京信大廈水蓄冷系統(tǒng)

1、京信大廈水蓄冷系統(tǒng)chilled water storage system for the jingxin building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(wèn)題。關(guān)鍵詞 水蓄冷系統(tǒng) 性能分析 設(shè)計(jì) 施工 abstract introduces the water thermal system for the building. analyses its thermal properties in different work condi

2、tions with the data measured on site. holds that the fire storage tank can also serve as a chilled water pool so to reduce both the first cost and operation costs. points out the problems which should be noted in design and installation of the system.keywords chilled water storage system property an

3、alysis design installation1 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(guò)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)取冷功率有較大的限制。尤其對(duì)已有蓄水池的場(chǎng)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)典型工程項(xiàng)目。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)行了分析，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(wèn)題。京信大廈是位于北京市三元東橋

4、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)組出力不足，不能滿足空調(diào)制冷要求，需增加制冷能力700kw。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800m3的消防水池兼作蓄冷池。估計(jì)蓄冷量為5600 kw（按蓄冷溫差6考慮），考慮水蓄冷投入時(shí)間的平均負(fù)荷系數(shù)為0.8，則相應(yīng)可供使用的時(shí)間為10h。工程建設(shè)于1995年9月底完成，經(jīng)過(guò)試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)基本達(dá)到設(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為了不破壞水池的結(jié)構(gòu)，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(guò)水池壁引出的管段。為了充分利用已有的不規(guī)則水池進(jìn)

5、行高效率的蓄冷，設(shè)計(jì)中認(rèn)真做了阻力平衡計(jì)算，盡量使通過(guò)各水池的流量均勻。針對(duì)原水池形狀不規(guī)則，池底、池壁基本沒有保溫的情況，我們通過(guò)數(shù)值計(jì)算和模擬計(jì)算對(duì)各種可行方案進(jìn)行仔細(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(guò)程中，水池內(nèi)的水溫分層效果。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(guó)產(chǎn)）。根據(jù)以往運(yùn)行數(shù)據(jù)

6、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930kw。白天取冷：原空調(diào)系統(tǒng)中低區(qū)供冷不足，當(dāng)全樓冷負(fù)荷即將進(jìn)入高峰時(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)，以取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。不論蓄冷或取冷，通過(guò)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安全，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)聯(lián)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?/p>

7、差傳感器來(lái)控制回水閥的開度。例如系統(tǒng)從常規(guī)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)向取冷模式時(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(cè)壓力傳感器的信號(hào)。當(dāng)壓力大于25kpa時(shí)，開啟v6并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使壓力穩(wěn)定在25kpa。由于系統(tǒng)運(yùn)行模式多、模式轉(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)邏輯判斷能力按一定的順序和條件開關(guān)水泵、閥門，在閥門不能達(dá)到預(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結(jié)束時(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

8、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)高低于水池水平面，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(wèn)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(cè)試時(shí)自控未正式投入使用，只能根據(jù)測(cè)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(guò)長(zhǎng)，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(lái)一些總是如冷量蓄存不足、熱損失過(guò)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：clj-冷量，j；mi-i時(shí)刻水流量，kg/s；cp-水的定壓比熱容，j/（kg ）；ti-供回水溫差，

9、；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)選取。蓄冷流量為300t/h，取冷流量為120 t/h，溫度、流量曲線見測(cè)試記錄圖。蓄冷溫度曲線（見圖3）分析圖3蓄冷供回水溫差開始約為4，后期約為2，溫差隨差供回水平均溫差隨著供回水平均溫度的下降而下降。這是由于制冷機(jī)蒸發(fā)溫度下降導(dǎo)致制冷能力下降的正?，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)，一旦供水溫度達(dá)到設(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)、停止運(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)停止運(yùn)行。而此時(shí)的水池蓄冷量未達(dá)到要求，為此需加

10、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取冷開始時(shí)水溫為8，高于蓄冷結(jié)束時(shí)的6.3。這是由于蓄冷結(jié)束時(shí)為7：00，取冷開始時(shí)為11：00，水池未做保溫，與空氣、土壤發(fā)生傳熱，而且是剛開始運(yùn)行，周圍蓄熱量很大，因而造成冷量損失。取冷供回水溫差小。這是由于去年北京地區(qū)天氣涼爽，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)供回水溫度只能基本保持為2，而且為了測(cè)試水池的最大取冷量，連續(xù)運(yùn)行了24h。從供回水溫度、水

11、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)高峰冷負(fù)荷的要求。當(dāng)出現(xiàn)冷負(fù)荷高峰時(shí)，關(guān)小混水閥，可以取出大流量的低溫水，取冷速度快。蓄冷量基本被取出，而冰蓄冷系統(tǒng)由于存在傳熱溫差，部分蓄冷量會(huì)取不出來(lái)。冷量曲線（見圖5）分析圖5制冷機(jī)出力不足。大流量蓄冷8h，且蒸發(fā)溫度仍基本為空調(diào)工況，蓄冷量?jī)H為2800mj，平均974kw。取冷量小于蓄冷量。由于水池未做保溫，這部分冷損失會(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 初投資若采用增加1臺(tái)700kw的制冷機(jī)的方案，設(shè)備總投資約120萬(wàn)元。每h用電

12、200kw（包括冷卻系統(tǒng)用電），需繳納用電增容費(fèi)106萬(wàn)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(wàn)元，取冷時(shí)每h增加用電30kw（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(wàn)元。42 運(yùn)行費(fèi)電價(jià)結(jié)構(gòu)見表2。表2 高峰平峰低谷時(shí)間8:0011:0018:0023:007:008:0011:0018:00 23:007:00電費(fèi)0.534元/kwh0318元/kwh0118元/kwh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200kw，電費(fèi)為1363.2元/d。采用蓄冷池供冷蓄冷用電400 kw（停開原循環(huán)泵，加開蓄冷泵），電費(fèi)為337.6元/d；取冷用電30kw，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，則每年可節(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