林群武,鄭洲
[1.中交海洋投資控股有限公司,海南三亞 572000;2.科進柏誠工程技術(shù)(北京)有限公司深圳分公司,廣東深圳 518036]
工程位于南方某地,總建筑面積20 萬m2,分A、B 兩地塊,地上由1~3#塔樓及4 ~11#多層商業(yè)組成,A 地塊包括2 ~5#樓,B 地塊包括1#、6 ~11#樓;A、B 地塊地下共4 層(B3 ~B1M),相互連通,主要用于地下車庫及設備機房。1#塔樓辦公(39層,高度170m,面積約7.2 萬m2)、2、3#裙房商業(yè)(約1.5 萬m2)共用一套冷源系統(tǒng),制冷機房設在B2 層,面積約860m2,凈高4.8m。
本工程在方案階段對中央空調(diào)冷源多種方案的可行性進行論證,從機電系統(tǒng)初投資、運行費用、投資回收期、系統(tǒng)運行復雜程度、運行維護費用等方面對空調(diào)冷源系統(tǒng)進行比較分析??紤]該地區(qū)執(zhí)行峰谷電價,差價較大;且經(jīng)過計算,本項目空調(diào)冷負荷高峰與電網(wǎng)高峰時段重合,且在電網(wǎng)低谷時段空調(diào)負荷較小,符合文獻[1]第3.1.2 條規(guī)定。綜合比較,最終確定采用冰蓄冷系統(tǒng)作為本項目的冷源。
本文主要介紹本工程冰蓄冷系統(tǒng)冷源側(cè)的整體設計,關(guān)注部分負荷蓄冰的空調(diào)方式設計思路和方法。
表1 室內(nèi)主要設計參數(shù)
本工程采用內(nèi)融冰式冰盤管,主機上游的串聯(lián)冷源系統(tǒng)設計采用部分負荷冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng),采用3 臺雙工況制冷主機(空調(diào)工制冷量1817KW,蓄冰工況1181KW)和1 臺基載制冷主機(制冷量1301KW)。雙工況機和蓄冰設備采用主機上游串聯(lián)系統(tǒng),基載冷機并聯(lián)運行。冰蓄冷主機采用間接供冷式,夜間電價低谷時制冰,白天電價高峰時融冰供冷。融冰時,一次側(cè)乙二醇溶液溫為3.5/11.5℃,經(jīng)融冰板換熱,二次側(cè)冷凍水溫為4.5/12.5℃,基載冷機直接供應4.5/12.5℃冷凍水,匯合后供至末端使用。冷凍水泵變頻運行,冷卻水泵工頻運行,空調(diào)工況冷卻水供回水溫32/37℃.制冷機房位于地下二層,超低噪聲橫流冷卻塔布置在B 地塊左側(cè)地下車庫入口處,冷卻塔風機變頻運行。
蓄冰系統(tǒng)有如下幾種基本的運行策略:
1.主機制冰。
2.主機與融冰聯(lián)合供冷。
3.融冰單獨供冷。
4.主機單獨供冷。
蓄冰系統(tǒng)運行模式與控制閥組狀態(tài)關(guān)系如下:
圖1 主機上游串聯(lián)蓄冰系統(tǒng)原理
表2 蓄冰系統(tǒng)工作模式與控制閥組狀態(tài)關(guān)系
1.主機制冰模式
夜間蓄冰,該時段為電力低谷期,該時段內(nèi)雙工況機滿負荷運行,通過低溫的乙二醇溶液將蓄冰槽內(nèi)的水制成冰。乙二醇溶液在制冷機和蓄冰槽之間循環(huán),隨著蓄冰量的增加和時間的推移,制冷機的出口溫度逐步降低。當蓄冰槽的蓄冰量達到要求時,制冷機自動停止蓄冰工況運行。
圖5所示為C/C-SiC復合材料截面的SEM圖。根據(jù)圖5(a)EDS能譜分析,深灰色相是SiC,淺灰色相是殘余Si,則黑色相是碳。由圖5(b)可見,熔滲過程中Si主要滲入了網(wǎng)胎層的短切纖維間和纖維束間的孔隙,無緯布層長纖維間滲入Si較少。
2.主機與融冰聯(lián)合模式
該時段為電力峰價與平價段,同時在該時段內(nèi)空調(diào)冷負荷較大,為了盡量減少系統(tǒng)的電力峰價運行,冷負荷由制冷機聯(lián)合蓄冰槽供冷。在該時段內(nèi)制冷機主機處于空調(diào)工況,制冷機組出口的乙二醇和蓄冰槽融冰后的乙二醇溶液混合進入板換。在非標準設計日內(nèi),空調(diào)冷負荷相對減小,通過優(yōu)化控制實現(xiàn)蓄冰槽的有效融冰并保證滿足系統(tǒng)內(nèi)的冷負荷需求。
3.融冰單獨供冷模式
晚上有加班負荷,以及在過渡季節(jié)的使用工況,為了避免在電力高峰期內(nèi)開啟冷機以及冷機的低效運行,該時段內(nèi)蓄冰槽的總?cè)诒├淞繛榭照{(diào)系統(tǒng)負荷的全部。根據(jù)優(yōu)化控制原則,同時為了減少運行電費,該時期的冷負荷由蓄冰槽單獨提供,乙二醇泵變頻運行。融冰時,恒定進入板換的乙二醇溫度設定值3.5℃,板換的另一側(cè)為空調(diào)系統(tǒng)提供4.5℃的冷凍水。
4.主機單獨供冷模式
蓄冰槽維修時,該時段內(nèi)的冷負荷可以由制冷機單獨提供。這時蓄冰槽與系統(tǒng)隔離開,雙工況主機在空調(diào)工況運行,通過板式換熱器向空調(diào)系統(tǒng)提供冷凍水。恒定乙二醇進入板換的溫度,控制主機能量調(diào)節(jié)。
表3 設計日逐時負荷及總冷負荷合計
項目夏季最大逐時冷負荷為2,666RT,設計日最大總冷負荷為27,302RT。
本項目為工作時段空調(diào)連續(xù)運行的辦公商業(yè)綜合體,且存在一定的夜間加班負荷,宜采用部分負荷蓄冰的空調(diào)方式,結(jié)合前述的負荷計算結(jié)果[2],設計日空調(diào)總冷量、蓄冰裝置容量及制冷機容量由下式計算:
部分蓄冰系統(tǒng):設計原則是應充分發(fā)揮所有設備的作用,均衡配置系統(tǒng)設備,根據(jù)蓄冷總負荷、制冷和蓄冰聯(lián)合供冷時數(shù)和制冷機制冰時數(shù)確定。
主機確定后,經(jīng)過系統(tǒng)形式的選擇和相應的設計計算,確定其他主要設備和輔助設備的選型配置,見表4。
表4 主要設備配置
表5 不同方案蓄冰比例配置運行策略
對于部分負荷蓄冰方式,運行中空調(diào)負荷要按一定比例分配給制冷機和蓄冰裝置,該比例的取值應做優(yōu)化分析。為便于對冰蓄冷系統(tǒng)進行技術(shù)經(jīng)濟分析比較,下面將對常規(guī)制冷系統(tǒng)和若干串聯(lián)冰蓄冷系統(tǒng)方案的初投資和運行費用作對比分析,以達到最佳的蓄冰量。各方案的運行策略如上。
經(jīng)過對不同方案的初投資及全年按照四種典型設計日工況,即100%,75%,50%,25%負荷進行全年運行費用計算,總結(jié)如表6所示:
表6 投資回收期
從經(jīng)濟角度來講,采用冰蓄冷方案初投資增加,但每年可以節(jié)省運行費用(方案三),投資回收期在4.8 年左右。整個制冷設備使用周期(按15 年計算)扣除增加的初投資后,可節(jié)省費用約816 萬元。
圖2 蓄能比例與靜態(tài)投資回收期曲線
由上面圖表可以看出,冰蓄冷系統(tǒng)方案的靜態(tài)投資回收期在蓄冰量27%左右出現(xiàn)拐點,即隨著蓄冰量的增加,系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期隨之上升。如考慮到蓄冰設備占用機房土建成本、資金利息等因素,投資回收期將會有所延長。考慮國家鼓勵采用冰蓄冷的政策和當?shù)氐姆骞入妰r政策,本項目采用冰蓄冷具有較好的社會效益及經(jīng)濟效益,其中以方案三(即蓄冰量27%)為最優(yōu)。
自控系統(tǒng)采用直接數(shù)字控制(DDC)系統(tǒng),并接入BMS 系統(tǒng),制冷機采用群控系統(tǒng),并通過高階接口接入BMS 系統(tǒng)。
制冷機房設置群控系統(tǒng),統(tǒng)一控制制冷機組、蓄冰裝置、冷卻泵、冷凍泵及冷卻塔等按負荷需求等因素進行節(jié)能控制。冷水機組與機組出口管道上的電動閥、冷凍水泵及冷卻水泵電氣連鎖[2]。
冷水機組、蓄冰系統(tǒng)等機電一體化設備由機組所帶自控設備控制,制冷主機的廠家統(tǒng)一考慮制冷主機的控制及水泵的變頻控制。集中監(jiān)控系統(tǒng)進行設備群控和主要運行狀態(tài)的監(jiān)測。
制冷機房內(nèi)設備在機房控制室集中監(jiān)控,但主要設備的監(jiān)測納入樓宇自動化管理系統(tǒng)總控制中心。
圖3 不同負荷運行策略
風機盤管采用風機就地手動控制、盤管水路二通閥就地自動控制,BA 系統(tǒng)監(jiān)測。其余暖通空調(diào)動力系統(tǒng)采用集中自動監(jiān)控,納入樓宇自動化管理系統(tǒng)。采用集中控制的設備和自控閥均要求就地手動和控制室自動控制,控制室能夠監(jiān)測手動/自動控制狀態(tài)。
冰蓄冷系統(tǒng)是廣義節(jié)能系統(tǒng),其綠色效益在于可以降低整個市政電網(wǎng)的高峰期用電量,提升發(fā)電廠發(fā)電機組的效率,減少電網(wǎng)輸配線路的熱損耗及減少二氧化碳的排放;而在用戶端可實現(xiàn)節(jié)省運行電費、減少配電設施的安裝容量,國家層面也在大力推廣實行供電峰谷電價政策。本項目的設計及應用具有較好的社會效益及經(jīng)濟效益。