李耀熙,黃祥式

(1.珠海城市職業(yè)技術學院,珠海519090;2.廣西盛信物業(yè)管理有限公司空調分公司,南寧530012)

0 引 言

蓄能系統(tǒng)對改善和緩解電力供需矛盾,平抑電網峰谷差有著積極作用,社會效益和經濟效益良好。目前,工程上常用的蓄能方式有冰蓄冷和水蓄冷,冰蓄冷系統(tǒng)具有投資大、管理難度大等缺點,相比之下,水蓄冷具有經濟、簡單的特點,水蓄冷是利用水的溫度變化儲存顯熱量 [4.187 kJ/(kg·K)],蓄冷溫差一般采用6～10℃,蓄冷溫度通常為4～6℃,它可直接與常規(guī)空調系統(tǒng)匹配,無需其他專門設備。水蓄能技術就是在電力負荷低的夜間,用電動制冷機制冷將冷量以冷水的形式儲存起來。在電力高峰期的白天,不開或少開冷機,充分利用夜間儲存的冷量進行供冷,從而達到電力移峰填谷的目的。由于電力部門實施分時電價,水蓄能空調技術的運行費用比常規(guī)空調系統(tǒng)運行費用低,分時電價差值越大,用戶得益越多。采用蓄能空調技術最大的優(yōu)點是削峰填谷,使現(xiàn)有發(fā)、供電設施在夜間低谷期的潛力得以充分發(fā)揮,緩解用電高峰期電力供應不足,更重要的是有利于國家電網的安全運行。本文作者對南寧電信水蓄冷系統(tǒng)改造工程的運行策略及技術經濟進行分析,為類似工程運行實踐提供參考。

1 水蓄冷系統(tǒng)特點

水蓄冷空調代表著當今世界中央空調的先進水平,預示著中央空調的發(fā)展方向,有如下優(yōu)點:

(1)經濟性。利用峰谷荷電價差,大大減少空調年運行費,削峰填谷,平衡電網壓力。

(2)實用性。上班前啟動時間短,只需10～15分鐘即可達到所需溫度,常規(guī)系統(tǒng)約需1小時。減少冷水機組容量,總用電負荷少,減少變壓器配電容量與配電設施費。

(3)節(jié)能,使用靈活。節(jié)假日部分區(qū)域使用的空調可由蓄冷水槽直接提供,節(jié)能效果明顯;可以為較小的負荷 (如只使用個別辦公室)蓄冷水槽放冷定量供冷,而無需開主機。

(4)合理性。水蓄能可減小制冷設備又可減小電鍋爐的裝機容量和用電容量。從而減少了電力投資費用(包括電力補貼費和變壓器、配電柜等電力設施);另外作為備用冷熱源,增加了空調系統(tǒng)的可靠性,也可削峰電;其中水蓄冷還可結合低溫送水和低溫送風,減少設備的容量,降低設備的噪音。

(5)環(huán)保。由于白天開的冷機較少,所以噪音很小,而且清潔無污染,操作方便。

2 水蓄冷系統(tǒng)的改造方案

2.1 工程概況

本工程為南寧長途電信第二樞紐工程,由于包括通信機房、辦公用房等,空調用冷主要是環(huán)境用冷,24小時供冷,全年供冷天數(shù)約為365天。原有制冷站配置有冷水機組2638kW(750RT)×4臺、風冷冷水機組774kW(220RT)×4臺、風冷冷水機組1160kW(330RT)×3臺。其中四臺2638kW機組在裙樓地下室,三臺1160kW機組在裙樓頂,管道下到地下室機房內。另四臺774kW機組放在主樓34樓,給22層以上樓層供冷,三套系統(tǒng)各自獨立。預計設計日尖峰負荷為5276kW(1500RT),設計日冷負荷表如圖1。

圖1 設計日逐時冷負荷

2.2 蓄冷系統(tǒng)的可行性分析

此工程原中央空調系統(tǒng)設計屬于傳統(tǒng)常規(guī)中央空調系統(tǒng)設計,由以上實際的供冷能力和負荷分布的情況,以及建設布局和其管理理念得:

a、其低谷時段的制冷能力富余,有充分的能力實施低谷蓄冷;b、嚴格的運行成本控制措施和管理制度,使企業(yè)管理者本身具備降低中央空調系統(tǒng)運行成本和提高設備運行效率的內在動力。

表1 原有空調系統(tǒng)機房配置

2.3 蓄冷系統(tǒng)改造的蓄水池及其他設備

此工程水蓄冷的蓄冷水池設計在地下車庫出口右邊綠化帶地下 (全地下埋置,不影響綠化帶),有效容積為2270m3。低谷時段用一臺2638kW(750RT)主機蓄冷8小時。蓄冷水池的容積按下式計算:

式中:

V—蓄冷水池容積,本項目2270m3;

Q —蓄冷量,(萬kcal);

△Tz—蓄冷水池進、出水溫差,本項目為8℃(4～12℃);

η—水池的容積效率,%,本項目為100%;

K —冷損失附加率;一般取1.01～1.05;

C—水的熱容量,萬kcal/m3℃(C=0.1)

相比原常規(guī)空調系統(tǒng),水蓄冷空調系統(tǒng)只需增加蓄冷水泵、放冷水泵、蓄水池、板式換熱器及一套控制系統(tǒng),其它設備完全可以利用原常規(guī)空調系統(tǒng)的設備,不需另外增加。進行改造的水蓄冷空調系統(tǒng)要增加的設備配置見表2:

表2 水蓄冷空調系統(tǒng)要增加的設備配置

3 系統(tǒng)組成及運行模式

改建的水蓄冷空調系統(tǒng)基本組成如圖2所示。由于每天24h均有冷負荷,故在夜間電力低谷期的冷機要供冷也要蓄冷,其蓄冷量和供冷量分配由閥門V調節(jié)。

圖2 水蓄冷系統(tǒng)原理及組成

系統(tǒng)運行情況如下:

(1)供冷機單獨供冷:制冷機按照原有方式運行。

(2)蓄冷槽單獨供冷方式:利用夜間低谷電開啟制冷機,制備冷凍水并儲存在蓄冷槽中。白天開啟冷凍水泵即可完成供冷。

(3)制冷機與蓄冷槽聯(lián)合使用:在每年炎熱的夏季,空調負荷很大時使用,白天由制冷機提供部分冷量、蓄冷槽提供部分冷量。

(4)制冷機在向蓄冷槽充冷的同時,為建筑物供冷。

表3 各供冷方式閥門、水泵運行情況

4 水蓄冷的運行策略

在不同的季節(jié),天氣發(fā)生變化,日負荷變小時,系統(tǒng)將依據(jù)實際的冷負荷需求,通過控制系統(tǒng)調節(jié)運行模式,自動調整每一時段內蓄冷裝置蓄冷、供冷及主機供冷的相對比例,以實現(xiàn)分量蓄冷模式逐步向全量蓄冷模式的運行轉化,按照蓄冷裝置優(yōu)先供冷的原則,最大限度地節(jié)省運行費用。圖2～圖6分別給出一年的水蓄冷空調系統(tǒng)運行策略。

4.1 7、8月份運行策略

7、8月份其最大負荷為5276kW(1500RT),這種條件下,逐時負荷以及制冷設備供冷、蓄冷水池蓄冷與放冷詳見圖3。

由圖3可知此時采用1臺2638kW(750RT)主機蓄冷8小時,可移除空調系統(tǒng)的全部7.4小時電力高峰。

4.2 5、6、9、10月份運行策略

圖3 七、八月份水蓄冷空調運行策略

5、6、9、10月份其最大負荷為 4220kW(1200RT),這條件下,逐時負荷及制冷設備供冷、蓄冷水池蓄冷與放冷詳見圖4。

圖4 五、六、九、十月份水蓄冷空調運行策略

由圖4知此時采用1臺2638kW(750RT)主機蓄冷8小時,可移除空調系統(tǒng)的全部8小時電力高峰和1.3小時電力平峰。

圖5 四、十一、十二月份水蓄冷空調運行策略

4.3 4、11、12月份運行策略

4、11、12月份其最大負荷為 3482kW(990RT),這種條件下,逐時負荷以及制冷設備供冷、蓄冷水池蓄冷與放冷詳見圖5。

由圖5知此時采用1臺2638kW(750RT)主機蓄冷8小時,可以移除空調系統(tǒng)全部8小時高峰時段負荷和2.1小時電力平峰。

4.4 1、2、3月份運行策略

1、2、3月份其最大負荷為1969kW(560RT)此時750RT機組不開,這種條件下,逐時負荷以及制冷設備供冷、蓄冷水池蓄冷與放冷詳見圖6。

圖6 一、二、三月份水蓄冷空調運行策略

由圖6知此時采用1臺2638kW(750RT)主機蓄冷8小時,在優(yōu)先滿足冷負荷要求的前提下,可以移除空調系統(tǒng)全部8小時高峰時段負荷和4.2小時平段負荷。

5 綜合經濟性分析

南寧市電力部門的有關規(guī)定及南寧電信大樓實際用電政策,常規(guī)空調其電價為:枯水期0.7813元/kWh,豐水期0.6193元/kWh。非商業(yè)性蓄冷空調電價 (高壓):枯水期一般時段0.7493元/kWh、低谷0.4659元/kWh。豐水期一般時段0.5933元/kWh、低谷0.2618元/kWh。

基于保證良好的供冷溫度情況下,改造后的水蓄冷系統(tǒng)與常規(guī)運行耗電情況對比如表4及圖7。

從表4及圖7可以看出在南寧長途電信第二樞紐工程建設水蓄冷系統(tǒng),每年可以減少145.24萬kWh的高峰用電,減少33.65萬kWh平段用電量,增加160.31萬kWh低谷用電量。

表4 常規(guī)系統(tǒng)與水蓄冷系統(tǒng)制冷運行耗電

圖7 峰、平、谷時段耗電量分布

根據(jù)本地區(qū)用電的政策,結合以上耗電情況,改造后水蓄冷系統(tǒng)與改造前常規(guī)系統(tǒng)的運行費用如表5。

表5 水蓄冷空調和常規(guī)空調運行費用

6 結論

本文結合工程實例,利用原常規(guī)空調系統(tǒng)低谷時有富裕制冷能力及嚴格規(guī)范的控制措施和管理制度,進行水蓄冷系統(tǒng)改造。分析結果表明,該水蓄冷空調系統(tǒng)減少145.24萬kWh的高峰用電,減少33.65萬kWh平段用電量,全年運行費用可減少119.59萬元,因而在改建項目中占有非常明顯的優(yōu)勢。采用水蓄冷空調系統(tǒng),可移峰填谷,平衡電網峰谷負荷。利用峰谷電價政策,水蓄冷空調能夠更大限度地降低運行費用,給用戶帶來顯著的經濟效益。

[1]章學來.空調蓄冷蓄熱技術[M].大連:大連海事大學出版社,2005

[2]方貴銀.蓄能空調工程實用新技術[M].北京:人民郵電出版社,2000

[3]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊 (第2版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008:2114-2187

[4]李洋,曾遠.淺談水蓄冷技術[J].山西建筑,2010,36(35):175-176