杜衛(wèi)東，楊偉國，杜麗新

（北京佩爾優(yōu)科技有限公司，北京 100089）

1 工程概況

深圳寶安國際機(jī)場(chǎng)空調(diào)使用面積為30萬m2，每年空調(diào)使用時(shí)間是330天(信息大廈為230天)，其尖峰負(fù)荷為20 305 kW。機(jī)場(chǎng)空調(diào)白天工作時(shí)間的負(fù)荷較高，但是在夜間電價(jià)低谷時(shí)段負(fù)荷很小。采用了水蓄冷方案后，系統(tǒng)在夜間蓄冷，在白天電力高峰期使用蓄冷槽內(nèi)儲(chǔ)存的冷量進(jìn)行供冷，這樣既可以節(jié)省運(yùn)行電費(fèi)，又可以減少主機(jī)在白天的運(yùn)行噪聲。由于機(jī)場(chǎng)酒店正進(jìn)行改造裝修,按照水蓄冷方案，不僅可以削減機(jī)場(chǎng)酒店的空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)及附屬設(shè)備的初投資，同時(shí)也可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。

原常規(guī)制冷站設(shè)備配置情況如表1所示。

表1 原常規(guī)制冷站設(shè)備配置情況

以上設(shè)備分別設(shè)置在A、B候機(jī)樓、信息大廈、機(jī)場(chǎng)酒店。

2 改造技術(shù)

2.1 水蓄冷技術(shù)

水蓄冷技術(shù)就是在電力負(fù)荷較低的夜間，用電動(dòng)制冷機(jī)制冷，將冷量以冷水的形式儲(chǔ)存起來。在電力高峰期的白天，不開或少開冷機(jī)，充分利用夜間儲(chǔ)存的冷量進(jìn)行供冷，從而達(dá)到電力移峰填谷的目的。由于電力部門實(shí)施分時(shí)電價(jià)，蓄冰空調(diào)技術(shù)的運(yùn)行費(fèi)用比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低，分時(shí)電價(jià)差值越大，用戶得益越多。采用蓄冷空調(diào)技術(shù)，業(yè)主并不一定節(jié)電，但能為業(yè)主節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，更重要的是有利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

水蓄冷技術(shù)主要是利用了水的物理特性。對(duì)于在1個(gè)大氣壓的水，4℃水溫時(shí)其密度最大，此時(shí)為1 000 kg/m3。隨著水溫的升高，其密度在不斷減小，如果不受外力擾動(dòng)，一般容易形成冷水在下，熱水在上的自然分層狀態(tài)，但水在4℃以下時(shí)物理特性卻出現(xiàn)明顯的非規(guī)律性變化，此時(shí)隨著水溫的降低，其密度卻在不斷減小。因而水蓄冷水溫可利用的下限為≥4℃，水蓄冷時(shí)一般是4～14℃，水蓄熱的溫差較大，一般是40～95℃。水蓄冷利用的是水的顯熱變化。

水蓄冷技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 項(xiàng)目水蓄冷方案

為了達(dá)到節(jié)能目的及滿足建筑的空調(diào)冷負(fù)荷要求,可采用部分水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)或全水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。

針對(duì)目前各建筑物的負(fù)荷情況，利用原有A、B候機(jī)樓制冷站內(nèi)的制冷設(shè)備，在機(jī)場(chǎng)路旁綠化地新建蓄冷水池18 000 m3，并新增蓄冷水泵、放冷水泵及相應(yīng)管道，構(gòu)成水蓄冷制冷系統(tǒng)，分別向A、B候機(jī)樓，信息大廈，機(jī)場(chǎng)酒店供冷。

根據(jù)本項(xiàng)目各建筑空調(diào)負(fù)荷實(shí)際運(yùn)行情況，最熱日白天最大冷負(fù)荷為20 305 kW，因此制定了利用夜間A、B候機(jī)樓的7臺(tái)1 000 Rt主機(jī)進(jìn)行蓄冷（蓄冷時(shí)使用6臺(tái)，1臺(tái)為備用）的方案。通過制冷系統(tǒng)平衡計(jì)算，利用新增的18 000 m3蓄冷水池（水池有效容積50 m×40 m×9 m），當(dāng)蓄冷溫差為8.5℃(4.5～13℃時(shí))，蓄冷能力45 536 Rt。在上述范圍內(nèi)，晚上需開動(dòng)1 000 Rt的冷水機(jī)組6臺(tái)用于蓄冷，蓄冷時(shí)間為7.5 h。

本項(xiàng)目的峰值冷負(fù)荷應(yīng)該出現(xiàn)在設(shè)計(jì)日的14：00左右，采用綜合逐時(shí)負(fù)荷系數(shù)法計(jì)算出各時(shí)段負(fù)荷分布如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)日負(fù)荷分布圖

其峰值負(fù)荷出現(xiàn)在設(shè)計(jì)日的 14：00～15：00。根據(jù)負(fù)荷分布圖1可以看出，本項(xiàng)目白天負(fù)荷較大，夜間負(fù)荷較小，采用水蓄冷方案會(huì)有比較好的經(jīng)濟(jì)效益。蓄冷系統(tǒng)流程圖見圖2。

圖2 蓄冷系統(tǒng)流程圖

其次要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。計(jì)算候機(jī)樓、信息大樓、機(jī)場(chǎng)酒店（230天）各負(fù)荷日負(fù)荷平衡。

設(shè)計(jì)日（100%負(fù)荷）時(shí)的運(yùn)行策略：根據(jù)設(shè)計(jì)日的熱負(fù)荷平衡表，在夜間的電力低谷時(shí)段（23：00～次日6：00）用7臺(tái)3 516 kW主機(jī)（蓄冷時(shí)使用6臺(tái)，1臺(tái)備用）邊蓄冷邊放冷8 h。在設(shè)計(jì)日白天運(yùn)行時(shí)，蓄冷槽可滿足部分高峰負(fù)荷，其他時(shí)段運(yùn)行主機(jī)。蓄冷槽有效體積為18 000 m3，最大蓄冷量為160 104 kWh。

100%熱負(fù)荷平衡圖如圖3所示

圖3 100%熱負(fù)荷平衡圖

80%熱負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行策略：根據(jù)80%熱負(fù)荷平衡表，這種負(fù)荷狀態(tài)下，由于全天的總負(fù)荷有所減少，所以可以減少白天的冷機(jī)開機(jī)時(shí)間。在夜間的電力低谷時(shí)段（23：00～次日6：00），用7臺(tái)3 516 kW主機(jī)（蓄冷時(shí)使用6臺(tái)，1臺(tái)備用）邊蓄邊冷8 h。在白天運(yùn)行時(shí)，蓄冷槽可滿足大部分高峰、平段負(fù)荷，部分時(shí)段運(yùn)行主機(jī)。

80%熱負(fù)荷平衡圖如圖4所示。

在反應(yīng)溫度為80℃、反應(yīng)時(shí)間為60min、攪拌速度為100r/min、自然冷卻6h的條件下，改變?nèi)芤恒f濃度，如表2所示，考察其對(duì)直收率的影響，結(jié)果如圖5所示，并進(jìn)行了XRD和SEM分析。

圖4 80%負(fù)荷運(yùn)行圖

60%熱負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行策略：根據(jù)60%熱負(fù)荷平衡表，這種負(fù)荷狀態(tài)下，由于全天的總負(fù)荷有所減少，所以可以減少白天的冷機(jī)開機(jī)時(shí)間。在夜間的電力低谷時(shí)段（23：00～次日6：00）用7臺(tái)3 516 kW主機(jī)（蓄冷時(shí)使用6臺(tái)，1臺(tái)備用）邊蓄邊冷7.13 h。在白天，蓄冷槽可滿足全部時(shí)段負(fù)荷，此時(shí)只開啟放冷水泵即可。

60%熱負(fù)荷平衡圖如圖5所示。

圖5 60%負(fù)荷運(yùn)行圖

30%熱負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行策略：根據(jù)30%熱負(fù)荷平衡表，這種負(fù)荷狀態(tài)下，由于全天的總負(fù)荷有所減少，所以可以減少白天的冷機(jī)開機(jī)時(shí)間。在夜間的電力低谷時(shí)段（23：00～次日6：00）用7臺(tái)3 516 kW主機(jī)邊蓄邊放3.57 h。在白天，蓄冷槽可滿足全部時(shí)段負(fù)荷，此時(shí)只開啟放冷水泵即可。

30%熱負(fù)荷平衡圖見圖6所示。

圖6 30%負(fù)荷運(yùn)行圖

3 蓄冷設(shè)備選型

（1）蓄冷機(jī)組：制冷容量為3 516 kW的主機(jī)7臺(tái)，利用原有A、B候機(jī)樓主機(jī)，無需改為雙工況主機(jī)。

（2）蓄冷槽：蓄冷槽的有效體積為18 000 m3,需要用6臺(tái)主機(jī)蓄冷8 h，一邊蓄冷一邊放冷，蓄冷量為160 104 kWh。蓄水槽采用分層式蓄冷技術(shù)，內(nèi)部設(shè)計(jì)有上下布水器。

蓄冷溫度：蓄冷槽的最低蓄冷溫度設(shè)計(jì)為4.5℃。

（3）控制系統(tǒng)：由軟硬件組成。硬件采用國外名牌產(chǎn)品，軟件為蓄能空調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括優(yōu)化系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)控制器和各種前端傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

根據(jù)以上技術(shù)方案，設(shè)備選型見表2所示。

4 改造效果及經(jīng)濟(jì)分析

通過模擬分析蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行，并參考2011年實(shí)際總運(yùn)行電量，經(jīng)計(jì)算可得出蓄冷空調(diào)系統(tǒng)和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行電費(fèi)?？照{(diào)供冷期按每年330天（信息大廈為230天）計(jì)算。運(yùn)行電費(fèi)匯總見表3。

該水蓄冷系統(tǒng)年運(yùn)行節(jié)省用電530 403 kWh，節(jié)約電費(fèi)約611.7萬元，效益非常顯著。本項(xiàng)目為采用合同能源管理模式進(jìn)行改造，通過節(jié)約電費(fèi)分成的模式回收投資，對(duì)客戶沒有任何風(fēng)險(xiǎn)。

節(jié)省電費(fèi)的計(jì)算方法：

實(shí)付電費(fèi)=改造前電價(jià)×（低谷電量+平段電量+高峰電量）。

表2 改造后設(shè)備選型

表3 運(yùn)行電量電費(fèi)匯總

應(yīng)付電費(fèi)=高峰電價(jià)×高峰電量+平段電價(jià)×平段電量+低谷電價(jià)×低谷電量。

當(dāng)月節(jié)省電費(fèi)=應(yīng)付電費(fèi)-實(shí)付電費(fèi)。

當(dāng)月所節(jié)省電費(fèi)當(dāng)月清算當(dāng)月支付，機(jī)場(chǎng)方在每月供電部門核算完成甲方當(dāng)月電費(fèi)后一個(gè)月內(nèi)支付乙方。