中關(guān)村西區(qū)區(qū)域供冷設(shè)計(jì)技術(shù)分析

1、.中關(guān)村西區(qū)區(qū)域供冷設(shè)計(jì)技術(shù)分析摘要： 圍繞中關(guān)村區(qū)域冷站現(xiàn)行的雙蒸發(fā)器雙工況制冷主機(jī)的外融冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，提出了較適合我國(guó)國(guó)情的外融冰系統(tǒng)區(qū)域供冷設(shè)計(jì)方案，以及在北方地區(qū)利用冷卻塔換熱供冷的經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞： 區(qū)域供冷 雙蒸發(fā)器 外融冰 超低溫冷水受北京科技園建設(shè)股份有限公司中關(guān)村西區(qū)項(xiàng)目建設(shè)及經(jīng)營(yíng)管理中心委托，對(duì)璦瑪斯有限公司的中關(guān)村西區(qū)區(qū)域冷站設(shè)計(jì)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)評(píng)估。由于時(shí)間倉(cāng)促，外方設(shè)計(jì)繪圖方法與國(guó)內(nèi)有一定的區(qū)別，亦未提供設(shè)計(jì)說(shuō)明，對(duì)圖紙和設(shè)計(jì)意圖的理解難免有些許偏差，一些技術(shù)觀點(diǎn)和數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步求證。工作過(guò)程中得到了委托方多位領(lǐng)導(dǎo)的大力幫助和支持，在此致以真誠(chéng)的感謝。

2、 1 冰蓄冷的可行性近幾年，國(guó)內(nèi)蓄冷技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，一百多個(gè)水蓄冷和冰蓄冷空調(diào)工程投入了使用，對(duì)改善和緩解電力供需矛盾，平抑電網(wǎng)峰谷差起到了積極作用，取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，備受業(yè)內(nèi)人士和電力公司的矚目。實(shí)踐表明一般冰蓄冷系統(tǒng)比常規(guī)電制冷系統(tǒng)初投資高，機(jī)房設(shè)備投資增加1520%左右，由于峰谷分時(shí)電價(jià)政策的實(shí)行，依靠電費(fèi)節(jié)省其增加投資的回收年限在35年。同時(shí)可減少制冷用電裝機(jī)容量30%左右，移峰電量與空調(diào)負(fù)荷率有關(guān)。從上述看冰蓄冷技術(shù)對(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)及減緩電力生產(chǎn)供應(yīng)矛盾是有利的，對(duì)投資人來(lái)講，多投入的回報(bào)費(fèi)也是很可觀的（20%30%）。另外，冰蓄冷系統(tǒng)提供超低溫水是力所能及

3、的，外融冰提供1超低溫冷水，內(nèi)融冰也可提供3.3低溫冷水?？蓪?shí)現(xiàn)大溫差低溫供冷水,降低冷水輸送費(fèi)用和輸送管網(wǎng)系統(tǒng)投資。這樣可降低冷水的輸送費(fèi)用和投資，同時(shí)低溫水的供應(yīng)，引發(fā)了低溫送風(fēng)空調(diào)的應(yīng)用，同樣可降低空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的輸送費(fèi)用和投資。我院曾在西直門(mén)項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)詳細(xì)計(jì)算，采用大溫差低溫送水和低溫送風(fēng)系統(tǒng)，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)總體投資比常規(guī)制冷空調(diào)系統(tǒng)發(fā)而略有降低。所以說(shuō)，冰蓄冷技術(shù)和大溫差低溫送水與低溫送風(fēng)相結(jié)合應(yīng)是暖通界和電力行業(yè)廣泛提倡的未來(lái)空調(diào)制冷發(fā)展方向，是充分利用電力峰谷差價(jià)和蓄冰能力，也是降低蓄冰空調(diào)初投資和運(yùn)行費(fèi)用的可靠方法。所以說(shuō)，在區(qū)域供冷中應(yīng)優(yōu)先采用冰蓄冷系統(tǒng)，其具有很高的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)

4、先進(jìn)性。中關(guān)村西區(qū)主要為商業(yè)建筑和高檔寫(xiě)字樓，空調(diào)主要在白天，夜間負(fù)荷很?。ㄒ?jiàn)設(shè)計(jì)日逐時(shí)負(fù)荷表），逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷與電力峰谷相吻合，極適合冰蓄冷的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，另外從吸引二級(jí)開(kāi)發(fā)商（單位建筑），降低二級(jí)開(kāi)發(fā)商初投資等出發(fā)，西區(qū)采用冰蓄冷方式，超低溫送水是可行的，也是必要的。根據(jù)委托方提供的西區(qū)冷站設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷表（璦瑪斯設(shè)計(jì)計(jì)算），統(tǒng)計(jì)計(jì)算為：設(shè)計(jì)日總冷量為523 018kWh（148 742USrth），連續(xù)空調(diào)總冷量為148 042kWh (42 102USrth)，蓄冷系統(tǒng)總冷量為374 976kWh(10 6640 USrth)，空調(diào)峰值負(fù)荷為42 195kW(12 000USrt)，夜間谷

5、值負(fù)荷為2 598.5Kw(739USrt) ，僅為6.2%。2 冰蓄冷方案的可行性針對(duì)區(qū)域供冷尤其是低溫供冷技術(shù)，可行性的方案有三，其一內(nèi)融系統(tǒng)，其二為外融冰系統(tǒng) ，其三為雙蒸發(fā)器雙工況主機(jī)的外融冰系統(tǒng)（璦瑪斯設(shè)計(jì)）。方案一，內(nèi)融冰系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)：采用主機(jī)上游中聯(lián)系統(tǒng)，冷水供應(yīng)溫度可達(dá)3.3，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，控制明了，因?yàn)閷?duì)這套系統(tǒng)已完全掌握，有一定運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，主要設(shè)備均可合資生產(chǎn)其市場(chǎng)價(jià)格公平合理，相對(duì)投資較低。 方案二，外融冰系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)：白天主機(jī)制冷需通過(guò)板換交換后再進(jìn)入冰模融冰供冷，供水溫度可達(dá)1，除外融冰盤(pán)管進(jìn)口外，其余主要設(shè)備亦可合資生產(chǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行管理比內(nèi)融冰要高，冷水輸

6、送系統(tǒng)可節(jié)省10%，用戶(hù)側(cè)換熱設(shè)備亦可相應(yīng)減少。方案三，雙蒸發(fā)器外融冰（璦瑪斯設(shè)計(jì)）系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)：雙工況主機(jī)設(shè)兩個(gè)蒸發(fā)器，夜間制冰為乙二醇蒸發(fā)器；白天制冷為冷水蒸發(fā)器。冷水不需換熱直接進(jìn)入冰槽融冰，白天主機(jī)工作效率與方案二相比可提高23%（考慮由于換熱溫差為1%，導(dǎo)致主機(jī)蒸發(fā)溫度下降1），一次冷水泵功率可節(jié)省（無(wú)板換阻力5080kPa）。技術(shù)的核心是雙蒸發(fā)器雙工況冷水機(jī)組的應(yīng)用，體現(xiàn)了外融冰系統(tǒng)的理想境界。白天冷機(jī)供冷運(yùn)行時(shí)效率提高（23%），亦減少了乙二醇與冷水的換熱損失，沒(méi)有工況改變時(shí)閥門(mén)的相互切換調(diào)節(jié)只靠啟停主機(jī)和水泵及恒溫變?nèi)萘窟\(yùn)行。外融冰盤(pán)管為進(jìn)口，雙蒸發(fā)器雙工況主機(jī)為定單產(chǎn)品，獨(dú)

7、此一家，導(dǎo)致售價(jià)無(wú)可比性，無(wú)可替換性。雙蒸發(fā)器冰水機(jī)為現(xiàn)場(chǎng)組裝體，主機(jī)與蒸發(fā)器、冷凝器為三大件，冷媒管等現(xiàn)場(chǎng)連接，整體質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)難于保障，占地面積大，在美國(guó)其為本土產(chǎn)品，而在我國(guó)其安裝、調(diào)試、運(yùn)行、保養(yǎng)、售后服務(wù)等都是我們所擔(dān)心的。另外，雙蒸發(fā)器雙工況主機(jī)為整個(gè)冰蓄冷系統(tǒng)帶來(lái)的性?xún)r(jià)比并不是很高，主機(jī)效率提高23%，即使取3%，則三臺(tái)主機(jī)制冷量?jī)H提高675Kw(192USrt)，每年可節(jié)省電費(fèi)13.18萬(wàn)元。然而其雙蒸發(fā)器冷水機(jī)的價(jià)格卻是普通機(jī)組的1.6倍（更是合資機(jī)組的2.5倍），增加1500多萬(wàn)元（比合資機(jī)多2650萬(wàn)元），其代價(jià)是昂貴的；方案二替代六臺(tái)板換的投資為435.6萬(wàn)元，差價(jià)為

8、1064.4萬(wàn)元（2214.4萬(wàn)元）。在我國(guó)現(xiàn)有電價(jià)水平上其靜態(tài)回收年限為80.8年(若為合資機(jī)為168年)，若考慮貸款利息則回收期是無(wú)限的。從三種方案分析，方案三應(yīng)為技術(shù)最先進(jìn)，運(yùn)行成本最低，但投資最高，核心設(shè)備無(wú)可替換性的系統(tǒng)；方案二各項(xiàng)參數(shù)居中，性?xún)r(jià)比較高，較適合中國(guó)國(guó)情；方案一國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)施工運(yùn)行等技術(shù)較成熟，由于供水溫度相對(duì)偏高，需與二級(jí)用戶(hù)（尤其末端為低溫送風(fēng)系統(tǒng)）協(xié)商溫度的可行性。3 冬季供冷的必要性根據(jù)西區(qū)建筑物情況，存在冬季冷負(fù)荷需求，璦瑪斯設(shè)計(jì)完全為融冰供冷。在北京氣候條件下，利用冷卻塔之冷卻水換熱供冷是可行的，是通過(guò)實(shí)際證明的,也是必要的。根據(jù)冷站供冷要求，換熱溫度可取6，然

9、后再通過(guò)融冰供應(yīng)1.1冷水。這樣冷卻水換熱供冷占冬季負(fù)荷的56%，每年冬季可節(jié)省制冷電費(fèi)85.6萬(wàn)元，而板換投資僅為90萬(wàn)元，其25年效益將達(dá)2140萬(wàn)元，所以說(shuō)冬季供冷采用天然冷源是必要的，所需采取的技術(shù)手段亦是簡(jiǎn)單可靠的。冬季供冷系統(tǒng)見(jiàn)圖4和圖5。 4 制冷站投資概算4.1 雙蒸發(fā)器外融冰（璦瑪斯設(shè)計(jì)）系統(tǒng)(見(jiàn)表1)表1 蓄冰制冷(雙蒸發(fā)器外融冰)機(jī)房主要設(shè)備清單 序號(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 型號(hào) 主要性能 數(shù)量 單臺(tái)功率Kw 總功率Kw 單 價(jià)萬(wàn)元 總 價(jià)萬(wàn)元1 基載主機(jī) 離心 制

10、冷量2000USrt 1 1289 1289 586.00 586.002 雙工況主機(jī) 螺旋 制冷量2100USrt 3 1305.5 3916.5 1400.00 4200.003 蓄冰裝置 BAC TSC-1020S,Q=1020USrtH 10   0 50.800 508.004 蓄冰裝置 BAC TSC-918S,Q=918USrtH 2

11、0   0 45.720 914.405 冷卻塔 橫流 處理水量800t 8 22.5 180 36.400 291.206 冷卻水泵 雙吸 1410t, 33.5m 4 149.2 596.8 28.050 112.207 乙二醇泵 雙吸 1330t, 38m 3 186.5 559.5 28.050 84.158&

12、#160;基載冷水泵 端吸 780t, 16.8m 1 56 56 8.300 8.309 一次冷水泵 端吸 830t,18.3m 3 56 168 8.800 26.4010 二次冷水泵 端吸 655t,50.3m 5 112 560 15.400 77.0011 用戶(hù)冷水泵(1) 端吸 510t, 32.3m 1 

13、74.6 74.6 11.500 11.5012 用戶(hù)冷水泵(2) 端吸 560t, 34.1m 1 93.25 93.25 11.500 11.5013 用戶(hù)冷水泵(3) 端吸 520t, 32.3m 1 93.25 93.25 11.500 11.5014 用戶(hù)冷水泵(4) 端吸 485t, 24.1m 1 55.95 55.95 1

14、1.500 11.5015 用戶(hù)板換(1) Alfa  Q=6164Kw 1   0 43.400 43.4016 用戶(hù)板換(2)  Q=5790Kw 1   0 42.560 42.5617 用戶(hù)板換(3)  Q=6294Kw 2   0 44.890 89.7818 定壓罐   2   

15、;0 1.000 2.0019 乙二醇補(bǔ)水泵 立式 10t, 50m 2 3 6 1.2820 2.5620 油冷卻泵 內(nèi)嵌式 34t, 18.3m 3 3.73 11.19 5.800 17.4021 冷卻水過(guò)濾泵 端吸 218t, 18.3m 1 18.7 18.7 4.300 4.3022 冷水過(guò)濾泵 端吸

16、60;136t, 18.3m 1 11.2 11.2 3.600 3.6023 乙二醇  濃度100% 80   0 0.800 64.0024 蓄冰槽體 混凝土 包括保溫、防水 3   0 65.000 195.0025 機(jī)房土建   3300   0 0.027 89.1426 自控系統(tǒng)

17、0;  1 1 1 300.000 300.0027 變配電系統(tǒng)   1   7690.94 0.035 269.1828 機(jī)房施工安裝費(fèi)  包括設(shè)備，管道，閥門(mén)        1041.0029            30 合 計(jì)     

18、0;7690.94   9017.574.2 外融冰系統(tǒng)(見(jiàn)表2)表2 蓄冰制冷(外融冰)機(jī)房主要設(shè)備清單 序號(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 型號(hào) 主要性能 數(shù)量 單臺(tái)功率Kw 總功率Kw 單 價(jià)(萬(wàn)元) 總 價(jià)(萬(wàn)元)1 基載主機(jī) 離心 制冷量2000USrt 1 1289 1289 586.000 586.002 雙工況主機(jī) 螺桿 制冷量1000USrt 6 660 39

19、60 258.000 1548.003 蓄冰裝置 BAC TSC-1020S,Q=1020USrtH 10   0 50.800 508.004 蓄冰裝置 BAC TSC-918S,Q=918USrtH 20   0 45.720 914.405 冷卻塔 橫流 處理水量800t 8 22.5 180 36.400 291.206 

20、;基載冷卻泵 雙吸 1410t, 33.5m 1 149.2 149.2 28.050 28.057 冷卻水泵 端吸 720t, 32m 6 90 540 13.500 81.008 基載冷水泵 端吸 780t, 16.8m 1 56 56 8.300 8.309 冷水泵 端吸 655t, 57m 5 160 

21、;800 16.500 82.5010 乙二醇泵 端吸 665t, 32m 6 90 540 11.000 66.0011 用戶(hù)冷水泵(1) 端吸 510t, 32.3m 1 74.6 74.6 11.500 11.5012 用戶(hù)冷水泵(2) 端吸 560t, 34.1m 1 93.25 93.25 11.500 11.5013 

22、;用戶(hù)冷水泵(3) 端吸 520t, 32.3m 1 93.25 93.25 11.500 11.5014 用戶(hù)冷水泵(4) 端吸 485t, 24.1m 1 55.95 55.95 11.500 11.5015 制冷板換   Q=3700Kw 6   0 72.600 435.6016 用戶(hù)板換(1)  Q=6164Kw 1&

23、#160;  0 43.400 43.4017 用戶(hù)板換(2)  Q=5790Kw 1   0 42.560 42.5618 用戶(hù)板換(3)  Q=6294Kw 2   0 44.890 89.7819 定壓罐   2   0 1.000 2.0020 乙二醇補(bǔ)水泵 立式 10t, 50m 

24、;2 3 6 1.2820 2.5621 冷卻水過(guò)濾泵 端吸 218t, 18.3m 1 18.7 18.7 4.3000 4.3022 冷水過(guò)濾泵 端吸 136t, 18.3m 1 11.2 11.2 3.6000 3.6023 乙二醇 京東方 濃度100% 80   0 0.800 64.0024 蓄冰槽

25、體 混凝土 包括保溫、防水 3   0 65.000 195.0025 機(jī)房土建   3300   0 0.027 89.1026 自控系統(tǒng)   1 1 1 250.000 250.0027 變配電系統(tǒng)   1   7868.15 0.035 275.3928 機(jī)房施工安裝費(fèi)&#

26、160; 包括設(shè)備，管道，閥門(mén)        1041.0029            30 合 計(jì)      7868.15   6697.745 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)根據(jù)雙蒸發(fā)器外融冰（璦瑪斯設(shè)計(jì)）系統(tǒng)，得出經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：系統(tǒng)總投資9017.57萬(wàn)元，其中設(shè)備費(fèi)為7059.25萬(wàn)元；按外融冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)：系統(tǒng)總投資6697.74萬(wàn)元，其中設(shè)備費(fèi)為4783.25萬(wàn)元；可節(jié)省投資2319.63萬(wàn)

27、元，其中設(shè)備費(fèi)節(jié)省2276萬(wàn)元。常規(guī)電制冷系統(tǒng)年運(yùn)行電費(fèi)1719.76萬(wàn)元，冰蓄冷系統(tǒng)年運(yùn)行電費(fèi)1402.34萬(wàn)元，冰蓄冷每年可節(jié)省電費(fèi)364.32萬(wàn)元，天然冷源每年冬季還可節(jié)省85.6萬(wàn)元（相當(dāng)于冰蓄冷系統(tǒng)的27）；兩項(xiàng)節(jié)省運(yùn)行電費(fèi)按25年計(jì)，分別為7935.5萬(wàn)元和2140萬(wàn)元。設(shè)計(jì)日移高峰電量10028kWh，移平峰電量13660kWh。冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)年運(yùn)行分析和年運(yùn)行電費(fèi)統(tǒng)計(jì)請(qǐng)見(jiàn)表3。表3 設(shè)計(jì)日節(jié)電費(fèi)統(tǒng)計(jì)表 時(shí)間 總冷負(fù)荷 基載制冷 主機(jī)制冷量 (USrt) 蓄冰槽 (USrt) 節(jié)省電費(fèi) 常規(guī)電費(fèi)  USrt&#

28、160;USrt 制冰量 制冷量 儲(chǔ)冰量 融冰量 元 元0:00 1201 1201 4600   10360   1720.4 297.21:00 1201 1201 4500   14840   1683.0 297.22:00 739 739 4400   19220   1645.6 182

29、.93:00 739 739 4300   23500   1608.2 182.94:00 739 739 2700   26180   1009.8 182.95:00 1403 1403 2380   28540   890.1 347.26:00 4901 2000 0 2901 28560 

30、;  0.0 1213.07:00 6420 2000   4200 28320 220 -119.4 3484.18:00 7881 2000   4200 26619 1681 -1441.8 6759.59:00 8541 2000   4200 24258 2341 -2007.9 7325.610:00 9139

31、60;2000   6300 23399 839 -719.6 7838.511:00 9600 2000   6300 22079 1300 -1115.0 8233.912:00 10199 2000   6300 20160 1899 -1030.6 5535.013:00 10660 2000   6300 17780 2360 -1280.8 5785.214:00 12000 2000   6300 14060