元/kWh。筑面积约 15 万 m2 ，空调使用面积 12 万 m2 。按照 对于水蓄冷空调系统，南昌市采用相对优惠的南昌的气候条件，整个大楼夏季设计日的总尖峰负 电价政策，见表 1。因此，从电价政策上来看，该空荷为 5 500 Rt。本工程分一、二期 2 个阶段进行，第 调工程采用水蓄冷系统是合理的2。一期工程利用消防水池采用水蓄冷中央空调系统， 表1 南昌市水蓄冷空调商业用电电价配置2 台双工况主机蓄冷供冷，总制冷负荷2 200 Rt， 电价类型 时段 电价（/ 元kWh-1）低谷时段 23:00次日5:00 0.369 大楼运行及功能需要，再确定北楼机组及需配置多 平峰时段 5:0017:00 0.738 大的调节用机组，拟为二期工程，满足大楼供冷需 高峰时段 17:0023:00 1.107求。本工程设计范围为第一期工程冷冻机房水蓄 2.2 负荷特点冷空调系统。 综合考虑各种附加冷负荷，计算得到江西鹿鼎国际购物公园的设计日冷负荷如图1 所示。2 水蓄冷空调方案的确定2.1 电价政策2004 年 5 月，国家发改委、国家电监会联合发布了加强电力需求侧管理工作的指导意见，明确提出了“电力需求侧管理”的概念，转移电力负荷技术 的应用已经被提升到与节电节能并重的高度1。国 务院关于进一步加强节油节电工作的通知（国发收稿日期：2009-12-30作者简介：占少辉（1972），男，江西都昌人，工程师，硕士，从事电力需求侧管理与应用工作。Vol.12，No.2 Mar.，2010 POWER DSM | 31图2 自然分层蓄冷水池结构及温度分布图从图 1 可见，该建筑的冷负荷具有明显的集中 混凝土结构。在条件允许时应尽可能加深蓄冷池 性，即在电价低谷时段没有任何空调冷负荷，而在 深度，蓄冷池中的水流分配器应设计合理，充分利 电价平峰和高峰时段负荷相当集中，这为水蓄冷系 用水在不同温度下密度不同而实现自然分层。系 统的蓄冷提供了很好的条件。 统组成是常规的制冷系统加上蓄冷水池。如果设2.3建筑类型及冷源的备用应急功能计合理，蓄冷效率可以达到 85%95%，并且可以利 江西鹿鼎国际购物公园空调系统属间歇运行用建筑的消防水池作为蓄冷水池。（间歇时间在夜间），白天使用时间负荷量大，而在 在蓄冷循环中，冷水机组送来的冷水由蓄冷槽 夜间非使用时间里没有负荷。更重要是江西鹿鼎 下部的布水器进入蓄冷槽，而原来槽内的热水则从 国际购物公园是个大型商场，人流量大，一旦冷源 蓄冷槽上部的布水器流出，进入冷水机组降温。随 出现故障，将会给商场带来巨大的负面影响。而水 着冷水体积的增加，槽内冷热水交界的斜温层将被 蓄冷空调的最大的特点之一就是具有应急功能，即 向上推移，而槽中总水量保持不变。在放冷循环 使制冷主机在空调时间出现故障，也可以采用蓄冷 中，水流动方向相反，冷水由下部布水器被放冷泵 槽单独供冷模式维持末端的基本要求，不会影响商 抽出送至用户，经换热后的温度较高的水则从上部 场的正常运营。 布水器进入蓄冷槽。其工作过程如图2 所示。3水蓄冷系统设计在分析本项目使用要求、负荷特性、建筑类型 的基础上，经技术经济比较和运行工况模拟，确定 系统利用水蓄冷系统蓄冷。在大楼地下一层的制 冷机房内设制功率为1 030 Rt、输入功率为666.1 kW 的离心式冷水机组 2 台（12/4 ），并利用消防水池（5 700 m3）进行蓄冷，通过 2 台换热功率为 1 500 Rt 的板式换热器将开式的蓄冷系统回路与闭式的空 调系统回路隔离进行供冷，保证系统安全可靠运 行。整个蓄冷系统在夜间电力低谷时段利用2 台离心 式水冷机组进行蓄冷，在白天电力高峰时段通过板式换热器供冷，实现移峰填谷，利用优惠的电价政策，与常规空调系统不同，一个蓄冷系统，必须以 实现节省运行费用的目的。由于实行峰谷电价，因一个蓄能用能周期（一般为一个典型设计日 24 h 的 此水蓄冷空调系统的运行费用低于其他空调形式。逐时负荷）为依据，以确定各种蓄冷方案中的冷水 水蓄能技术主要是利用了水的物理特性。在机组、蓄冷装置、换热器、水泵等设备的容量，这就 一个标准大气压下，4 水温时其密度最大，此时为需要逐时平衡各项蓄冷与供冷的数量，以满足空调1 000 kg/m3。随着水温的升高，其密度在不断减小，系统的逐时负荷要求。同时，通过充分利用电网低 如果不受到外力扰动，一般容易形成冷水在下、热谷时段的电力，为用户尽可能节约运行费用。水在上的自然分层状态。但水在 4 以下时，物理 性质却出现明显的非规律性变化，此时随着水温的4水蓄冷系统运行方式 降低，其密度却在不断减小，因而水蓄冷水温可利用的下限为 4 ，水蓄冷时一般是 414 。蓄冷运4.1蓄冷行温度为12/4 ，负荷侧温度为13/7 。夜间电力低谷时段，开启 2 台离心式机组串联水蓄冷是利用水的显热实现冷量的储存（水比运行，制备低温（4 ）的冷冻水向蓄冷水池蓄冷。热容为 4.19103 J（/ kg）。一个设计合理的蓄冷蓄冷过程中，蓄冷水池内冷冻水与回水的交界面不系统应通过维持尽可能大的蓄水温差并防止冷水断上升，升达上均流布水装置时，蓄冷水池蓄冷便与热水的混合来获得最大的蓄冷效率。冷量的储告蓄满，留待满足次日白天供冷需要。 存型式有温度自然分层型、多水池型、隔膜型或迷4.2 放冷 宫型与多水池折流型。自然分层式蓄能技术是一该运行方式分 4 种工况：离心式水冷机组单 种结构简单、蓄冷效率较高、经济效益较好的蓄能独供冷。此时离心式冷水机组按常规空调方式运 方法，目前应用得较为广泛，关键要解决好所蓄冷行；蓄冷水池单独供冷。正常空调季节，白天供 水与回流热水的混合，蓄冷池结构可采用钢结构或冷时，停开离心式水冷机组，将蓄冷水池夜间已蓄32 | 电力需求侧管理第 12 卷第2 期2010 年3 月图3 供冷负荷100%设计日运行策略图4 供冷负荷50%设计日运行策略4 张永铨. 蓄能式空调系统M.天津：天津大学出版社，以实现分量蓄冷模式逐步向全量蓄冷模式的运行5 华泽钊.蓄冷技术及其在空调工程中的应用M. 北京：科学出版社，1997：14-17.存的冷量放出；离心式冷水机组与蓄冷水池联合其它设计日可以根据实际情况设计运行策略， 供冷。在气温较高的空调高峰负荷时段，白天供冷可以消除全部或部分的白天冷负荷。水蓄冷系统 时由以上两者同时向末端提供空调冷冻水；离心每年可以减少 56.46 万 kWh 的高峰用电量，减少 式冷水机组在为蓄冷水池蓄冷的同时，也向空调末70.78 万 kWh 的平段用电量，增加 109.91 万 kWh 的 端提供空调冷冻水。低谷用电量。经统计计算，江西鹿鼎国际购物公园离心式水冷机组水蓄冷机房部分每年夏季供冷5水蓄冷系统运行策略耗电量约 201.18 万 kWh，水蓄冷空调比常规空调 每年夏季供冷可以节省运行费用约 84.42 万元。先根据商场大楼的实际运行情况得到空调逐随着峰谷电价差的不断拉大，其经济效益将更加时冷负荷分布图，再根据南昌市水蓄冷空调分时电明显。 价政策制定出设计日的水蓄冷空调运行策略。在供冷负荷 100%设计日，采用 2 台主机夜间串6结束语联蓄冷 7 h（6 h 为电价低谷时段，1 h 为电价平峰时段）蓄满，在优先保证供冷要求的前提下，可以消除节能和环保是实现低碳经济和可持续发展的部分电力高峰时段负荷，冷量不足部分开启冷水机关键，蓄冷式空调系统与传统的空调系统相比，可组补充，如图3 所示。节约运行费用 10%40%左右，可以获得较大的经 济效益，同时还可以均衡电网峰谷负荷，社会效益同样明显。江西鹿鼎国际购物公园对冷负荷需求 的集中性和应急性决定了水蓄冷系统在该商场应 用的可行性。蓄冷式空调的广泛应用对电网移峰 填谷、实现低碳经济和社会可持续发展具有现实意 义。D参考文献：1 胡兴邦，朱华，叶水泉，等. 储冷空调系统原理、工程设 计与应用M. 杭州：浙江大学出版社，1997.2 严德隆，张维君. 空调蓄冷应用技术M. 北京：中国建在供冷负荷非 100% 设计日，天气发生变化， 筑工业出版社，1997：42-56. 日负荷较