王瑩

（上海華電源牌環(huán)境工程有限公司，上海200070）

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青浦供電公司蓄能系統(tǒng)節(jié)能改造及應(yīng)用

王瑩

（上海華電源牌環(huán)境工程有限公司，上海200070）

摘要：基于青浦供電公司原冷熱源系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，考慮當(dāng)前新增的冷負(fù)荷的需求，在不改變末端管道的前提下，對(duì)冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文具體分析了冷熱源系統(tǒng)的改造思路、設(shè)備配置以及運(yùn)行狀況，闡述了相應(yīng)設(shè)備、管道及運(yùn)行策略的改造狀況。從而保證改造后的系統(tǒng)能夠適應(yīng)新的負(fù)荷要求，并能夠充分利用冰蓄冷+電蓄熱的優(yōu)勢(shì)，保證系統(tǒng)的節(jié)能性和可靠性。

關(guān)鍵詞：冰蓄冷； 電蓄熱； 系統(tǒng)改造

0　引言

上海電力公司青浦供電公司，于2004年建成投運(yùn)?？照{(diào)面積約為10000m2，中央空調(diào)系統(tǒng)與大樓一起建成投運(yùn)，空調(diào)系統(tǒng)采用的是電鍋爐蓄熱及冰球冰蓄冷系統(tǒng)。本項(xiàng)目冰蓄冷系統(tǒng)由于設(shè)備運(yùn)行有10年左右，設(shè)備腐爛導(dǎo)致冰蓄冷部分無法運(yùn)行，而空調(diào)主機(jī)的配比常規(guī)空調(diào)減少30%~50%的能量，所以目前按常規(guī)空調(diào)使用，整個(gè)空調(diào)效果無法為達(dá)到正常要求；另外存在由于主機(jī)老化效率降低，水泵磨損噪音大等問題，通過這次改造，恢復(fù)青浦供電公司中央空調(diào)冰蓄冷系統(tǒng)正常運(yùn)行。以下對(duì)青浦供電公司蓄能系統(tǒng)的改造進(jìn)行分析。

1　工程簡(jiǎn)介

青浦供電公司調(diào)度大樓空調(diào)設(shè)計(jì)總的冷負(fù)荷為950kW，供回水溫度為7/12℃；熱負(fù)荷為650kW，供回水溫度為55/45℃；采用的是電鍋爐蓄熱及冰球冰蓄冷系統(tǒng)。考慮到當(dāng)前存在的供冷缺口，計(jì)算得出空調(diào)設(shè)計(jì)的總冷負(fù)荷為1450kW，熱負(fù)荷為650kW。供冷系統(tǒng)采用應(yīng)用最為廣泛和可靠的內(nèi)融冰盤管式系統(tǒng)，供熱系統(tǒng)采用蓄熱和供熱一組泵的全量蓄熱系統(tǒng)。此次改造符合當(dāng)時(shí)制定冰蓄冷系統(tǒng)的初衷，從而真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、移峰填谷。保證系統(tǒng)的節(jié)能平穩(wěn)運(yùn)行。

2　原冷熱源系統(tǒng)分析

2.1原系統(tǒng)配置

見表1。

表1　原系統(tǒng)配置表

2.2冰蓄冷部分改造分析

在系統(tǒng)選擇方面，原系統(tǒng)采用冰球式蓄冰裝置，屬于靜態(tài)制冰的容積式制冰方式。冰球式適用于瞬時(shí)負(fù)荷較大的場(chǎng)合，雖有應(yīng)用簡(jiǎn)單靈活的優(yōu)點(diǎn)，但其融冰溫度高、乙二醇用量大、內(nèi)部易短路、融冰不充分、制冰溫度低、系統(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，導(dǎo)致冰球系統(tǒng)逐步被盤管式蓄冰裝置所取代。由于不完全凍結(jié)式盤管因其優(yōu)良的性能，已占市場(chǎng)份額達(dá)80%以上，成為冰蓄冷系統(tǒng)的主流。根據(jù)本建筑功能的具體情況，負(fù)荷變化不大、比較平穩(wěn)，所以對(duì)于本項(xiàng)目，改造采用不完全凍結(jié)式蓄冰裝置，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)定。

2.3電蓄熱部分改造分析

由于電鍋爐使用年限已久，電加熱元件及其它安全配件已趨老化，導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生故障，蓄熱系統(tǒng)無法正常供應(yīng)熱量。具體的問題主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）水泵軸封漏水，噪音非常大；電鍋爐效率降低，電熱管經(jīng)常壞，且高峰時(shí)段電鍋爐運(yùn)行經(jīng)常跳閘；蓄熱水箱保溫性能降低，散熱嚴(yán)重，且水箱有滲漏；管道銹蝕嚴(yán)重。

（2）電蓄熱在原系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用兩組泵，蓄熱水泵和放熱水泵；由于機(jī)房面積緊張，且考慮系統(tǒng)控制的可靠性，將該系統(tǒng)改為蓄熱放熱合用一組變頻泵的方式。

綜上以上原因，基于系統(tǒng)安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性的考慮，對(duì)該蓄熱系統(tǒng)進(jìn)行滿足智能化、節(jié)能、環(huán)保等要求的技術(shù)改造。

3　改造后系統(tǒng)流程分析

由于末端管路不變，所以由于冷負(fù)荷的增加，需要對(duì)末端供回水溫度需要做相應(yīng)的修正；系統(tǒng)末端采用冷熱水共用的兩管制系統(tǒng)，由于冷熱負(fù)荷的差別較大，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的水力平衡，修正供熱部分的溫差，使得供熱部分的流量處于較為合理的區(qū)域；供冷供熱水泵共用，需要采用變頻，來適應(yīng)不同冷熱負(fù)荷的需要。

3.1冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)備改造

尖峰負(fù)荷為1450kW，原供回水溫度為7/12℃，考慮到末端管路保持不變，需要加大末端供回水溫差，同時(shí)考慮到已有的保溫，確定改造后的供回水溫度為6.5/12.5℃?？梢詫?shí)現(xiàn)雙工況主機(jī)單獨(dú)制冰、主機(jī)和蓄冰裝置聯(lián)合供冷、融冰單獨(dú)供冷以及主機(jī)單獨(dú)供冷四種運(yùn)行模式，從而節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。針對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行分析，具體的改造如下：

（1）本系統(tǒng)采用2臺(tái)雙工況主機(jī)，每臺(tái)主機(jī)的制冷量為148RT，制冰量為91RT。

（2）板換換熱器：一次側(cè)（25%乙二醇體積溶液）的進(jìn)出口溫度為3.5/11℃，二次側(cè)（水）為12.5/6.5℃，考慮到余量，板換的換熱量為1595kW。

（3）蓄冰裝置：蓄冰量為1490RTh，選取了兩組ITSI-S745的高分子納米復(fù)合材料導(dǎo)熱塑料盤管，考慮到梁下凈高為3.5m，以及圖紙中盤管所放位置的梁之間的長(zhǎng)和款，選擇非標(biāo)芯體，每臺(tái)芯體的尺寸為：5365× 2760×2726mm。

（4）冷卻塔：流量300m3/h，濕球溫度28℃，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)的功率為5.5kW，冷卻塔進(jìn)出口溫度為37/32℃，可以滿足主機(jī)的冷卻需要。

（5）乙二醇泵：通過計(jì)算聯(lián)合供冷工況下為91m3/h，制冰工況下為88m3/h，揚(yáng)程為38m，變頻運(yùn)行。

（7）冷卻水泵：110m3/h，揚(yáng)程為28m。

（8）定壓裝置：經(jīng)過計(jì)算，膨脹量為0.15m3，工作壓力范圍為0.1~0.2MPa，選用PN800型號(hào)的定壓裝置。補(bǔ)液泵流量0.5m3/h，揚(yáng)程為18m，一用一備。補(bǔ)液水箱為1m3。

系統(tǒng)圖如圖1所示，布置圖如圖2所示。

機(jī)房面積較為緊湊，考慮到過道，且現(xiàn)場(chǎng)某些位置有較低的橋架，故機(jī)房在盡量保證走道的前提下，充分利用高度空間，節(jié)省平面面積。

3.2電蓄熱系統(tǒng)設(shè)備改造

供熱系統(tǒng)的尖峰負(fù)荷為650kW。

（1）原電鍋爐效率低，常跳閘，難以更換零配件，需要重新配置電鍋爐，考慮到配電容量和供熱負(fù)荷的需要，電鍋爐功率為：390kW，供回水溫度為90/50℃。

（2）供熱板換：換熱量為650kW，一次側(cè)的進(jìn)出口溫度為70/50℃，二次側(cè)為45/50℃。

（3）蓄熱裝置：夜間電鍋爐蓄熱8h，共蓄熱約3120kWh，蓄熱溫差為40℃（50/90℃），則蓄熱水箱體積需要：

蓄熱水箱容積為35m2（2臺(tái)）。夜間低谷電時(shí)，將白天所需的熱水在夜間（電力低谷時(shí)段）儲(chǔ)備供白天使用，當(dāng)白天采用蓄熱水箱供熱。因低谷電時(shí)，電價(jià)較低，可有效的節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。

（4）蓄熱循環(huán)水泵：為了保證蓄熱的效果，可采用多次蓄熱，從而避免鍋爐頻繁停機(jī)，難以實(shí)現(xiàn)良好的溫度分層和足夠的蓄熱量。

供冷循環(huán)水泵總流量為104×2=208m3/h，可以滿足供熱時(shí)的需求。

電蓄熱的系統(tǒng)圖如圖3所示。

3.3蓄能系統(tǒng)改造后的優(yōu)勢(shì)

改造后系統(tǒng)有以下的優(yōu)勢(shì)：

（1）轉(zhuǎn)移電力高峰用電量，平衡電網(wǎng)峰谷負(fù)荷，起到移峰填谷，提高電力資源利用率，促進(jìn)電網(wǎng)電力供應(yīng)平衡的作用。對(duì)用戶、國(guó)家都有重大的意義。

（2）減少主機(jī)及相關(guān)設(shè)備的裝機(jī)容量可達(dá)30% ~40%，減少變配電設(shè)施的投入。

（3）設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行比例增大，充分提高設(shè)備利用率15%。

（4）減少一次性電力投資費(fèi)用，包括電貼費(fèi)、變壓器、配電柜等。

（5）利用分時(shí)電價(jià)，可節(jié)省大量空調(diào)的運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用，電費(fèi)節(jié)約40%以上

（6）可作為應(yīng)急冷源，停電時(shí)可利用自備電力啟動(dòng)水泵融冰供冷。

（7）可作為“綠色”建筑配套空調(diào)系統(tǒng)，符合政府建筑節(jié)能要求，同時(shí)響應(yīng)貫徹國(guó)家節(jié)能減排要求及政策。

4　經(jīng)濟(jì)性分析

對(duì)于本改造項(xiàng)目，將改造后的系統(tǒng)和改造前進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于冷源：改造前的冰球系統(tǒng)并未得到利用，仍按照常規(guī)系統(tǒng)應(yīng)用，所以下文對(duì)改造后的冰蓄冷系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，分析其經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于熱源：改造后僅僅是少了兩臺(tái)水泵，所以不予以分析其經(jīng)濟(jì)性。

（1）冰蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算：

設(shè)計(jì)日運(yùn)行費(fèi)用：Fb=∑Py×h×fy+∑Pb×h× fb=278kW×8h×0.285元/kWh+316kW×9h×0.6× 0.976元/kWh=0.230萬元。

夏季年運(yùn)行費(fèi)用：Fbn=Fb×D×f=0.230萬元× 150d×0.5（運(yùn)行調(diào)節(jié)系數(shù)）=17.3萬元。

表2　經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

部分負(fù)荷時(shí)，冰蓄冷系統(tǒng)可采用單融冰供冷模式，運(yùn)行費(fèi)用較常規(guī)系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)，而空調(diào)系統(tǒng)常年運(yùn)行在部分負(fù)荷，因此運(yùn)行調(diào)節(jié)系數(shù)小于常規(guī)系統(tǒng)。

（2）常規(guī)系統(tǒng)全年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算：

設(shè)計(jì)日運(yùn)行費(fèi)用：Fc=∑Py×h×fy+∑Pb×h× fb=413kW×0.85×9h×0.976元/kWh=0.308萬元。

年運(yùn)行費(fèi)用：Fcn=Fc×D×f=0.308×150×0.8（運(yùn)行調(diào)節(jié)系數(shù)）=37萬元。

從而可見：1）與常規(guī)系統(tǒng)比，冰蓄冷系統(tǒng)可轉(zhuǎn)移電量1265kWh/d。2）經(jīng)過上表計(jì)算結(jié)果可以看出，回收年限只有3.4年，也就是說空調(diào)運(yùn)行3.4a之后就處于“盈利”階段，每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約25.2萬元。

5　結(jié)語

青浦供電公司冷熱源系統(tǒng)改造項(xiàng)目，基于原供冷供熱系統(tǒng)中的缺陷，尤其是針對(duì)為進(jìn)行充分利用的原冰蓄冷系統(tǒng)，具體地提出了改造方案和具體的配置；同時(shí)通過實(shí)地的勘查，將原紙質(zhì)圖紙和實(shí)際結(jié)合，重新對(duì)改造后的設(shè)備進(jìn)行布置，充分利用原機(jī)房空間，在不影響其他橋架等設(shè)備的基礎(chǔ)上，對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行施工作業(yè)并進(jìn)行調(diào)試。從而達(dá)到系統(tǒng)良好運(yùn)行、節(jié)省投資、節(jié)約資源的目標(biāo)，保證工作區(qū)域的舒適性。通過該工程的改造設(shè)計(jì)、實(shí)施狀況可以看出，將冰球及已經(jīng)廢棄的蓄能系統(tǒng)通過合理的改造具有良好的可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)性。

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修回日期：2016-03-03

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.019

中圖分類號(hào)：TU83

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-3429（2016）02-0082-05

作者簡(jiǎn)介：王瑩（1986-），女，河南人，碩士，中級(jí)工程師，從事空調(diào)技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)工作。

收稿日期：2015-12-17

Study of the Heating and Cooling Systems in the Project of Qingpu Electric Company Project

WANG Ying

（Shanghai Runpaq Environment Engineering Co.，Ltd，Shanghai 200070，China）

Abstract：Based on the problems of the cold and heat source in the operation of the Qingpu electric company，considering the demand of the new cooling load，the cold and heat source system is reformed in the premise of existing pipe. In this paper，the reform ideas，equipment configuration and the operating conditions of the system will be analyzed in detail. The reformed system can adapt to the new load requirements，and the advantages of ice storage system and electric storage system will be made full use to ensure energy saving and reliability of the system.

Key words：ice storage system； electric storage system； reform