1、南昌機場航站樓制冷站經濟技術比較         10-03-19 11:34:00     作者：潘峰 馬寧    編輯：studa20【摘 要】本文闡述了水蓄冷空調系統的特點,通過南昌機場航站樓制冷站水蓄冷和常規電制冷空調系統發方案的經濟性能比較,得出水蓄冷空調系統雖然運行費用低,但對于峰谷電價差優勢不明顯的南昌地區應用還是有限。 【關鍵詞】水蓄冷空調系統 常規電制冷空調系統 一、前言 蓄冷空調系統最大的優勢在于能夠降低電網高峰負荷

2、,減少運行電費,但與常規空調系統相比需要增設蓄冷設備以及自動控制設備等,從而相應增大了系統的初投資和維護量。 目前,用于空調的蓄冷方式按蓄冷介質主要分為水蓄冷、冰蓄冷、共晶鹽蓄冷和氣體水合物蓄冷。其中常見的冰蓄冷是利用水相變潛熱的一種蓄冷方式。0冰的蓄冷密度是334KG/KG,儲存同樣多的冷量,冰蓄冷所需的體積僅為水蓄冷的幾十分之一。 水蓄冷就是利用水的顯熱(不能儲存潛熱)來儲存冷量的一種蓄冷方式,蓄冷溫度在4-7之間,蓄冷溫差6-11,單位體積的蓄冷容量為5.9-11.3KWH/m3。只要空間條件許可,水蓄冷系統是一種較為經濟的儲存大冷量的方式,而且蓄冷罐體積越大,單位蓄冷量的投資越低。 相

3、對于常規空調, 水蓄冷空調具有如下的優點:緩解電力緊張狀況; 均衡電網負荷, 起到削峰填谷的目的; 利用低谷電價, 節省運行費用; 如果在峰值負荷時間短且明顯大時, 可縮小制冷設備裝機容量, 降低初投資費用。 相對于冰蓄冷空調, 它又具有如下的優點: 可以使用常規的冷水機組, 并使其在經濟狀態下運行; 系統造價低, 同等蓄冷量約為冰蓄冷的一半甚至更低; 可以利用消防水池或其他蓄水措施等作為蓄水槽以降低初投資;可以實現蓄冷和蓄熱的雙重用途; 系統設備及控制方式較簡單, 技術要求低, 維護方便。 但是, 水蓄冷空調由于其蓄冷介質的特性, 又具有如下的缺點: 水蓄冷只利用水的顯熱, 因而蓄冷密度低,

4、 蓄水槽體積龐大; 表面散熱損失也相應增加,保溫材料增加; 蓄水槽是開啟式的, 容易產生水質問題, 要增加水處理費用; 蓄冷槽內不同溫度的水容易混合, 影響蓄冷槽中的儲存冷量。一般認為, 水蓄冷系統是一種較為經濟的儲存大量冷量的方式。蓄冷罐體積越大, 單位蓄冷量的投資越低。當蓄冷量大于7000kW.h, 或蓄冷容積大于760m3 時, 水蓄冷是最為經濟的。 二、南昌新建航站樓制冷站方案比較 1.航站樓負荷變化特點 南昌新建航站樓面積為96616.2m2,分為主樓、東西兩側指廊共三個部分。主樓正對進場路方向居于航站區中央,呈扇形布置,東西兩側的指廊平面為矩形,與主樓中心線呈26.5°夾

5、角東西對稱布置,西指廊長454.8米,東指廊長158.7米,寬36米。指廊由90m×36m的單元體組成,西側5個,東側1個,東側指廊端部伸出68.7m×8m的架空廊道與登機橋相連。主樓與指廊通過連廊連接。本制冷站夏季冷負荷為16320kw。下圖為航站樓逐時負荷圖,從圖中可以看出航站樓夏季最大負荷出現在15:00。 2.按江西電網峰谷分時及季節性電價實施辦法,在采用蓄冷設施用電時,低谷電價為平時電價時段的50%,可見蓄冷系統能降低運行費用,因此就常規電制冷和水蓄冷兩種制冷方案進行比較。 3.方案一 常規電制冷機房主設備配置與技術參數表 電制冷方案:該方案選用10KV高壓啟動離

6、心式冷水機組4臺,每臺冷量為1300RT,每冷噸耗電小于0.635KW(冷凍水溫度7/12,其COP值為5.47)。配套設置一次冷凍水泵4臺,流量800m3/h,冷卻水泵4臺,流量為1040m3/h,通過管廊將7/12冷凍水送至新航站樓,為了降低輸送能耗,按航站樓分區配置變頻二次冷凍循環水泵,主要設備配置詳上表。 4.方案二 水蓄冷方案: (1)利用常規制冷主機作為蓄冷主機。 (2)夏季設計冷負荷為16320kW。采用蓄冷空調系統,既可以按照原來的空調系統運行,也可以按照蓄冷空調系統運行,還可以按照上述的模式混合運行,在白天的高峰時段采取主機+放冷的方式運行,可以減少主機運行時間,減少空調系統

7、的運行費用。 (3)根據主機配置,在在低谷電(23:00-5:00)時段使用4臺制冷量為1000RT的冷機并聯蓄冷。 (4)蓄冷系統里有蓄冷泵(由系統冷凍水一次泵替代)、放冷泵、9100m3蓄冷槽以及控制系統。 蓄冷量:最大蓄冷量為84408KWH。 系統側供回水溫:7/12; 蓄冷側供回水溫:4/12 蓄冷溫度:蓄冷槽的最低蓄冷溫度設計為4。 蓄冷溫差:可以計算出夏季冷水的最大蓄冷溫差T=12-4=8 三、水蓄冷空調系統的運行策略 設計日(100%負荷)時的運行策略:根據設計日的熱負荷平衡表,在夜間的電力低谷時段(23:00-5:00)使用4臺主機并聯蓄冷6個小時,把蓄冷罐蓄滿;在

8、設計日白天,把蓄冷槽內冷量分配到部分高峰時段,不足部分使用主機來補充,其余時段運行主機。按此設計運行,蓄能槽有效體積為9100m3,最大蓄冷量為84408KWH。 75%熱負荷時的運行策略:根據75%熱負荷平衡表,這種負荷狀態下,由于全天的總負荷有所減少,所以可以減少白天的冷機開機時間。在夜間的電力低谷時段(23:00-5:00)使用4臺主機并聯蓄冷,把蓄冷罐蓄滿;白天把蓄冷槽內冷量分配到全部高峰時段和部分平峰時段,不足部分使用主機來補充,其余時段運行主機。 50%熱負荷時的運行策略:根據50%熱負荷平衡表,這種負荷狀態下,由于全天的總負荷有所減少,所以可以減少白天的冷機開機時間。在夜間的電力

9、低谷時段(23:00-5:00)使用4臺主機并聯蓄冷,把蓄冷罐蓄滿;蓄能槽所蓄冷量可以滿足全部高峰時段和部分平峰時段,其余部分只需要開啟部分主機,可以明顯減少運行費用。 25%熱負荷時的運行策略:這個階段稱為過渡時期,全天的負荷明顯減少。根據25%負荷平衡表,這種負荷狀態下,可以減少白天的冷機開機時間。在夜間電力低谷時段(23:00-3:00)使用4臺主機并聯蓄冷4個小時,不用把蓄冷槽蓄滿;蓄能槽所蓄冷量可以滿足白天所有負荷,此時只開啟水泵即可。 本系統運行模式主要分為四種工況:冷機蓄冷、冷機單供、冷罐單供和冷機+冷罐聯供工況。 四、兩種不同空調方案的技術經濟比較 1.南昌昌北機場制

10、冷站運行天數及負荷分布情況 2.制冷站用電時間和價格 每天按16小時空調運行,每天運行時間為7:00-22:00。 按江西電網峰谷分時及季節性電價實施辦法,江西電網峰谷分時電價實施情況如下: 其高峰時段 17:00-23:00高峰電價=基礎電價×130% 低谷時段 23:00-5:00低谷電價=基礎電價×70% 余時間為平段平段電價=基礎電價=0.95元/千瓦時 低谷時期的23:00-5:00僅蓄冷(水蓄冷方案)。 系統耗電量(KWH)及電費(萬元) 而蓄熱式電熱鍋爐、冰(水)蓄冷裝置等用電,峰谷電價全年按“高峰時段=150%,低谷時段=50%”。 &#

11、160;    10-03-19 11:34:00     作者：潘峰 馬寧    編輯：studa203.運行費用計算 常規制冷、水蓄冷在各種負荷下,不同時段的耗電量計算匯總見下表。 由此可得出,水蓄冷比常規制冷運行電費上節約219.5萬元/年。 五、兩種供冷方案的綜合經濟比較 常規電制冷和水蓄冷機房設備的經濟分析比較見下表。 注: (1)表中初投資未包括系統管道及末端裝置費用。 (2)機房設備配電容量為機房設備用電功率/功率因素。 (3)機房配電設施費為機房設備配電容量×

12、800元/KVA。 (4)基本電費為機房設備用電功率×12月×30元/(KW月)。 經過投資和運行費用的比較,采用水蓄冷系統在不考慮資金的時間價值下的靜態投資回收期約為5.6年。 六、水蓄冷空調系統分析和探討 1.水蓄冷空調方案的缺點 水蓄冷只利用水的顯熱,蓄冷密度低,需大量的水,使用時受到空間條件的限制;蓄冷槽體積較大,表面散熱損失也相應增加,需要增加保溫層;蓄冷槽內不同溫度的冷凍水容易混合,會影響蓄冷效率,使蓄存的冷凍水可用能量減少;由于水蓄冷在蓄冷過程中需要制冷主機蒸發器產生4冷凍水,降低了制冷主機的cop值。水蓄冷在供冷蓄冷過程中采用四種模式,這樣模式的切花運行增加

13、了自動控制的要求和成本,同時也降低了系統的可靠性和穩定性。 2.實際水蓄冷工程需要說明及注意的幾個問題 (1)斜溫層 斜溫層是蓄冷罐中下部冷水與上部溫水之間由于溫差導熱形成的溫度過渡層。明確而穩定的斜溫層能夠防止冷水和溫水的混合,但斜溫層的存在同時減少了實際可用冷水容量,降低了蓄冷效率。應用中一般希望斜溫層的厚度在0.3-1.0m之間。 斜溫層的厚度與進出口水流散流器的散流效果、水流速度、儲存時間長短、冷水與溫水的溫差以及蓄冷罐外形尺寸等因素有關。為了減小斜溫層的厚度,蓄冷罐必須采取良好的保溫隔熱措施,并且進出口處的水流必須緩慢而且均勻,以免引起冷溫水混合、破壞斜溫層。 (2)保溫層對冷量損失

14、的影響 蓄冷罐的冷量損失除了內部溫水與冷水之間的傳熱損失之外,還包括蓄冷罐表面向周圍環境的傳熱損失。蓄冷罐損失的總熱量與罐的表面積、罐表面積與周圍環境的溫差以及散熱時間成正比。所以,必須保證保溫得當,盡量盡可能的減少外界向蓄冷罐內的傳熱對蓄冷量的影響。 七、結論 從經濟比較理論數據來看,水蓄冷較常規電制冷系統具有較低的運行費用的優點,理論上比常規方案省15%,但水蓄冷水罐體積龐大,由于缺乏可參照的設計和運行經驗,為保證水蓄冷系統運行的可行性和可靠性,需要進行論證研究。同時水蓄冷系統較常規電制冷系統增加了較多的初投資,按南昌地區現有的峰谷電價,投資回收期長達6年。 從國內目前已采用水蓄冷方案的一

15、些項目來看,實際節省運行費用的狀況不是很理想,與理論計算出來的有較大距離。上海地區的峰谷比例是4.5:1,南昌地區是3:1,所以利用峰谷電價差節電的水蓄冷系統在上海更為適用,而用在峰谷電價比例低的南昌,其運行費用的節省程度有限。      10-03-19 11:34:00     作者：潘峰 馬寧    編輯：studa203.運行費用計算 常規制冷、水蓄冷在各種負荷下,不同時段的耗電量計算匯總見下表。 由此可得出,水蓄冷比常規制冷運行電費上節約219.5萬元/年。 五、兩

16、種供冷方案的綜合經濟比較 常規電制冷和水蓄冷機房設備的經濟分析比較見下表。 注: (1)表中初投資未包括系統管道及末端裝置費用。 (2)機房設備配電容量為機房設備用電功率/功率因素。 (3)機房配電設施費為機房設備配電容量×800元/KVA。 (4)基本電費為機房設備用電功率×12月×30元/(KW月)。 經過投資和運行費用的比較,采用水蓄冷系統在不考慮資金的時間價值下的靜態投資回收期約為5.6年。 六、水蓄冷空調系統分析和探討 1.水蓄冷空調方案的缺點 水蓄冷只利用水的顯熱,蓄冷密度低,需大量的水,使用時受到空間條件的限制;蓄冷槽體積較大,表面散熱損失也相應增加

17、,需要增加保溫層;蓄冷槽內不同溫度的冷凍水容易混合,會影響蓄冷效率,使蓄存的冷凍水可用能量減少;由于水蓄冷在蓄冷過程中需要制冷主機蒸發器產生4冷凍水,降低了制冷主機的cop值。水蓄冷在供冷蓄冷過程中采用四種模式,這樣模式的切花運行增加了自動控制的要求和成本,同時也降低了系統的可靠性和穩定性。 2.實際水蓄冷工程需要說明及注意的幾個問題 (1)斜溫層 斜溫層是蓄冷罐中下部冷水與上部溫水之間由于溫差導熱形成的溫度過渡層。明確而穩定的斜溫層能夠防止冷水和溫水的混合,但斜溫層的存在同時減少了實際可用冷水容量,降低了蓄冷效率。應用中一般希望斜溫層的厚度在0.3-1.0m之間。 斜溫層的厚度與進出口水流散流器的散流效果、水流速度、儲存時間長短、冷水與溫水的溫差以及蓄冷罐外形尺寸等因素有關。為了減小斜溫層的厚度,蓄冷罐必須采取良好的保溫隔熱措施,并且進出口處的水流必須緩慢而且均勻,以免引起冷溫水混合、破壞斜溫層。 (2)保溫層對冷量損失的影響 蓄冷罐的冷量損失除了內部溫水與冷水之間的傳熱損失之外,還包括蓄冷罐表面向周圍環境的傳熱損失。蓄冷罐損失的總熱量與罐的表面積、罐表面積與周圍環境的溫差以及散熱時間成正比。所以,必須保證保溫得當,盡量盡可能的減少外界向蓄冷罐內的傳熱對蓄冷量的影響。 七、結論 從