2023年蓄能中央空调系统在区域供热供冷DHC中的应用.doc

蓄能中央空调系统在区域供热供冷DHC中的应用     蓄能中央空调系统在区域供热供冷〔DHC〕中的应用 ——常州金禧园大型住宅小区蓄能中央空调和蓄热生活热水系统 范庆，陈永林，叶水泉 〔杭州华电华源环境工程，浙江 杭州 310012〕 ：介绍了常州金禧园大型住宅小区冰蓄冷中央空调系统、电锅炉蓄热采暖系统和电锅炉蓄热生活热水系统的设计方案和特点，并将其和其他家用空调方式进行了初投资和运行费用的比拟，简单介绍了冷热量计费系统。指出蓄能技术应用于区域供热供冷系统区域供热供冷系统具有经济、环保的优点，值得应用和推广。 关键词：区域供热供冷；电蓄热；冰蓄冷；冷热量计费仪；经济效益；环境保护 中图分类号：TU832    文献标识码：B    文章编号： 1 引言 从保护环境、提高能源利用效率的角度出发，对于人口密集、空间紧张的城市来说，建筑物空调需要的冷热量采用区域集中供给〔DHC〕是城市中央空调的开展方向。电力是一种清洁的能源，在各国能源系统中都占有最大的比例，同时它也代表了21世纪环保能源开展的方向。从上世纪60年代开始，各国电力公司开始实行峰谷电分时段计费政策，许多工程技术单位借这一契机，开展了利用夜间廉价电力的蓄能技术，利用电力在电价低谷时段蓄能，并将蓄好的能量在白天电价顶峰段使用，从而节省整个系统的运行费用。这一技术对宏观上平衡城市电力供给有着重大的经济和社会效益〔火力发电厂的扩容对经济和环境都是不利的〕。冰蓄冷就是针对夏季建筑物采用蓄能中央空调而开发出的技术之一。正是由于电力蓄能技术本身所具有的强大开展潜力，使其与代表城市中央空调开展方向的区域供热供冷系统能够完美的结合在一起并在世界各国得到了广泛的应用。 我国幅员辽阔、人口众多，对住宅的需求量非常大。我国住宅建设量大面广，至今仍呈上升趋势，据专家估计，这个趋势还将持续20-30年。这显然对在中国开展具有中国特色的区域供热供冷是一个巨大的契机，在大型住宅小区里面应用区域供热供冷联合蓄能技术必将具有广阔的市场前景。 2 工程概况 常州金禧园住宅小区是常州金谷房地产开发公司开发的一个高级商住小区，其总占地面积约为63000m2，其中分散了17幢6层的多层住宅楼。机房位于小区超市地下室，通过直埋管网向这些住宅楼提供空调冷热水和生活热水。小区夏季中央空调采用冰蓄冷系统，冬季采用电锅炉蓄热采暖系统，全年的生活热水也采用了电锅炉蓄热系统。此项目是杭州华电华源环境工程和常州金谷房地产开发公司合作完成的一个蓄能技术应用于区域供热供冷系统的大型项目。三个系统于2023年7月施工调试完毕，经过一个夏天的运行，三个运行良好，经济效益显著。以下对各系统分别加以介绍。 2.1 冰蓄冷中央空调系统 2.1.1 系统负荷计算 经过空调负荷计算软件计算，小区的设计日尖峰负荷确定为3500kW。小区日总冷负荷为53000kWh。 2.1.2 冰蓄冷系统设计 小区空调负荷有其自身的特点，在一周的大局部时间即5个工作日当中，小区内滞留的人员相对减少，整个空调总负荷也相应减小，负荷特性接近过渡季节。由于空调系统处于局部负荷状态下，冰蓄冷空调系统的优势便明显的表现出来：系统可以只开冷冻水泵和次级乙二醇泵通过阀门调节从蓄冰装置内取冷，防止了在局部负荷下开制冷效率已显著下降的常规冷水机组，系统运行效率大大提高。而且冰蓄冷系统处于全量融冰供冷模式，完全可以避开用电顶峰期，系统的运行经济性也将到达最正确。 本冰蓄冷中央空调系统按照主机与蓄冰装置并联、分量蓄冰模式设计。由于小区夜间也有负荷，在系统中设计了一台基载冷水主机，在设计日负荷条件下全天24h运行。考虑到甲方有一台闲置的1760kW的约克水冷螺杆式冷水机组，故将基载主机的容量确定为1760kW 。经过计算，在系统中还需要两台770 kW的双工况水冷螺杆式冷水机组。在设计日负荷条件下，夜间全力制冰，白天根据实际负荷情况确定开一台或者是两台主机联合蓄冰装置供冷。在此设计流程回路中，基载主机及与其相配套的冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵为一独立系统，2台双工况主机与储冰装置、板式换热器、乙二醇泵、电动阀等设备组成冰蓄冷系统，冰蓄冷中央空调系统的设备配置见表1。 表1 冰蓄冷中央空调系统的设备配置与技术参数表 序号 名称 型号规格 数量 1 常规螺杆式机组 1760kW 1台 2 双工况螺杆式机组 770 kW 2台 3 冷却塔 200m3/h 4台 4 双工况主机冷却水泵 Q=200m3/h，H=26m 2台 5 初级乙二醇泵 Q=150m3/h，H=18m 2台 6 次级乙二醇泵 Q=230m3/h，H=20m 2台 7 基载冷冻水泵 Q=304m3/h，H=52m 1台 8 冷冻水泵 Q=130m3/h，H=58m 3台 9 冷冻水泵 Q=45m3/h，H=58m 1台 10 板式换热器 100万kcal/h 2台 11 储冷冰球1〕 双金属蕊心 7700kWh 12 储冰槽2〕 160m3 1个 注：1〕华源专利产品；     2〕普通钢罐。 整个系统可按以下4种工作模式进行： a〕主机制冰加基载主机供冷模式； b〕主机与融冰联合供冷模式； c〕融冰单供冷模式； d〕主机单供冷模式。 冷冻水系统与乙二醇系统通过板式换热器进行热交换，彼此完全隔离。乙二醇仅在制冷机房中流动，这能够减少乙二醇用量并防止乙二醇在空调末端系统中的泄漏，降低了末端系统设计与维护的难度。回路中设有5个电动阀，在控制系统指示下进行工况转换，根据冷负荷变化，调节进入储冰装置的乙二醇流量，保证进入板式换热器的乙二醇温度恒定并满足冷负荷需求。 对于大多数住宅小区来讲其房屋销售都需要一定的时间，购房者也是分批入住小区的。小区的空调负荷是在一个比拟长的时间逐渐增加到设计日负荷状态的。由于金禧园住宅小区首批入住率大约是40%，故500RT主机暂时不安装，仅预留相应管道，其对应的冷却水系统和冷冻水泵也暂不安装。另将两台220RT主机中的一台通过设置旁通管道将其功能确定为基载主机，在夜间由其向末端提供冷量，另外一台220RT主机那么在夜间全力制冰。以后随着小区入住率的提高和空调负荷的增长，通过普通阀门的切换即可将充当基载的冷水主机的功能恢复成为双工况主机，同时500RT的冷水主机也投入运行。  由于在一周内住宅小区的负荷的变化比拟大，这要求在板式换热器二次侧的冷冻水泵具备根据负荷的变化自行调节供水量的能力。考虑到水泵的功率比拟大，没有采用变频控制，同时考虑到与冬季采暖热水供水泵的流量匹配问题，在系统中设计了三台流量130m3/h、扬程58m和一台流量50m3/h、扬程58m的冷冻水泵，由设定的供回水温差自动控制水泵开启的台数。  对于蓄能空调系统而言，其节省运行费用的关键是系统能够根据峰谷电的时段和末端负荷自动进行运行模式的转换。而实现这个目的的关键是自控系统是否能稳定可靠的运行。自控系统能够控制制冷主机及其他设备的启停及监视各设备工作状况与运行参数， 并实现整个系统的优化控制，即根据室外温度、天气走势、历史记录、电价政策，自动选择主机优先、融冰优先模式或全量融冰模式；实现系统自动进行制冰、工况转换和优化控制运行，对系统故障进行自动诊断，并向远方报警；工作日、节假日、特殊日期均可设置工作时间表，空调系统即根据设定的时间表自动运行。    2.2 电锅炉蓄热采暖系统  2.2.1 负荷计算  经过空调负荷软件计算，建筑物尖峰热负荷为2600kW。  2.2.2 蓄热采暖系统设计  本系统采用并联分量蓄热模式，配置1260kW电锅炉两台。蓄热装置内介质蓄热温度为90℃，将板式换热器二次侧的供水温度确定为50℃，回水温度确定为42℃。相应板式换热器一次侧的供回水温度为55℃和47℃，蓄热装置可利用的温差到达43℃，这在一定程度上缩小了蓄热装置的体积，给蓄热装置在施工现场的布置提供了便利。电锅炉利用夜间低谷电的8h〔23：00—次日7：00〕为小区供暖的同时进行蓄热，在用电顶峰期间那么利用电锅炉和蓄热装置联合供热。在工作日和过渡季节，蓄热量所占系统总负荷的比例逐渐增加时，系统也从分量蓄热模式向全量蓄热模式转换，可以实现避峰运行，从而大幅节省运行费用。与冰蓄冷中央空调系统类似，蓄热采暖系统有四种工作模式： a〕电锅炉蓄热兼供热模式； b〕电锅炉与蓄热装置联合供热模式； c〕蓄热装置单供热模式； d〕电锅炉单独供热模式。  自控系统同样是蓄热采暖系统的关键局部，通过控制电锅炉、外围设备和电动阀门的启停和调节，使蓄热系统能够实现四种工况的转换并监视系统各设备的工作状况与运行参数。系统设备配置及其性能参数见表2：  表2  蓄热采暖系统的设备配置与技术参数表 序号 名称 型号规格 数量 1 电热水机组1〕 106万Kcal/h 2台 2 储热水泵 Q=24m3/h，H=12m 2台 3 释热水泵 Q=140m3/h，H=18m 2台 4 供热水泵  4台 5 板式换热器 120万Kcal/h 2台 6 蓄热装置2〕 150 m3 1个  注：1〕源牌全自动电热水机组；      2〕普通钢罐。  2.3 蓄热生活热水系统  考虑到住宅小区内住户数量很大，生活热水的使用有很大的不均匀性，再考虑到小区的整体档次和入住者的平均收入水平，将生活热水每人每天的用量确定为100L〔65℃〕，这一指标已经大于市场上常见的各种家用热水器的供水能力而且不需要提前预热。系统按照全量蓄热模式设计，并将同时使用系数取为65%，经计算整个小区生活热水每天的用水总量为130m3〔65℃〕。  为了缩小蓄热装置的体积，在保证系统安全使用的前提下将蓄热温度确定为75℃。由于甲方承诺的供水温度为60℃，而且也是按照这一供水温度向住户收费。故在系统还设计了一套温度自动调节装置将供水温度控制在60℃左右。系统配置两台华源900kW电锅炉，同样在夜间利用廉价的低谷电将自来水加热到设计蓄热温度75℃，并且这个温度可以按照小区实际用水量在自控系统中方便的设定。  考虑到小区的管网比拟庞大，热水在管道内的温降比拟大，为保证用户无论什么时候拧开水龙头都能得到温度适宜的热水，系统配置了一台180kW的小电锅炉定时开机将回水加热。由于系统完全利用夜间低谷电，白天只开供水装置和小功率的回水加热电锅炉，系统运行时的经济性非常理想。  由于小区用水的不均匀性，管网中水流量变化较大，为了保证任何用户都能得到压力适宜的热水，系统的供水装置设计为恒压供水方式。此套装置内包括了三台白天主泵、一台夜间小泵、一只定压罐、一套压力传感装置和一只变频器。白天由远传压力表的压力信号控制主泵开启的台数和其中一台主泵的变频，到了夜间由时间控制开关将系统转换为夜间工作模式，即夜间小泵和定压罐联合工作，定压罐上面的压力传感装置检测到压力下降到一定程度的时候控制小泵开启，同时向末端补水并给定压罐保压。  为了进一步节省生活热水系统的运行费用，双工况主机选为带回热器型的。回热器的根本工作原理是在主机的冷凝器的管道上串联了一个换热器，将经过冷却塔散发到空气中的热量回收利用一局部。其额定发热量为165kW，经过几次循环可以将水加热到50℃。夏季的自来水的温度比拟高，在夏季晚上利用主机开机的时候辅助电锅炉蓄热，有时可以完全依靠回热器的热量将自来水加热到理想的温度。回热器的采用大幅减小了系统运行费用，因为这一局部热量是完全免费的。  蓄热生活热水系统的设备配置见表3：  表3  蓄热生活热水系统的设备配置与技术参数表 序号 名称 型号规格 数量 1 电热水机组1〕 620kW 2台 2 自来水补水泵 Q=14m3/h，H=18m 4台 3 生活热水恒压给水装置 Q=50m3/h，H=50m 1套 4 回水循环水泵 Q=15m3/h，H=25m 1台 5 循环加热电锅炉1