下某國際金融中心冰蓄冷系統(tǒng)建筑于節(jié)能案例

［下］國際金融中心冰蓄冷系統(tǒng)建筑于節(jié)能案例系統(tǒng)運(yùn)行模式的控制

儲(chǔ)冰制冷系統(tǒng)的運(yùn)行模式通常有三種：主機(jī)優(yōu)先，融冰優(yōu)先，優(yōu)化控制。其中，融冰由現(xiàn)在負(fù)荷猜測技術(shù)成熟后不再采用。系統(tǒng)運(yùn)行模式的控制必須結(jié)合優(yōu)化控制軟件，根據(jù)優(yōu)化軟件的判定結(jié)果調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

主機(jī)優(yōu)先：在設(shè)計(jì)日工況下，采用主機(jī)優(yōu)先的模式，冷負(fù)荷高峰時(shí)段內(nèi)主機(jī)的容量不能滿足冷負(fù)荷需求，通過融冰來補(bǔ)充能量。這時(shí)主機(jī)在空調(diào)制冷工況下運(yùn)行，滿足部分冷負(fù)荷的需要，其他的冷負(fù)荷有融冰滿足。

優(yōu)化控制：優(yōu)化控制的目標(biāo)就是把有限的蓄冰量用在電價(jià)最高的時(shí)候，但在一天必須把前一天夜間的制冰量用完。當(dāng)空調(diào)負(fù)荷減小到某一數(shù)值時(shí)，當(dāng)建筑負(fù)荷相對較大，儲(chǔ)冰空調(diào)系統(tǒng)按優(yōu)化控制方式進(jìn)行，控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)天的猜測性負(fù)荷圖來決定當(dāng)天的運(yùn)行策略，即每小時(shí)主機(jī)和融冰各自所承擔(dān)的負(fù)荷如何分配，盡量不開主機(jī)，假如主機(jī)需要開啟，則力求使主機(jī)處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)當(dāng)天冰必須能全部用完;同時(shí)以末端空調(diào)冷負(fù)荷、主機(jī)的出口溫度、主機(jī)的部分負(fù)荷性能指標(biāo)、電力高峰平峰時(shí)段分布來決定當(dāng)天的那一時(shí)段開啟或關(guān)閉部分制冷主機(jī)，使主機(jī)的耗電量與水泵的總耗電量達(dá)到最小。

當(dāng)系統(tǒng)尚不能全融冰供冷即必須開啟一臺(tái)或多臺(tái)主機(jī)補(bǔ)充冷量時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)測出的末端負(fù)荷，判定出主機(jī)開啟的最少臺(tái)數(shù)，使必須運(yùn)行的主機(jī)盡可能在高負(fù)荷率下工作，提高整個(gè)系統(tǒng)的功率。避免所有主機(jī)都在低負(fù)載率下以很低的效率運(yùn)行，造成系統(tǒng)效率降低。

板換的防凍保護(hù)

板換凍結(jié)的原因是系統(tǒng)處于制冰供況時(shí)，板換乙二醇側(cè)的閥門關(guān)閉不嚴(yán)，低溫的乙二醇溶液流經(jīng)板換，而水側(cè)處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以水就會(huì)有結(jié)冰的可能。

首先，電動(dòng)閥門要選用高質(zhì)量緊密關(guān)閉型的閥門，在系統(tǒng)制冰時(shí)，板換乙二醇側(cè)的閥門處于緊密關(guān)閉狀態(tài)。其次，在每臺(tái)板換的乙二醇的進(jìn)口處安裝溫度傳感器，當(dāng)溫度傳器檢測到乙二醇進(jìn)口的溫度為1℃時(shí)，開啟板換所對應(yīng)的冷凍水泵。在系統(tǒng)制冰時(shí)同時(shí)供冷，則檢測到板換出口溫度為1℃時(shí)發(fā)出警信號。

六、蓄冷空調(diào)方案的選擇：

1.目前空調(diào)蓄冰的方式很多，主要的有冰盤式、冰球式。本工程采用簡便、可靠、性能良好的法國CIAT冰球。它將封閉在一定外形的塑料容器內(nèi)的液體制成固態(tài)冰的裝置。其外形為球形，浸在布滿乙二醇溶液的貯槽內(nèi)，冰球內(nèi)的溶液隨著乙二醇的溫度變化結(jié)冰或融冰。本工程采用的冰球，球殼厚2mm，直徑98mm，每m3有效冰球數(shù)1221個(gè)，潛熱133.4KJ/個(gè)。

2.整個(gè)蓄冰系統(tǒng)由布滿冰球的貯冰槽組成，承壓為0.035Mpa;整個(gè)系統(tǒng)為開式系統(tǒng)。由系統(tǒng)的6真正做到節(jié)約運(yùn)行成本，同時(shí)還應(yīng)注重系統(tǒng)運(yùn)行控制的正確方法，應(yīng)注重以下問題：

①據(jù)用戶冷負(fù)荷的需求，按電費(fèi)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，自動(dòng)設(shè)置蓄冷系統(tǒng)最佳的運(yùn)行方式，降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用;

②充分利用蓄冷裝置的容量，當(dāng)日應(yīng)盡量把所蓄冷量用盡，以發(fā)揮夜間機(jī)組制冷的能力，減少白天運(yùn)行的容量。

③自動(dòng)檢測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保障冰蓄冷系統(tǒng)主要設(shè)備正常、安全運(yùn)行、自動(dòng)記錄系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)，顯示系統(tǒng)運(yùn)行流程圖和打印系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)表。

七、工程設(shè)計(jì)施工中應(yīng)注重的問題及特點(diǎn)：

1.蓄冰槽容量不宜過大，會(huì)使蓄冰槽因自重變形，必須增加槽的壁厚以及進(jìn)行加固，還會(huì)給制作安裝和運(yùn)輸帶來困難，同時(shí)也增加了費(fèi)用。在蓄冰槽的擴(kuò)散管的排布上，會(huì)因擴(kuò)散管的排布過密而浪費(fèi)大量的空間，還會(huì)影響凍冰及融冰的效果。

2.冷凍站通常位于大廈的地下部分，而地下部分又往往是停車庫、站房、辦公集中的部位;使用面積非常緊張、造價(jià)昂貴;在蓄冰槽的設(shè)置及排布上應(yīng)盡量使用可利用的空間位置。

3.乙二醇溶液100%的價(jià)格大約是7100元/噸，價(jià)格昂貴。在系統(tǒng)中，假如因?yàn)闄z修或系統(tǒng)滲漏會(huì)造成很大的不必要的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)對環(huán)境造成污染。在施工中，管道及設(shè)備用設(shè)立牢固的支、吊架，同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的嚴(yán)密性試驗(yàn)。假如有可能在乙二醇溶液充注前進(jìn)行水溶液的試運(yùn)轉(zhuǎn)，觀察整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況;及自控系統(tǒng)的測點(diǎn)及電動(dòng)閥門的動(dòng)作配合。

4.蓄冰槽在安裝過程中，槽與下面的支撐必須進(jìn)行隔冷處理，以免局部形成冷橋，槽的本體必須進(jìn)行絕熱保溫設(shè)計(jì)以減少冷損失。乙二醇溶液在蓄冰過程中通常在-2.19℃/-5.56℃范圍內(nèi)，與四周環(huán)境的溫差大;假如隔熱效果不好，在平時(shí)的運(yùn)行中會(huì)造成非常大的浪費(fèi)。所以蓄冰槽的本體的保溫厚度應(yīng)大于標(biāo)準(zhǔn)工況的冷凍水的保溫厚度，保溫層應(yīng)嚴(yán)密盡量減少冷損失。

5.蓄冰槽無論是立槽還是臥槽在設(shè)計(jì)中必須考慮載冷劑的分配均勻性。在槽的入口和出口設(shè)均流管。本工程采用了DN200擴(kuò)散管，均流管供、回各一根，在系統(tǒng)凍冰及融冰過程中流向相反。將載冷溶液均勻有效地傳給槽內(nèi)蓄冰球。

6.在蓄冰槽的設(shè)計(jì)中還考慮人孔以便填充球，在填充蓄冰球時(shí)，對高于2M的臥槽或立槽，應(yīng)預(yù)先在槽中充入1/3槽的水以減少填球時(shí)的沖擊使球均勻地填充;同時(shí)水不宜過多，不利于冰球填滿整個(gè)冰槽;槽的底部設(shè)卸球孔，也可作排污用。

7.在冰蓄冷系統(tǒng)流程中系統(tǒng)與用戶的聯(lián)接方式有直接連接和間接連接。本工程在設(shè)計(jì)中采用了間接連接，乙二醇溶液僅限于在制冷機(jī)房內(nèi)循環(huán);外部空調(diào)水系統(tǒng)仍是水系統(tǒng)。這種做法有兩個(gè)好處：

A、乙二醇溶液僅限于制冷機(jī)房用，用量少;

B、減少在大樓內(nèi)部存在因檢修和維護(hù)造成乙二醇溶液泄漏的問題。

C、尤其是高層建筑能起到隔斷高層建筑冷水系統(tǒng)靜壓以保護(hù)空調(diào)制冷主機(jī);提高蓄冰系統(tǒng)安全系數(shù)，減少乙二醇溶液泄漏概率;減少設(shè)備及閥部件承壓稀疏的作用。其代價(jià)僅僅是增加了一臺(tái)熱交換器。

8.本工程采用了部分蓄冰的控制策略而且是制冷機(jī)優(yōu)先，這樣制冷主機(jī)的容量可以大大減少，同時(shí)也減少了電力增容費(fèi)，在負(fù)荷較低時(shí)盡量利用所蓄的冰。

9.在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮到：乙二醇溶液受球內(nèi)介質(zhì)相變時(shí)的影響而體積膨脹，在系統(tǒng)中他的相變膨脹量是2%～9%。為此系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置膨脹水箱，而且還設(shè)置了溶液補(bǔ)給箱作為膨脹水箱外的溢流箱。在系統(tǒng)虧液或濃度降低時(shí)進(jìn)行補(bǔ)液。

設(shè)置溶液補(bǔ)給箱有以下作用：

①既可方便地給系統(tǒng)補(bǔ)充乙二醇溶液，又便于檢查乙二醇溶液濃度。

②當(dāng)蓄冰球相變時(shí)，體積膨脹使膨脹箱中的溶液容納不下而溢流至補(bǔ)給箱

③在系統(tǒng)檢修或維護(hù)中的補(bǔ)液及乙二醇液體的回收再利用，有利于減少運(yùn)營成本，以環(huán)保要求。

10.蓄冷系統(tǒng)的水處理：乙二醇水溶液系統(tǒng)管路為防止腐蝕，需加防腐劑使鋼管內(nèi)形成保護(hù)膜，防腐劑須符合環(huán)保要求。

11.閥門的選擇上應(yīng)注重的問題：

①電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、開關(guān)閥門的密閉性能應(yīng)嚴(yán)格要求;在整個(gè)系統(tǒng)凍冰及融冰的過程中，乙二醇側(cè)在一定階段內(nèi)會(huì)運(yùn)行在-2.19℃/-5.56℃溫度范圍內(nèi)，在板換的另一側(cè)的冷凍水通常在7℃/12℃運(yùn)行;假如板換的乙二醇側(cè)關(guān)閉不嚴(yán)有泄漏，會(huì)造成板換冷凍水一側(cè)結(jié)冰，凍裂設(shè)備。本工程采用KEYSTONE和SIEMENS的電動(dòng)蝶閥。

②電動(dòng)閥門的兩側(cè)應(yīng)設(shè)置檢修閥、旁通閥;以便系統(tǒng)檢修，和人工手動(dòng)運(yùn)行。

③電動(dòng)閥門必須有方便的手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。

12.設(shè)備投資及運(yùn)行比較：

比較結(jié)果：

①冰蓄冷系統(tǒng)冷凍站房初投資1531萬元，常規(guī)空調(diào)工況冷凍站房初投資1300萬元;

②采用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)可以節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用136萬元/年;

③以空調(diào)設(shè)備運(yùn)行年限20年計(jì)，蓄冰系統(tǒng)共可節(jié)約2720萬元;經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^;

④系統(tǒng)的工作壓力和溫度較低，安全可靠。機(jī)組采用智能控制，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，無須專人值守，便于治理;

⑤采用蓄冰系統(tǒng)削峰填谷，可避免變壓器夜間空載運(yùn)行，減少不必要的損失;

⑥隨著國家電力政策對削峰填谷的進(jìn)一步傾斜，鼓勵(lì)用戶使用蓄冷空調(diào)技術(shù)，電力部門將采取一系列的優(yōu)惠政策，用戶將獲得更大的投資收益;

⑦蓄冰系統(tǒng)作為相對獨(dú)立的冷源，增加了集中空調(diào)系統(tǒng)的可靠性。

13.運(yùn)行治理：

①乙二醇溶液的濃度的監(jiān)測：乙二醇系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，乙二醇溶液會(huì)有部分變質(zhì)和揮發(fā)。使乙二醇溶液的濃度降低，凝固點(diǎn)溫度提高;無法保證冷水機(jī)組的防凍保護(hù)。在系統(tǒng)運(yùn)行中要求治理人員定期檢測乙二醇濃度的變化，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。主要觀測點(diǎn)：

1、冷水機(jī)組出口處;

2、板換乙二醇側(cè)出水口;

3、蓄冰槽的泄水口;

4、水泵的進(jìn)水口。

②板換的冰凍保護(hù)：在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測板換冷凍水側(cè)的運(yùn)行情況。如發(fā)現(xiàn)水流速度過低，水流進(jìn)出口壓差異常;出口溫度過低;因及時(shí)進(jìn)行檢查。以防止由于水溫過低;發(fā)生板換冷凍水側(cè)的凍結(jié)，從而損壞設(shè)備。

③冰球的保護(hù)：在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由于冰球完全封閉在槽體內(nèi)。只能通過檢測參數(shù)了解運(yùn)行情況;無法直觀進(jìn)行監(jiān)測。一旦冰球損壞，封裝液體進(jìn)入乙二醇溶液;將嚴(yán)重降低抗凍能力。依靠簡單的乙二醇補(bǔ)充是無法彌補(bǔ)的。所以在冰球的灌裝中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程;保證冰球的完好率。在冰球的選擇上，應(yīng)考慮到冰球的使用壽命及強(qiáng)度。

八、結(jié)論：

1.轉(zhuǎn)移制冷機(jī)組用電時(shí)間，起到了轉(zhuǎn)移電力高峰期用電負(fù)荷的作用，制冷機(jī)組在夜間電力低谷時(shí)段運(yùn)行儲(chǔ)存冷量，白天用電高峰時(shí)段用儲(chǔ)存的冷量來供給全部或部分空調(diào)負(fù)荷，少開或不開冷機(jī)。

2.空調(diào)蓄冷系統(tǒng)的制冷設(shè)備容量和裝設(shè)功率，小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)。一般可減少30%～50%。

3.空調(diào)蓄冷系統(tǒng)的一次投資比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要高。假如計(jì)入供電增容