浦东机场二期能源中心空调冷冻水系统

1、 上海浦东国际机场二期工程是一个综合性的工上海浦东国际机场二期工程是一个综合性的工 程，根据国内外大型机场的运营经验，能耗最大的程，根据国内外大型机场的运营经验，能耗最大的 是空调系统、照明配电等。因此，针对空调系统中是空调系统、照明配电等。因此，针对空调系统中 的超大型集中冷热源站房（能源中心），如何采取的超大型集中冷热源站房（能源中心），如何采取 有效的节能方法和降低运行费用，也是机场诸多节有效的节能方法和降低运行费用，也是机场诸多节 能措施中一个非常重要的环节。本项目通过科学论能措施中一个非常重要的环节。本项目通过科学论 证和技术经济分析，成功地将超大型水蓄冷空调技证和技术经济分析，成功

2、地将超大型水蓄冷空调技 术应用于浦东机场。在设计过程中，利用计算机仿术应用于浦东机场。在设计过程中，利用计算机仿 真技术，通过建立计算机模型，优化了蓄冷罐的罐真技术，通过建立计算机模型，优化了蓄冷罐的罐 体以及布水器的设计。同时，根据对机场的空调负体以及布水器的设计。同时，根据对机场的空调负 荷分析，利用荷分析，利用BA控制系统，建立合理、可靠的运行控制系统，建立合理、可靠的运行 策略，进一步达到节约运行能耗和运行费用的目的。策略，进一步达到节约运行能耗和运行费用的目的。 该水蓄冷系统于该水蓄冷系统于2007年建成并投入运行，经过年建成并投入运行，经过 20072008年的系统调试和运行，取得

3、了预期的节年的系统调试和运行，取得了预期的节 能以及大幅度降低运行费用的效果。能以及大幅度降低运行费用的效果。 2.1 气候特征气候特征 上海位于北纬上海位于北纬31.17度，东经度，东经121.43度。上度。上 海属于亚热带季风气候，四季分明，日照充分，海属于亚热带季风气候，四季分明，日照充分， 气候温和湿润。上海的春、秋季节较短，冬、气候温和湿润。上海的春、秋季节较短，冬、 夏季节较长。夏季受东南温暖及潮湿的季候风夏季节较长。夏季受东南温暖及潮湿的季候风 影响而炎热。秋季天气清爽，空气温暖湿润，影响而炎热。秋季天气清爽，空气温暖湿润， 是全年最佳季节。冬季寒冷而干燥。全年平均是全年最佳季节

4、。冬季寒冷而干燥。全年平均 气温为气温为16度。最热月份度。最热月份(即七月及八月即七月及八月)及最冷月及最冷月 份份(即一月即一月)的平均温度分别为的平均温度分别为28度及度及4度，其中度，其中 七月及八月最高干球温度近乎七月及八月最高干球温度近乎38度。七月初是度。七月初是 江南的梅雨季节多雨、潮湿、闷热。江南的梅雨季节多雨、潮湿、闷热。 图图2-1上海市年平均干球温度分布图上海市年平均干球温度分布图 2.2 日照日照 上海日照充足，太阳辐射最高的季节为上海日照充足，太阳辐射最高的季节为 春、夏季，最高辐射量可达春、夏季，最高辐射量可达900 W/m。其。其 他季节平均辐射量也可达他季节平

5、均辐射量也可达600700 W/m。 2.3 空调负荷分析空调负荷分析 机场二期工程的冷源和热源由能源中机场二期工程的冷源和热源由能源中 心提供。二期能源中心供冷供热的服务面心提供。二期能源中心供冷供热的服务面 积为积为62万，其中近期为万，其中近期为T2航站楼航站楼49万，万， 交通中心交通中心3万，远期为万，远期为T3航站楼航站楼10万。万。 设计冷热负荷如下表设计冷热负荷如下表2-1： 表表2-1 能源中心供冷供热负荷能源中心供冷供热负荷 夏季冷负荷夏季冷负荷(kW) 冬季热负荷冬季热负荷 (kW) T2航站楼航站楼8016047153 交通中心交通中心 56263512 T3航站楼航站

6、楼 2109612600 空调冷负荷的设计日逐时冷负荷分布如下图：空调冷负荷的设计日逐时冷负荷分布如下图： 图图2-3 100%设计日逐时冷负荷图设计日逐时冷负荷图 从图从图2-3中可以看出，负荷高峰集中在中可以看出，负荷高峰集中在9：0022：00之之 间，即空调冷负荷高峰出现的时间正处于用电高峰时间内。间，即空调冷负荷高峰出现的时间正处于用电高峰时间内。 因此采用蓄冷空调技术，既可以起到电力削峰填谷的作用，因此采用蓄冷空调技术，既可以起到电力削峰填谷的作用， 又能大幅度降低空调冷源的运行费用。又能大幅度降低空调冷源的运行费用。 根据对上海浦东机场一期空调实际运行情况根据对上海浦东机场一期空

7、调实际运行情况 的分析，得出其二期的空调负荷的大致分布情况的分析，得出其二期的空调负荷的大致分布情况 （见表（见表3-1）。本项目对上海浦东国际机场二期）。本项目对上海浦东国际机场二期 能源中心采用常规电制冷、冰蓄冷和水蓄冷等三能源中心采用常规电制冷、冰蓄冷和水蓄冷等三 种方案进行了详细的技术经济比较。当蓄冷率为种方案进行了详细的技术经济比较。当蓄冷率为 17%时，电制冷、冰蓄冷、水蓄冷系统的机房设时，电制冷、冰蓄冷、水蓄冷系统的机房设 备投资以及运行费用见表备投资以及运行费用见表3-2。浦东国际机场可。浦东国际机场可 享受享受0.229元元/度的夜间低谷电价，为峰值电价的度的夜间低谷电价，为

8、峰值电价的 23。 表表3-1 负荷分布情况负荷分布情况 负荷分负荷分 布布 100%75%50%25% 总计总计 天天 数数24606036180 表表3-2 采用采用17的蓄冷量的空调冷冻水系统经济分析比较（万元）的蓄冷量的空调冷冻水系统经济分析比较（万元） 内内 容容冰蓄冷冰蓄冷水蓄水蓄 冷冷 常规常规 电制冷电制冷 备备 注注 制冷机组容量制冷机组容量（RT）183201900024700a.功率因素：功率因素： 0.85 b. 配电设施配电设施 费：费： 800元元/KVA c. 基本电费基本电费 ： 30元元/kW.月月 D年运行年运行 天数：天数： 180天天 机房设备用电功率机

9、房设备用电功率（kW）186301826523212 机房设备配电容量机房设备配电容量 （KVA） 219182148827308 说明说明 1 一一 次次 投投 资资 机房设备概算机房设备概算14296.49123.39015.8 机房配电设施费机房配电设施费1753.417192184.6 说明说明 2 合合 计计160501084211200 年年 使使 用用 费费 基本电费基本电费671658836 说明说明 3 机房运行电费机房运行电费199917792428 机房维护费用机房维护费用约约100约约80约约80 合合 计计277025173344 由上表可以看出：由上表可以看出： 水

10、蓄冷初投资仅水蓄冷初投资仅10842万元，低于常规电制冷万元，低于常规电制冷358万元，万元， 低于冰蓄冷低于冰蓄冷5208万元，是最节省投资的方案。万元，是最节省投资的方案。 水蓄冷设备配电容量最低。水蓄冷设备配电容量最低。 年使用费（未计折旧费）也是水蓄冷最省，低于常规电制年使用费（未计折旧费）也是水蓄冷最省，低于常规电制 冷冷827万元，低于冰蓄冷万元，低于冰蓄冷253万元。万元。 水蓄冷罐占地约水蓄冷罐占地约1120 m2。 通过常规电制冷、冰蓄冷、水蓄冷三种供冷方案的技术经通过常规电制冷、冰蓄冷、水蓄冷三种供冷方案的技术经 济比较，可以得出采用以制冷离心式冷水机组为制冷主体济比较，可

11、以得出采用以制冷离心式冷水机组为制冷主体 的水蓄冷空调方式是上海浦东机场二期能源中心最佳制冷的水蓄冷空调方式是上海浦东机场二期能源中心最佳制冷 供冷方案的结论。供冷方案的结论。 说明说明1 1：机房设备配电容量为机房设备用电功率功率因素：机房设备配电容量为机房设备用电功率功率因素 说明说明2 2：机房配电设施费为机房设备配电容量：机房配电设施费为机房设备配电容量x800 x800元元kVAkVA 说明说明3 3：基本电费为机房设备用电功率：基本电费为机房设备用电功率x12x12月月x30 x30元月元月* *kWkW 4.1 系统配置系统配置 上海浦东国际机场二期能源中心水上海浦东国际机场二期

12、能源中心水 蓄冷系统的机房主要设备配置与技术参蓄冷系统的机房主要设备配置与技术参 数见下表：数见下表： 表表4-1 采用采用17的蓄冷量的空调冷冻水系统的机房主设的蓄冷量的空调冷冻水系统的机房主设 备配置与技术参数表备配置与技术参数表 序序 号号 名称名称规格规格数量数量 功率功率 （kW） 总功率总功率 （kW） 1 常规离心式常规离心式 冷水机组冷水机组 空调制冷量空调制冷量1900RT 冷却水温度冷却水温度3238 冷冻水温度冷冻水温度412 10台台135913590 2冷却水循环泵冷却水循环泵 1260m3h、31.5m、 1450rpm 11台台 （10用用1备备） 1601600

13、 3 冷冻水一次泵冷冻水一次泵 （定流量）（定流量） 760m3h、22m、 1450rpm 11台台 （10用用1备备） 75750 4 冷冻水二次泵冷冻水二次泵 （变频控制）（变频控制） 2020 m3h、50 m、 1450 rpm 6台台 （5用用1备备） 3551775 5 超低噪声超低噪声 横流式冷却塔横流式冷却塔 冷却水量冷却水量1200 m3h、 冷却水温度冷却水温度 3238 10台台55550 6 全自动全自动 控制系统控制系统 PLC(含变频控制、传感器、含变频控制、传感器、 电动阀等电动阀等) 1套套0 7蓄冷槽蓄冷槽 蓄冷量蓄冷量29280RTH、 实际容积实际容积1

14、1600m3、 直径直径26m、高度高度22m 2个个0 4.2 运行策率运行策率 由于空调的冷负荷是随室外气温的变化而变由于空调的冷负荷是随室外气温的变化而变 化的，也就是说，室外温度的变化，决定蓄冷量化的，也就是说，室外温度的变化，决定蓄冷量 的多少，进而确定蓄冷冷水机组的运行数量。根的多少，进而确定蓄冷冷水机组的运行数量。根 据对上海气象资料的分析，制定水蓄冷的运行策据对上海气象资料的分析，制定水蓄冷的运行策 略图如图略图如图3-5图图3-8所示：所示： 图图4-1 100设计日水蓄冷空调运行策略设计日水蓄冷空调运行策略 图图4-2 75设计日水蓄冷空调运行策略设计日水蓄冷空调运行策略

15、图图4-3 50设计日水蓄冷空调运行策略设计日水蓄冷空调运行策略 图图4-4 25设计日水蓄冷空调运行策略设计日水蓄冷空调运行策略 空调耗电是上海市夏季供电紧张的主要原因之一。为空调耗电是上海市夏季供电紧张的主要原因之一。为 了缓解夏季高峰时段的供电紧张状况，采用蓄冷空调系统了缓解夏季高峰时段的供电紧张状况，采用蓄冷空调系统 对用电负荷进行削峰填谷，是经济和有效的方式。蓄冷空对用电负荷进行削峰填谷，是经济和有效的方式。蓄冷空 调技术就是在电力负荷低的夜间，采用电动制冷机制冷，调技术就是在电力负荷低的夜间，采用电动制冷机制冷， 利用蓄冷介质将冷量贮存起来。在电力负荷较高的白天或利用蓄冷介质将冷量

16、贮存起来。在电力负荷较高的白天或 用电高峰期，把贮存的冷量释放出来，满足建筑物空调或用电高峰期，把贮存的冷量释放出来，满足建筑物空调或 生产工艺的需要。蓄冷空调多采用水蓄冷和冰蓄冷方式。生产工艺的需要。蓄冷空调多采用水蓄冷和冰蓄冷方式。 水蓄冷系统采用常规空调冷水机组作为制冷设备，以水蓄冷系统采用常规空调冷水机组作为制冷设备，以 保温蓄冷罐（槽）等作为蓄冷设备。空调冷水机组在用电保温蓄冷罐（槽）等作为蓄冷设备。空调冷水机组在用电 低谷时段将低谷时段将47的冷水蓄存起来，空调运行时将冷水抽的冷水蓄存起来，空调运行时将冷水抽 出使用。水蓄冷的特点是利用价格低廉、使用方便的水作出使用。水蓄冷的特点是

17、利用价格低廉、使用方便的水作 为蓄冷介质，利用水的显热进行冷量储存的。与其他蓄冷为蓄冷介质，利用水的显热进行冷量储存的。与其他蓄冷 空调系统相比，水蓄冷空调系统具备以下优点：空调系统相比，水蓄冷空调系统具备以下优点： 1) 设备的选择和适用范围广，常规空调的主机、水泵、空设备的选择和适用范围广，常规空调的主机、水泵、空 调箱以及配管等均能使用。调箱以及配管等均能使用。 2) 适用于常规供冷系统的扩容和改造，可以通过不增加制适用于常规供冷系统的扩容和改造，可以通过不增加制 冷机组容量而达到增加供冷量的目的。用于旧系统改造冷机组容量而达到增加供冷量的目的。用于旧系统改造 也十分方便，只需要增设蓄冷

18、槽，原有的设备仍然可用，也十分方便，只需要增设蓄冷槽，原有的设备仍然可用， 所增加费用不多。所增加费用不多。 3) 蓄冷、放冷运行时冷冻水温度相同或基本一致，冷水机蓄冷、放冷运行时冷冻水温度相同或基本一致，冷水机 组在这两种运行工况下均能维持额定容量和效率。组在这两种运行工况下均能维持额定容量和效率。 4) 可以利用消防水池、原有蓄水设施等作为蓄冷容器来降可以利用消防水池、原有蓄水设施等作为蓄冷容器来降 低初投资。低初投资。 5) 可以实现蓄热和蓄冷的双重功能。水蓄冷系统更适宜于可以实现蓄热和蓄冷的双重功能。水蓄冷系统更适宜于 采用热泵系统的地区，可设计为冬季蓄热、夏季蓄冷，采用热泵系统的地区

19、，可设计为冬季蓄热、夏季蓄冷， 这对提高水槽的利用率，具有一定的经济性。这对提高水槽的利用率，具有一定的经济性。 6) 设备及控制方式与常规空调系统相似，运行管理和设备设备及控制方式与常规空调系统相似，运行管理和设备 的维修保养方便，无需特殊的技术培训。的维修保养方便，无需特殊的技术培训。 蓄冷罐储存冷量的大小取决于蓄冷罐储存冷蓄冷罐储存冷量的大小取决于蓄冷罐储存冷 水的数量和蓄冷温差。温差的维持可通过降低储水的数量和蓄冷温差。温差的维持可通过降低储 存冷水温度、提高回水温度以及防止回流温水与存冷水温度、提高回水温度以及防止回流温水与 储存冷水的混合等措施来实现。为了提高蓄冷水储存冷水的混合等

20、措施来实现。为了提高蓄冷水 槽的蓄冷能力并满足供冷时的负荷要求，提高水槽的蓄冷能力并满足供冷时的负荷要求，提高水 蓄冷系统蓄冷效率，应当维持尽可能大的蓄冷温蓄冷系统蓄冷效率，应当维持尽可能大的蓄冷温 差并防止储存冷水与回流热水的混合，为实现这差并防止储存冷水与回流热水的混合，为实现这 一目的，概括起来主要有四种方式：自然分层蓄一目的，概括起来主要有四种方式：自然分层蓄 冷、多罐式蓄冷、迷宫式蓄冷和隔膜式蓄冷。其冷、多罐式蓄冷、迷宫式蓄冷和隔膜式蓄冷。其 中尤以自然分层水蓄冷技术应用最为普遍。中尤以自然分层水蓄冷技术应用最为普遍。 5.1 自然分层型水蓄冷技术自然分层型水蓄冷技术 水蓄冷技术的关

21、键在于大温差、自然分层、水蓄冷技术的关键在于大温差、自然分层、 均流布水，从而使斜温层更薄，更稳定。温度均流布水，从而使斜温层更薄，更稳定。温度 分层型水蓄冷是利用水在不同温度时密度不同分层型水蓄冷是利用水在不同温度时密度不同 这一特性，依靠密度差使温水和冷水之间保持这一特性，依靠密度差使温水和冷水之间保持 分隔。温度低的水密度大，位于储槽的下部，分隔。温度低的水密度大，位于储槽的下部， 温度高的水密度小，位于储槽的上部。这样可温度高的水密度小，位于储槽的上部。这样可 以避免冷水和温水混合造成热量的损失。经过以避免冷水和温水混合造成热量的损失。经过 技术经济比较，上海浦东国际机场（二期）能技术

22、经济比较，上海浦东国际机场（二期）能 源中心采用了温度分层型水蓄冷方案。罐内温源中心采用了温度分层型水蓄冷方案。罐内温 度分层示意图如下图度分层示意图如下图5-1： 图图5-1 温度分层示意图温度分层示意图 在自然分层的水蓄冷槽中，斜温层是一个影在自然分层的水蓄冷槽中，斜温层是一个影 响冷热分层和蓄冷槽蓄冷效果的重要因素。它是响冷热分层和蓄冷槽蓄冷效果的重要因素。它是 由于冷热水的导热作用而形成的一个冷热温度过由于冷热水的导热作用而形成的一个冷热温度过 渡层。它会由于通过该水层的导热、水与蓄冷槽渡层。它会由于通过该水层的导热、水与蓄冷槽 壁面和沿槽壁的导热，并随存储时间的延长而增壁面和沿槽壁的

23、导热，并随存储时间的延长而增 厚，从而减少实际可用蓄冷水的体积，减少可用厚，从而减少实际可用蓄冷水的体积，减少可用 蓄冷量。大型水蓄冷的斜温层厚度一般为蓄冷量。大型水蓄冷的斜温层厚度一般为12 m。 为了防止水的流入和流出对存储冷水的影响，在为了防止水的流入和流出对存储冷水的影响，在 自然分层蓄冷槽中通过布水器从槽中取水和向槽自然分层蓄冷槽中通过布水器从槽中取水和向槽 中送水，布水器的作用是使水缓慢地流入水槽和中送水，布水器的作用是使水缓慢地流入水槽和 从水槽中流出，以尽量减少紊流和扰乱斜温层。从水槽中流出，以尽量减少紊流和扰乱斜温层。 5.2 计算机仿真研究计算机仿真研究 根据文献报道，国内

24、外水蓄冷容积多集中根据文献报道，国内外水蓄冷容积多集中 于数百至数千立方米，浦东机场二期工程能源于数百至数千立方米，浦东机场二期工程能源 中心采用的水蓄冷罐体积超过中心采用的水蓄冷罐体积超过1万立方米，属超万立方米，属超 大型水蓄冷，国内尚无先例，国外亦属罕见。大型水蓄冷，国内尚无先例，国外亦属罕见。 由于缺乏可参照的设计及运行经验，为了保证由于缺乏可参照的设计及运行经验，为了保证 系统的可靠性，同时对系统的设计和运行提供系统的可靠性，同时对系统的设计和运行提供 指导，项目组与同济大学合作，进行了水蓄冷指导，项目组与同济大学合作，进行了水蓄冷 罐的仿真研究，并得到了以下主要结论：罐的仿真研究，

25、并得到了以下主要结论： 1) 原水蓄冷罐设计及其运行条件可以实现温度分层并保证水蓄冷罐原水蓄冷罐设计及其运行条件可以实现温度分层并保证水蓄冷罐 的稳定运行。的稳定运行。 2) 按给定条件运行时，斜温层初始厚度按给定条件运行时，斜温层初始厚度0.49米，最大厚度米，最大厚度2.7米，米， 平均厚度平均厚度1.6米，占蓄水深度的米，占蓄水深度的7%。 3) 为了减少对后续过程的影响，充冷过程应不少于为了减少对后续过程的影响，充冷过程应不少于6.5小时。释冷小时。释冷 过程约为过程约为5.5小时，释冷结束后建议考虑适当的技术措施，有效小时，释冷结束后建议考虑适当的技术措施，有效 利用残留斜温层的冷量

26、，并消除对后续过程的影响。利用残留斜温层的冷量，并消除对后续过程的影响。 4) 斜温层厚度随进出口温差增加而增大。在常用的空调冷水范围内，斜温层厚度随进出口温差增加而增大。在常用的空调冷水范围内， 当保持进出口温差不变时，即使改变进出口温度，也不会对斜当保持进出口温差不变时，即使改变进出口温度，也不会对斜 温层厚度产生影响。温层厚度产生影响。 5) 由于保温结构的作用，罐外环境温度对罐内冷水的影响控制在距由于保温结构的作用，罐外环境温度对罐内冷水的影响控制在距 罐壁内表面罐壁内表面0.12m以内的环状空间，该空间内冷水量约占罐内冷以内的环状空间，该空间内冷水量约占罐内冷 水总体积的水总体积的1

27、%，最大温升，最大温升0.6，蓄冷量损失约占总蓄冷量的，蓄冷量损失约占总蓄冷量的 0.65。 6) 无论充冷过程或释冷过程，进入水蓄冷罐的水温应保持恒定，避无论充冷过程或释冷过程，进入水蓄冷罐的水温应保持恒定，避 免因密度差产生浮力扰动而引起分层化的破坏。免因密度差产生浮力扰动而引起分层化的破坏。 7) 根据根据Re准数的要求，布水口的建议流速为准数的要求，布水口的建议流速为0.03858 m/s，最大流，最大流 速为速为0.089 m/s。 6.1 控制原理控制原理 水蓄冷控制系统通过对制冷主机、水蓄冷水蓄冷控制系统通过对制冷主机、水蓄冷 罐、水泵、冷却塔、管路罐、水泵、冷却塔、管路(阀门阀

28、门)等设备的运行监等设备的运行监 测和控制，调整蓄冷系统的运行模式和应用工测和控制，调整蓄冷系统的运行模式和应用工 况，在安全和经济的条件下，满足空调末端系况，在安全和经济的条件下，满足空调末端系 统的供冷。统的供冷。 根据测量参数和设定值，合理安排设备的根据测量参数和设定值，合理安排设备的 开停顺序和适当地确定设备的运行台数，最终开停顺序和适当地确定设备的运行台数，最终 实现实现“无人机房无人机房”，即系统操作人员在机房控，即系统操作人员在机房控 制室内发出控制指令，通过现场控制器对机房制室内发出控制指令，通过现场控制器对机房 内的设备控制。通过合理的调节控制，节省运内的设备控制。通过合理的

29、调节控制，节省运 行能耗，产生经济效益。行能耗，产生经济效益。 水蓄冷系统控制原理如图水蓄冷系统控制原理如图6-1： 6.2 水蓄冷节能运行控制策略水蓄冷节能运行控制策略 水蓄冷空调系统运行流程见下图水蓄冷空调系统运行流程见下图6-2： 6.3 蓄冷和释冷过程控制蓄冷和释冷过程控制 1) 充冷过程：在最开始蓄冷时，由于冷冻机不可能在开机充冷过程：在最开始蓄冷时，由于冷冻机不可能在开机 后马上将后马上将12的水冷却到的水冷却到4（一般为（一般为5分钟），因此进分钟），因此进 入蓄冷罐底部的水是从入蓄冷罐底部的水是从12逐渐降低到逐渐降低到4。再由于机组。再由于机组 的启动也是逐台进行（每隔的启动

30、也是逐台进行（每隔2分钟开一台，从开始开启第分钟开一台，从开始开启第 一台机组充冷到所需机组全部开启并且出水温度达到一台机组充冷到所需机组全部开启并且出水温度达到4 需要大约需要大约20分钟），不同水温间也会有传热存在，因此分钟），不同水温间也会有传热存在，因此 在垂直方向形成一个斜温层，随着在垂直方向形成一个斜温层，随着4冷水的增多，斜温冷水的增多，斜温 层逐渐上移。斜温层的存在影响蓄冷效果与冷量，因此层逐渐上移。斜温层的存在影响蓄冷效果与冷量，因此 有效控制斜温层的厚度是蓄冷罐温度分层控制的重要内有效控制斜温层的厚度是蓄冷罐温度分层控制的重要内 容。理论上全部蓄满应该是在出水温度达到容。理

31、论上全部蓄满应该是在出水温度达到 4时停止时停止 蓄冷，但是为了保证冷冻机对最小供回水温度温差的要蓄冷，但是为了保证冷冻机对最小供回水温度温差的要 求，同时也是避免冷冻机长期在低负荷下工作，当蓄冷求，同时也是避免冷冻机长期在低负荷下工作，当蓄冷 罐出水温度达到罐出水温度达到10（根据现场调试确定）时就必须要（根据现场调试确定）时就必须要 停止蓄冷。因此充冷结束时，在蓄冷罐顶部就存在一个停止蓄冷。因此充冷结束时，在蓄冷罐顶部就存在一个 4到到10的垂直斜温层。的垂直斜温层。 2) 放冷过程：当蓄冷罐放冷时，底部放冷过程：当蓄冷罐放冷时，底部4冷水逐渐放出，顶冷水逐渐放出，顶 部的部的12回水不断

32、注入，原先顶部的斜温层不断下降。回水不断注入，原先顶部的斜温层不断下降。 为了保证设计供回水温度，因此当蓄冷罐供水温度高于为了保证设计供回水温度，因此当蓄冷罐供水温度高于 4时就必须要停止放冷。因此放冷结束时，斜温层就存时就必须要停止放冷。因此放冷结束时，斜温层就存 在于蓄冷罐底部。在于蓄冷罐底部。 3) 清零过程：如果放冷结束时蓄冷罐底部存在斜温层，随清零过程：如果放冷结束时蓄冷罐底部存在斜温层，随 后的充冷过程中又会形成新的斜温层，这样随着从放冷后的充冷过程中又会形成新的斜温层，这样随着从放冷 次数的增加，斜温层厚度也会约来越大。为了避免上述次数的增加，斜温层厚度也会约来越大。为了避免上述

33、 情况，因此在放冷结束阶段（蓄冷罐供水温度情况，因此在放冷结束阶段（蓄冷罐供水温度4），）， 继续进行放冷使得蓄冷罐底部斜温层在充冷前尽量减少继续进行放冷使得蓄冷罐底部斜温层在充冷前尽量减少 （清零过程），一般监测到出水温度达到（清零过程），一般监测到出水温度达到8（为了减（为了减 少因为清零时间过长导致水泵能耗的增加，根据现场调少因为清零时间过长导致水泵能耗的增加，根据现场调 试确定温度）时可以停止放冷。在清零过程这段时间试确定温度）时可以停止放冷。在清零过程这段时间 （大约（大约10分钟），系统的供水温度无法维持自在分钟），系统的供水温度无法维持自在 4， 与机组来的与机组来的4供水混合后

34、大约在供水混合后大约在6左右，偏离了设计左右，偏离了设计 要求，但是对于舒适性空调来说这种波动可以接受。要求，但是对于舒适性空调来说这种波动可以接受。 这样，在每次充冷前，蓄冷罐中水的温度基本保持这样，在每次充冷前，蓄冷罐中水的温度基本保持 一致，从而保证充冷过程斜温层的厚度在设计控制范围一致，从而保证充冷过程斜温层的厚度在设计控制范围 内。内。 6.4 蓄冷罐冷量控制蓄冷罐冷量控制 1) 蓄冷罐中冷量计算蓄冷罐中冷量计算 由于设计供回水温为由于设计供回水温为4/12，因此系统将根据以下式计算蓄冷罐，因此系统将根据以下式计算蓄冷罐 内的蓄冷量：内的蓄冷量： Q = CFHdt (6-1) 式中

35、式中 Q 蓄冷桶蓄冷量，蓄冷桶蓄冷量，kJ； C 水的比热，水的比热，kJ/kg； 水的密度，水的密度，kg/m3； F 蓄冷桶垂直于水流方向的横截面积，蓄冷桶垂直于水流方向的横截面积，m2 H 4水位最高高度，水位最高高度，m ；(实时监视蓄冷罐内温度实时监视蓄冷罐内温度) dt 供回水温差，供回水温差，8。 可见冷量的计算关键是如何获知可见冷量的计算关键是如何获知4水位的最高高度，由于在蓄冷水位的最高高度，由于在蓄冷 罐垂直方向每隔罐垂直方向每隔0.5米就布置有一个温度传感器，因此控制系统将米就布置有一个温度传感器，因此控制系统将 不断计算相邻两个温度传感器的温差不断计算相邻两个温度传感器

36、的温差(较高位置的温度减较低位置较高位置的温度减较低位置 的温度的温度)，如果温差大于，如果温差大于1并且较低位置的温度为并且较低位置的温度为4，则可以说，则可以说 明此时明此时4温度传感器对应的高度为上述冷量计算所需的高度温度传感器对应的高度为上述冷量计算所需的高度H。 斜温层的冷量不考虑为可用冷量。斜温层的冷量不考虑为可用冷量。 动态过程动态过程(充冷过程与放冷过程充冷过程与放冷过程)的冷量就是在考量的两个时刻蓄冷的冷量就是在考量的两个时刻蓄冷 罐冷量的变化值，或者通过监测蓄冷罐管道的流量计和水温累计计罐冷量的变化值，或者通过监测蓄冷罐管道的流量计和水温累计计 算作为参考。算作为参考。 2

37、) 冷量的确定冷量的确定 如何比较准确知道所需的充冷、放冷量是合理进行水蓄冷控制的前如何比较准确知道所需的充冷、放冷量是合理进行水蓄冷控制的前 提。在试运行阶段，需要人为参与对充冷、放冷量的控制，系统对提。在试运行阶段，需要人为参与对充冷、放冷量的控制，系统对 每天的运行数据（蓄冷量、放冷量、机组运行台数等）进行记录，每天的运行数据（蓄冷量、放冷量、机组运行台数等）进行记录， 同时记录季节、时刻、室外温度、湿度。同时记录季节、时刻、室外温度、湿度。 在自动运行阶段，系统自动根据历史记录数据，结合当前的季节、在自动运行阶段，系统自动根据历史记录数据，结合当前的季节、 月份、时间、室外温湿度预测当

38、前的负荷。月份、时间、室外温湿度预测当前的负荷。 3) 冷量的控制冷量的控制 根据设计数据，蓄冷罐冷量只占设计日负荷的根据设计数据，蓄冷罐冷量只占设计日负荷的17，占设计日电价，占设计日电价 峰值时段负荷的峰值时段负荷的35。因此，在全年绝大多数时间需要将蓄冷罐全。因此，在全年绝大多数时间需要将蓄冷罐全 部蓄满冷量。可以通过蓄冷罐出水温度来判断蓄冷罐是否蓄满冷量，部蓄满冷量。可以通过蓄冷罐出水温度来判断蓄冷罐是否蓄满冷量， 如果蓄冷罐出水温度达到如果蓄冷罐出水温度达到10（根据现场调试确定）就可以认为蓄（根据现场调试确定）就可以认为蓄 冷罐已经蓄满所需冷水。冷罐已经蓄满所需冷水。 在特殊情况下

39、不需要将蓄冷罐全部蓄满时（全日负荷小于蓄冷罐蓄在特殊情况下不需要将蓄冷罐全部蓄满时（全日负荷小于蓄冷罐蓄 冷能力），通过预测得到所需蓄冷量，实时监测罐内温度变化，当冷能力），通过预测得到所需蓄冷量，实时监测罐内温度变化，当 达到所需蓄冷量时停止充冷。达到所需蓄冷量时停止充冷。 蓄冷罐放冷速度的控制（蓄冷罐放冷速度的控制（2000m3/h）通过监测管道上的流量和蓄）通过监测管道上的流量和蓄 冷罐进出管道上电动阀门的控制来实现。冷罐进出管道上电动阀门的控制来实现。 6.5 模式流程控制模式流程控制 水蓄冷制冷空调系统的运行由冷水机组与水水蓄冷制冷空调系统的运行由冷水机组与水 蓄冷罐共同配合完成。根

40、据负荷情况以及电价情蓄冷罐共同配合完成。根据负荷情况以及电价情 况，将冷水机组与水蓄冷群控系统分为五种运行况，将冷水机组与水蓄冷群控系统分为五种运行 方式：冷水机组单独供冷、冷水机组单独充冷、方式：冷水机组单独供冷、冷水机组单独充冷、 水蓄冷罐单独供冷、冷水机组与水蓄冷罐联合供水蓄冷罐单独供冷、冷水机组与水蓄冷罐联合供 冷以及冷水机组在供冷的同时为水蓄冷罐充冷。冷以及冷水机组在供冷的同时为水蓄冷罐充冷。 冷水机组与水蓄冷群控系统可自动记录所有冷水机组与水蓄冷群控系统可自动记录所有 操作当日的气候条件以及逐时的冷量负荷，在积操作当日的气候条件以及逐时的冷量负荷，在积 累到一定程度以后，冷水机组与

41、水蓄冷群控系统累到一定程度以后，冷水机组与水蓄冷群控系统 可对之前的气候条件、负荷情况以及系统运行数可对之前的气候条件、负荷情况以及系统运行数 据的经验数据进行分析，取得一定规律，并逐渐据的经验数据进行分析，取得一定规律，并逐渐 实现对冷水机组与水蓄冷群控系统运行控制进行实现对冷水机组与水蓄冷群控系统运行控制进行 优化。优化。 水蓄冷空调系统示意图如下图水蓄冷空调系统示意图如下图6-3： 图图6-3 水蓄冷空调系统示意图水蓄冷空调系统示意图 1) 冷水机组单独供冷冷水机组单独供冷 这种模式主要用于电价平时段或谷时段。蓄冷这种模式主要用于电价平时段或谷时段。蓄冷 罐的冷量需要在其它时段使用，冷冻

42、机提供的罐的冷量需要在其它时段使用，冷冻机提供的 冷量又足够满足尖峰负荷的需求；或者出现在冷量又足够满足尖峰负荷的需求；或者出现在 蓄冷罐冷量已经放完但还需提供末端冷量时。蓄冷罐冷量已经放完但还需提供末端冷量时。 冷冻机提供的冷冻水直接被一次水泵、二次水冷冻机提供的冷冻水直接被一次水泵、二次水 泵输送至系统末端。冷水机组与水蓄冷群控系泵输送至系统末端。冷水机组与水蓄冷群控系 统控制系统设定给主机的出口温度为统控制系统设定给主机的出口温度为4，由二，由二 次变频冷冻水泵群控系统控制系统通过二次变次变频冷冻水泵群控系统控制系统通过二次变 频冷冻水泵变频控制器，控制二次泵的电机调频冷冻水泵变频控制器

43、，控制二次泵的电机调 速系统，以调节冷冻水流量，从而按照需要依速系统，以调节冷冻水流量，从而按照需要依 次开启离心式冷水机组与相应的水泵与冷却塔，次开启离心式冷水机组与相应的水泵与冷却塔， 达到维持空调系统达到维持空调系统4的供水温度。的供水温度。 2) 冷水机组单独充冷冷水机组单独充冷 一般这种模式出现在电价谷时段。当末端不需一般这种模式出现在电价谷时段。当末端不需 要冷量，时间程序也指示为主机单独充冷运行要冷量，时间程序也指示为主机单独充冷运行 时，进入冷水机组单独充冷模式。由于上海电时，进入冷水机组单独充冷模式。由于上海电 价政策影响，本项目冷水机组单独充冷的运行价政策影响，本项目冷水机

44、组单独充冷的运行 时间安排在时间安排在22:006:00。 控制系统实时跟踪并显示蓄冷水池的温度，计控制系统实时跟踪并显示蓄冷水池的温度，计 算蓄冷罐的蓄冷量。当达到所需蓄冷量时逐台算蓄冷罐的蓄冷量。当达到所需蓄冷量时逐台 关闭冷冻机组停止充冷。充冷时蓄冷罐出水温关闭冷冻机组停止充冷。充冷时蓄冷罐出水温 度低于度低于10(可调可调)时也要停止充冷机组。时也要停止充冷机组。 3) 水蓄冷罐单独供冷水蓄冷罐单独供冷 这种情况一般用于日间峰时段和平时段。当根这种情况一般用于日间峰时段和平时段。当根 据实际运行情况判断蓄冷罐的放冷量及放冷速据实际运行情况判断蓄冷罐的放冷量及放冷速 率能够满足该时段的全

45、部和尖峰负荷时，由水率能够满足该时段的全部和尖峰负荷时，由水 蓄冷罐进行单独供冷。控制系统设定冷水机组蓄冷罐进行单独供冷。控制系统设定冷水机组 停机，由水蓄冷罐进行全量蓄冷供冷工况运行。停机，由水蓄冷罐进行全量蓄冷供冷工况运行。 4) 冷水机组与水蓄冷罐联合供冷冷水机组与水蓄冷罐联合供冷 这种模式一般是在夏季负荷高峰时期采用，或这种模式一般是在夏季负荷高峰时期采用，或 者制冷机组制冷速率及蓄冷罐放冷速率都不能者制冷机组制冷速率及蓄冷罐放冷速率都不能 单独满足尖峰负荷需求时采用。单独满足尖峰负荷需求时采用。 5) 冷水机组在供冷的同时为水蓄冷罐充冷冷水机组在供冷的同时为水蓄冷罐充冷 在电价谷时段

46、，冷水机组在需要的情况下对末在电价谷时段，冷水机组在需要的情况下对末 端供冷的同时，还将部分冷量蓄存在水蓄冷罐端供冷的同时，还将部分冷量蓄存在水蓄冷罐 中。中。 6.6 蓄冷罐充冷、放冷与机组制冷比例蓄冷罐充冷、放冷与机组制冷比例 控制控制 蓄冷系统的控制最大的难点在于如何准确地的判断蓄冷系统的控制最大的难点在于如何准确地的判断 运行模式以及控制不同时段制冷机组和蓄冷罐在总的供冷运行模式以及控制不同时段制冷机组和蓄冷罐在总的供冷 负荷中各承担多少供冷量。控制系统要尽可能保证蓄冷罐负荷中各承担多少供冷量。控制系统要尽可能保证蓄冷罐 的冷量在电价峰时段释放也即在这些时段尽量少开制冷机的冷量在电价峰

47、时段释放也即在这些时段尽量少开制冷机 组，但同时也要避免蓄冷罐中的冷量提前释放完或者在电组，但同时也要避免蓄冷罐中的冷量提前释放完或者在电 价峰值时段过后有大量剩余。在工程实践中也要尽量避免价峰值时段过后有大量剩余。在工程实践中也要尽量避免 冷冻机组的频繁启停冷冻机组的频繁启停(延长机组的使用寿命延长机组的使用寿命)。根据运行历。根据运行历 史数据、室外气象条件以及运行季节的综合分析，控制系史数据、室外气象条件以及运行季节的综合分析，控制系 统可以判断出全天负荷处于何种状况。统可以判断出全天负荷处于何种状况。 7.1 技术参数及设计优化技术参数及设计优化 二期工程能源中心水蓄冷系统蓄冷罐结构见

48、图二期工程能源中心水蓄冷系统蓄冷罐结构见图6-1，依据，依据 国家石油储槽设计和施工标准进行建设。蓄冷罐的大小及容量国家石油储槽设计和施工标准进行建设。蓄冷罐的大小及容量 按照设计蓄冷量进行设计，为直径按照设计蓄冷量进行设计，为直径26 m的钢制直立圆桶罐，高的钢制直立圆桶罐，高 约约24 m，蓄水深度，蓄水深度21.86 m，容积，容积11600m3。当蓄冷水温度差。当蓄冷水温度差 为为8时，蓄冷量时，蓄冷量29800 RT/h，放冷速率为，放冷速率为50006000 RT/h。 槽体为钢板焊接而成，蓄冷罐顶部和底部各有一套均流布水装槽体为钢板焊接而成，蓄冷罐顶部和底部各有一套均流布水装 置

49、，分别均匀布置有约置，分别均匀布置有约5327个突出的圆柱形布水口，各布水口个突出的圆柱形布水口，各布水口 中心间距中心间距339 mm。该布水装置除自重外，在工作时还会承受。该布水装置除自重外，在工作时还会承受 较大的动水压力。为承担此荷载，结构在该布水装置的上下设较大的动水压力。为承担此荷载，结构在该布水装置的上下设 计了两层水平支架，将其连成整体，并设计了环形桁架作为其计了两层水平支架，将其连成整体，并设计了环形桁架作为其 支撑，使水平支架的跨距减少一半，整体刚度和稳定性显著增支撑，使水平支架的跨距减少一半，整体刚度和稳定性显著增 加。在桁架下设立加。在桁架下设立6根环向支柱，与罐壁一起

50、承担整个顶部荷根环向支柱，与罐壁一起承担整个顶部荷 载。倒装法施工时水平支架又起到加强罐顶及顶圈板的作用；载。倒装法施工时水平支架又起到加强罐顶及顶圈板的作用； 为满足设备的布水蓄冷要求，布水各构件连接，均采用焊接连为满足设备的布水蓄冷要求，布水各构件连接，均采用焊接连 接方式，且对构件连接处采用了水密处理。蓄冷槽主体工程做接方式，且对构件连接处采用了水密处理。蓄冷槽主体工程做 桩基处理桩基处理,由钢筋混凝土作为槽体基础。由钢筋混凝土作为槽体基础。 图图7-1 水蓄冷槽结构示意图水蓄冷槽结构示意图 7.2 防腐和绝热措施防腐和绝热措施 与普通储罐相比罐体的绝热要求高，为满与普通储罐相比罐体的绝热要求高，为满 足绝热要求采用外保温，罐壁外敷足绝热要求采用外保温，罐壁外敷100 mm厚聚厚聚 氨酯现场发泡涂层，外部为彩色钢装饰薄板。氨酯现场发泡涂层，外部为彩色钢装饰薄板。 罐底内敷罐底内敷10 mm沥青沙，罐顶由静止空气隔层沥青沙，罐顶由静止空气隔层 保温。防腐和绝热施工要求罐内壁的厚浆型环保温。防腐和绝热施工要求罐内壁的厚浆型环 氧树脂涂刷要达到规定厚度，保温