京信大廈水蓄冷系統(tǒng)

1、京信大廈水蓄冷系統(tǒng)hilledaterstragesystefrtheJingxinBuilding提要介紹了京信大廈由消防水池改造的水蓄冷系統(tǒng)，并結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析了蓄冷池在各種運(yùn)行工況下的熱工性能，認(rèn)為利用消防水池兼作水蓄冷，可以節(jié)約初投資和運(yùn)行費(fèi)，指出了水蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工中應(yīng)注意的問題。關(guān)鍵詞水蓄冷系統(tǒng)性能分析設(shè)計(jì)施工AbstratIntrduestheatertheralsystefrthebuilding.Analysesitstheralprpertiesindifferentrknditinsiththedataeasurednsite.Hldsthatthefirestrag

2、etankanalsserveasahilledaterplstreduebththefirststandperatinsts.Pintsuttheprbleshihshuldbentedindesignandinstallatinfthesyste.Keyrdshilledaterstragesysteprpertyanalysisdesigninstallatin1概述水蓄冷系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以充分利用各種蓄水池如消防水池，不一定期要單獨(dú)設(shè)置專用的蓄冷裝置；制冷機(jī)的蓄冷過程中接近正?？照{(diào)工況，不用改變制冷機(jī)的工作條件，可以保持制冷機(jī)的高效率運(yùn)行；直接取冷，取冷快，不像冰蓄冷系統(tǒng)對(duì)取冷功率

3、有較大的限制。尤其對(duì)已有蓄水池的場所，水蓄冷初投資可以大為減少，很適用于改造和擴(kuò)建工程。京信大廈的水蓄冷系統(tǒng)就是這樣運(yùn)作的一個(gè)典型工程工程。本文介紹了京信大廈利用消防水池改造的水蓄冷系統(tǒng)，并對(duì)各種運(yùn)行參數(shù)曲線進(jìn)展了分析，然后結(jié)合試運(yùn)行的數(shù)據(jù)，提出了水蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工中應(yīng)注意的問題。京信大廈是位于北京市三元東橋附近的一幢寫字樓，于1990年投入使用。因擴(kuò)建賓館8層，需增加空調(diào)負(fù)荷，而原有冷水機(jī)組出力缺乏，不能滿足空調(diào)制冷要求，需增加制冷才能700k。為節(jié)約初投資和運(yùn)行費(fèi)，并促進(jìn)北京市分時(shí)電價(jià)政策的執(zhí)行，我們采用原有有效容積8003的消防水池兼作蓄冷池。估計(jì)蓄冷量為5600k按蓄冷溫差6考慮，考

4、慮水蓄冷投入時(shí)間的平均負(fù)荷系數(shù)為0.8，那么相應(yīng)可供使用的時(shí)間為10h。工程建立于1995年9月底完成，經(jīng)過試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)根本到達(dá)設(shè)計(jì)要求。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制水池平面圖見圖1。圖1為了不破壞水池的構(gòu)造，防止引起水滲漏，影響原水池的功能，本工程利用了原有通過水池壁引出的管段。為了充分利用已有的不規(guī)那么水池進(jìn)展高效率的蓄冷，設(shè)計(jì)中認(rèn)真做了阻力平衡計(jì)算，盡量使通過各水池的流量均勻。針對(duì)原水池形狀不規(guī)那么，池底、池壁根本沒有保溫的情況，我們通過數(shù)值計(jì)算和模擬計(jì)算對(duì)各種可行方案進(jìn)展仔細(xì)分析，得出了合理的布管形式和噴嘴流速，對(duì)各水池安排了不同管徑、不同開孔密度的布水管，以確保在蓄冷、取冷過程中，水池內(nèi)的水溫分

5、層效果。這是保證水蓄冷高效運(yùn)行的關(guān)鍵因素。系統(tǒng)原理見圖2，系統(tǒng)運(yùn)行方式見表1。圖2表1運(yùn)行方式V1V2V3V4V5V6V7V8V9V10P1P2P3P4蓄冷取冷調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)常規(guī)夜間蓄冷：原空調(diào)系統(tǒng)中供高區(qū)的制冷機(jī)在夜間不用工作，可以用于水池蓄冷，制冷機(jī)型號(hào)為FL2-1000A國產(chǎn)。根據(jù)以往運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，機(jī)組空調(diào)工況實(shí)際出力僅為80%左右，即實(shí)際制冷量約為930k。白天取冷：原空調(diào)系統(tǒng)中低區(qū)供冷缺乏，當(dāng)全樓冷負(fù)荷即將進(jìn)入頂峰時(shí)約11：0，將賓館冷水系統(tǒng)完全切換，改從水池中冷水，隨著天氣變化，當(dāng)冷負(fù)荷降低時(shí)，可以充分利用低價(jià)電蓄積的冷量，而少開一臺(tái)冷凍機(jī)，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。不管蓄冷或取冷，通過

6、水池都將形成開式系統(tǒng)，而常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)是閉式系統(tǒng)。因此為了保證蓄冷泵與取冷泵的平安，不倒空，各個(gè)閥門不內(nèi)漏，并能承受系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的水壓，設(shè)計(jì)時(shí)選取了耐高壓差的電動(dòng)閥。在蓄冷池與空調(diào)水系統(tǒng)結(jié)合運(yùn)行時(shí)，為了保證系統(tǒng)內(nèi)充滿水和水連續(xù)流動(dòng)，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)嚴(yán)格控制各個(gè)閥門和水泵的開停順序，并選用適當(dāng)?shù)膲翰顐鞲衅鱽砜刂苹厮y的開度。例如系統(tǒng)從常規(guī)運(yùn)行形式轉(zhuǎn)向取冷形式時(shí)，應(yīng)先切斷V1、V2、V5、V10，然后開啟V8，待各閥門到位后，啟動(dòng)P3，檢測壓力傳感器的信號(hào)。當(dāng)壓力大于25kPa時(shí)，開啟V6并進(jìn)展調(diào)節(jié)，使壓力穩(wěn)定在25kPa。由于系統(tǒng)運(yùn)行形式多、形式轉(zhuǎn)換要求嚴(yán)格，所以采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)邏輯判斷

7、才能按一定的順序和條件開關(guān)水泵、閥門，在閥門不能到達(dá)預(yù)定閥位時(shí)給出故障信號(hào)。為了充分利用水池蓄存的冷量，采用回水溫度作為調(diào)節(jié)混水閥開度的指標(biāo)。一方面可根據(jù)負(fù)荷變化，對(duì)系統(tǒng)起質(zhì)調(diào)節(jié)的作用；另一方面可保持蓄冷完畢時(shí)水池上部水溫較高，為再次蓄冷時(shí)制冷機(jī)的高效率運(yùn)行創(chuàng)造條件。本系統(tǒng)為開式水系統(tǒng)，放工中嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，保證每個(gè)閥門都能關(guān)斷、不發(fā)生內(nèi)漏，使泵的吸入口管道標(biāo)上下于水池程度面，并于吸入管道上安裝排氣管。系統(tǒng)運(yùn)行后未發(fā)生漏水、倒空等問題。3性能分析由于運(yùn)行時(shí)間短，水管路上尚未裝好流量計(jì)，測試時(shí)自控未正式投入使用，只能根據(jù)測試數(shù)據(jù)人工調(diào)節(jié)電動(dòng)閥的開度。且由于本系統(tǒng)利用消防水池蓄冷，不容許水池排空時(shí)間過

8、長，沒有時(shí)間做內(nèi)保溫，原制冷機(jī)低溫保護(hù)溫度偏高6，不能按設(shè)計(jì)工況運(yùn)行。因此，必然帶來一些總是如冷量蓄存缺乏、熱損失過大等缺點(diǎn)。根據(jù)水溫和流量、可以逐時(shí)計(jì)算出冷量：離散化為：式中：Lj-冷量，J；i-i時(shí)刻水流量，kg/s；p-水的定壓比熱容，J/kg；Ti-供回水溫差，；ti-第i時(shí)刻與第i-1時(shí)刻的時(shí)間間隔，s。由于流量計(jì)暫未安裝，蓄冷、取冷流量均根據(jù)水泵性能曲線，按照設(shè)計(jì)狀態(tài)選齲蓄冷流量為300t/h，取冷流量為120t/h，溫度、流量曲線見測試記錄圖。蓄冷溫度曲線見圖3分析圖3蓄冷供回水溫差開場約為4，后期約為2，溫差隨差供回程度均溫差隨著供回程度均溫度的下降而下降。這是由于制冷機(jī)蒸發(fā)溫

9、度下降導(dǎo)致制冷才能下降的正?，F(xiàn)象。從回水溫差小是由于實(shí)際運(yùn)行中采用大流量蓄冷。一般冷凍機(jī)都有低壓保護(hù)，一旦供水溫度到達(dá)設(shè)定值時(shí)本工程機(jī)組設(shè)計(jì)值為6，立即自我保護(hù)、停頓運(yùn)行，即當(dāng)系統(tǒng)回水溫度為11時(shí)制冷機(jī)就會(huì)自動(dòng)停頓運(yùn)行。而此時(shí)的水池蓄冷量未到達(dá)要求，為此需加大蓄冷泵的流量，減小冷凍水的進(jìn)出口溫差，以求能蓄存更多的冷量。所以，采用300t/h流量蓄冷，制冷機(jī)可使用水池回水溫度達(dá)9.3，從而利用水池充分蓄冷。取冷溫度曲線見圖4分析圖4取冷開場時(shí)水溫為8，高于蓄冷完畢時(shí)的6.3。這是由于蓄冷完畢時(shí)為7：00，取冷開場時(shí)為11：00，水池未做保溫，與空氣、土壤發(fā)生傳熱，而且是剛開場運(yùn)行，周圍蓄熱量很大

10、，因此造成冷量損失。取冷供回水溫差校這是由于去年北京地區(qū)天氣涼快，試運(yùn)行時(shí)氣溫低，賓館負(fù)荷小，水池取冷設(shè)計(jì)為質(zhì)調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)混水閥開度，保證回水溫度12，故取冷時(shí)供回水溫度只能根本保持為2，而且為了測試水池的最大取冷量，連續(xù)運(yùn)行了24h。從供回水溫度、水池底部出水溫度可以看出取冷溫度可控性較好，依靠手控操作閥門開度，也能較好地控制混水比例，調(diào)節(jié)需要的供回水溫度。而且水池底部出水溫度低，可以適應(yīng)頂峰冷負(fù)荷的要求。當(dāng)出現(xiàn)冷負(fù)荷頂峰時(shí)，關(guān)小混水閥，可以取出大流量的低溫水，取冷速度快。蓄冷量根本被取出，而冰蓄冷系統(tǒng)由于存在傳熱溫差，局部蓄冷量會(huì)取不出來。冷量曲線見圖5分析圖5制冷機(jī)出力缺乏。大流量蓄冷8

11、h，且蒸發(fā)溫度仍根本為空調(diào)工況，蓄冷量僅為2800J，平均974k。取冷量小于蓄冷量。由于水池未做保溫，這局部冷損失會(huì)隨著運(yùn)行次數(shù)的增多而相應(yīng)減少。4經(jīng)濟(jì)分析41初投資假設(shè)采用增加1臺(tái)700k的制冷機(jī)的方案，設(shè)備總投資約120萬元。每h用電200k包括冷卻系統(tǒng)用電，需繳納用電增容費(fèi)106萬元。水池改造僅需增設(shè)4臺(tái)小水泵，加裝水管、控制系統(tǒng)，投資共50萬元，取冷時(shí)每h增加用電30k取冷泵，原供電系統(tǒng)可以滿足，不需繳納和電增容費(fèi)，故可節(jié)約初投資176萬元。42運(yùn)行費(fèi)電價(jià)構(gòu)造見表2。表2頂峰平峰低谷時(shí)間8:0011:0018:0023:007:008:0011:0018:0023:007:00電費(fèi)0.534元/kh0318元/kh0118元/kh如采用制冷機(jī)直接供冷估計(jì)運(yùn)行16h/d，夜間負(fù)荷小可不開此小機(jī)組，每h用電200k，電費(fèi)為1363.2元/d。采用蓄冷池供冷蓄冷用電400k停開原循環(huán)泵，加開蓄冷泵，電費(fèi)為337.6元/d；取冷用電30k，電費(fèi)同為204.48元/d；總計(jì)582.08元/d。節(jié)約運(yùn)行費(fèi)781.12元/d。年負(fù)荷系數(shù)取為0.6，年供冷時(shí)間取為180d，那么每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)84301元。5結(jié)論從京信大廈水蓄冷系統(tǒng)的初步運(yùn)行情況可以