某机关新建办公楼冷源方案的比较

某机关新建办公楼冷源方案的比较

0方案2:冰蓄冷+高温冷源系统北京的新办公楼位于北京，建筑面积83.3万平方米，其中7层，2层，建筑高度30米。主要功能有:办公室、会议室、地下车库、人防工事、其他相关配套设施等。为了能为其选择较为合理的冷源方式,本文对以下3种冷源方案进行了技术性和经济性比较。方案1:双冷源系统,即冰蓄冷系统和高温冷源系统分别产生低温(5℃/13℃)和高温(13.5℃/18.5℃)冷水,低温冷水供给空调(新风)机组系统控制室内湿度,高温冷水供给干式风机盘管系统控制室内温度,从而实现建筑内环境的温、湿度独立控制。方案2:低温冷源系统,即冰蓄冷系统产生的低温冷水通过板式换热器将温度为5℃/13℃的低温冷水供给新风机组,温度为13.5℃/18.5℃的高温冷水供给干式风机盘管,实现建筑内环境的温、湿度独立控制。方案3:常规冷源系统,即由冷水机组制备7℃/12℃冷水,供末端空调机组和风机盘管使用。本文首先利用建筑能耗模拟软件DeST-c计算该建筑的全年逐时负荷,并按设计要求确定不同方案的设备容量;接着根据全年逐时冷负荷计算供冷季冷源侧的全年运行能耗;然后根据电力部门颁布的峰谷电差价与冷源侧运行能耗,计算各方案的初投资与运行费;最后分析和比较各方案的技术性和经济性,确定最终的冷源方案。1建立和计算det模型的条件1.1模型的构建进行模拟分析时,首先需要准确描述建筑物几何形状。图1为该建筑的立体模型图。1.2建筑物设计方案建筑模型建立完成后需要设定建筑的具体计算参数,其中包括确定建筑物的地理位置、围护结构类型、室内热扰参数、房间功能、室内设计参数、全年内扰及作息模式等。对于该建筑模型,笔者采用如下参数进行计算。1.2.1气象参数在模拟计算中采用的逐时气象参数为北京市标准典型气象年参数。1.2.2防护结构的性能参数建筑的围护结构性能参数如表1所示。1.2.3设计师的参数室内设计参数见表2。1.2.4内部热干扰参数室内热扰参数见表3。1.2.5热扰覆盖时间在室内热扰的设定中采用了“作息”概念反映室内热扰在一天之内的逐时变化规律。以办公室为例,室内热扰(人员、灯光和设备)的作息安排如图2所示。1.2.6系统工具系统的运营时间空调和供暖系统的全年运行时间设定见表4。2供冷季集中空调系统的冷负荷该建筑的全年冷热负荷逐时曲线如图3所示。对比冷热负荷曲线可以看到,对于峰值来说,冷负荷较热负荷要稍大。但就全年累计值来说,冷负荷比热负荷大很多(见表5),即冷负荷持续的时间很长。即使在供暖季也有持续的冷负荷出现,这主要是由于位于地下1层的信息中心机房常年需要供冷,但这一部分冷量是由机房专用空调机组提供,无需集中冷源承担。图4为集中空调系统全年逐时负荷。表6对供冷季集中空调系统的冷负荷进行了统计。供冷季集中空调系统的冷负荷分布统计见图5(图中括号内的数据是分布时间占总供冷时间的比例)。从图中可以看出,随着负荷的逐步增加,其出现的时间呈现先升后降的趋势。冷负荷介于3000kW至4500kW之间的时间最长,占总供冷时间的30%。3方案容量的确定及评价根据DeST-c软件模拟的集中空调系统供冷季逐时负荷结果,可以按设计要求确定不同方案的设备容量,从而计算供冷季冷源侧的运行能耗,并对各方案的技术性进行评价。3.1方案1：双冷源系统该方案的集中冷源系统分为两部分。1供冷系统设计设2台制冷量为2460kW(空调)/1640kW(蓄冰)的双工况螺杆式水冷制冷机。采用部分负荷蓄冰、双工况主机与蓄冰装置串联、主机位于上游的蓄冰供冷形式。蓄冰装置采用蓄冰盘管,内融冰,出水温度3℃;载冷剂采用乙二醇水溶液,通过板式换热器间接向空调系统供冷,一次水温3℃/11℃,二次水温5℃/13℃。风机盘管系统制冷机兼作空调(新风)机组系统的基载制冷机,在双工况螺杆式水冷制冷机夜间制冰时为系统提供空调冷水,供回水温度为7℃/12℃。2冷源回收和逐时能耗设2台制冷量为1580kW的螺杆式水冷制冷机,为干工况运行的风机盘管系统提供空调冷水,供回水温度为13.5℃/18.5℃;同时兼作基载制冷机,在双工况螺杆式水冷制冷机夜间制冰时为风机盘管系统和空调(新风)机组系统提供空调冷水,供回水温度为7℃/12℃。冷源的主要设备见表7。由于新风机组中设置了全热回收转轮,使得新风能够在进入新风机组之前得到预冷,从而减小了新风冷负荷。图6为供冷季热回收装置回收的逐时冷量。统计可知,热回收装置在供冷季能回收249MWh的冷量,占供冷季累计冷量的5.7%。考虑了热回收作用后的集中冷源总供冷量如图7所示。在该方案中,基载制冷机承担风机盘管系统的负荷,即室内显热负荷,其逐时负荷见图8。融冰和双工况制冷机共同承担空调(新风)机组的负荷,即新风全热负荷和室内潜热负荷。冰蓄冷系统采用融冰优先的控制策略。当空调负荷小于融冰供冷量时融冰供冷,当空调负荷大于融冰供冷量时运行制冷机补足不足部分,融冰供冷量恒定不变。融冰供冷量和双工况制冷机的供冷量分别见图9,10。由图中可知,双工况制冷机承担的负荷较小,开启时间较短。图11,12分别为夏季典型日和过渡季典型日各种冷源承担的负荷。在夏季典型日,空调(新风)机组的负荷由融冰和双工况制冷机共同承担。融冰供冷量为恒定值,不足的冷量由双工况制冷机承担,在夜间,双工况制冷机在电力低谷期满负荷运行制冰,需运行7h以上。在过渡季典型日,由于负荷较小,空调(新风)机组的负荷由融冰冷量承担即可,融冰供冷量随负荷的变化而变化,由于白天融冰供冷量较小,夜间的制冰量也相应地减小了,双工况制冷机的运行时间也减少到4h左右。根据各种冷源承担的负荷,可计算出供冷季的逐时电耗。图13和14列举了基载制冷机和双工况制冷机的逐时耗电量。图15和16给出了夏季和过渡季典型日冷源的逐时耗电量。由于双工况制冷机在夜间制冰时的COP(为3.44)较白天供冷时低,且基载制冷机在白天制冷时的COP较高,因此夜间耗电量要大于白天耗电量。该方案的冷源侧设备年耗电量见表8。3.2方案2:融冰+双工况制冷机+标准品优待冷在该方案中,空调(新风)机组和风机盘管所需冷量均由低温冷源系统承担。系统采用部分负荷蓄冰、双工况主机与蓄冰装置串联、主机位于上游的蓄冰供冷形式。蓄冰装置采用蓄冰盘管,内融冰,出水温度3℃;载冷剂采用乙二醇水溶液,通过板式换热器间接向空调系统供冷,一次水温度3℃/11℃、二次水温度5℃/13℃的低温冷水供给新风机组,二次水温度为13.5℃/18.5℃的高温冷水供给干工况运行的风机盘管。在双工况螺杆式水冷制冷机夜间制冰时,基载制冷机为风机盘管系统和空调(新风)机组系统提供空调冷水,供回水温度为7℃/12℃。冷源系统的主要设备见表9。在该方案中,融冰和双工况制冷机共同承担整个空调系统的负荷。和方案1相同,冰蓄冷系统采用融冰优先的控制策略。融冰供冷量和双工况制冷机白天供冷量分别见图17,18。对比方案1,由于融冰和双工况制冷机承担的负荷增大,即使在负荷较小的时刻,融冰供冷量仍小于该时刻的负荷需求,不足的部分仍需开启双工况制冷机补充。因此,双工况制冷机的运行时间较方案1要长,承担的负荷也增大了。图19和图20给出了夏季典型日和过渡季典型日各种冷源承担的负荷。在夏季白天,融冰供冷量为恒定值,不足的冷量由双工况制冷机承担,对比方案1可知,双工况制冷机承担的负荷增大了;在夜间,双工况制冷机在电力低谷期满负荷运行制冰,需运行7h以上。在过渡季白天,由于负荷较小,除了刚开启时刻外,融冰供冷量为恒定值,不足的冷量由双工况制冷机承担。对比方案1,由于白天融冰供冷量较大,夜间的制冰量也相应地增大了。图21为双工况制冷机白天的逐时耗电量。图22,23分别给出了夏季、过渡季典型日冷源的逐时耗电量,由于双工况制冷机制冰时的COP较制冷时的小,且夜间制冰量较大,在过渡季夜间双工况制冷机(该方案双工况制冷机的性能曲线和方案1的双工况制冷机相同)的耗电量要大于白天的耗电量。该方案的冷源侧设备年耗电量见表10。3.3方案2:回水冷源系统采用3台离心式冷水机组和1台螺杆式冷水机组承担空调(新风)机组和风机盘管所需冷量,供回水温度为7℃/12℃。冷源系统的主要设备如表11所示。在该方案中,3台离心机和1台螺杆机共同承担整个空调系统的负荷,根据负荷的大小确定制冷机的运行台数。该方案离心机和螺杆机的性能系数如表12所示。该方案冷源侧设备年耗电量见表13。4经济比较4.1方案1：双冷源系统双冷源系统的设备初投资如表14所示。双冷源系统的投资总额如表15所示。双冷源系统的年运行费如表16所示。北京市分时电价如表17所示。4.22：低温冷源系统低温冷源系统的设备初投资如表18所示。低温冷源系统的投资总额如表19所示。低温冷源系统的年运行费如表20所示。4.3方案3：传统冷源系统常规冷源系统的设备初投资如表21所示。常规冷源系统的投资总额如表22所示。常规冷源系统的年运行费如表23所示。4.4冰蓄冷方案与常规系统投资回收期对比对各方案经济性进行比较(见表24)可知,常规系统的初投资最省,但运行费最高;低温冷源方案的初投资额最大,运行费居中;双冷源方案的初投资居中,运行费最低。由此可知,尽管常规系统的运行能耗最小,但由于其消耗的是尖峰、高峰和平段的电能,电价较高,而其他两个冰蓄冷方案在蓄冰期间消耗的是低价的谷电。因此总的算来,常规系统的运行费较冰蓄冷方案高。比较两个冰蓄冷方案可知,双冷源方案的初投资要少于低温冷源方案,且运行费比低温冷源方案低。因此,双冷源方案要优于低温冷源方案。为了进一步分析经济性,计算两个冰蓄冷方案相对于常规系统的投资回收期,如表25所示。由表可知,双冷源系统的投资回收期为4.9a,回收期较短,该方案是可行的。5冷源方案比常规空调的优势5.1从技术上来看,双冷源系统和低温冷源系统都为空调系统提供低温和高温冷水,实现了室内环境的温、湿度独立控制,能够有效地避免霉菌繁殖等问题。双冷源系统的高温冷水直接由制冷机提供,使得制冷机的COP得以提高,避免常规系统中热、湿联合处理所带来的损失。双冷源系统和低温冷源系统均采用冰蓄冷,将电力高峰的负荷转移到电力低谷。较常规空调来说,能够减少装机容量,均衡电网用电负荷,具有重大的社会效