浦東機(jī)場(chǎng)二期能源中心空調(diào)冷凍水系統(tǒng)課件

上海浦東機(jī)場(chǎng)二期能源中心

空調(diào)冷凍水系統(tǒng)

（水蓄冷）介紹

上海浦東機(jī)場(chǎng)二期能源中心

空調(diào)冷凍水系統(tǒng)

（水蓄冷）介紹

1一、概述

上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期工程是一個(gè)綜合性的工程，根據(jù)國(guó)內(nèi)外大型機(jī)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，能耗最大的是空調(diào)系統(tǒng)、照明配電等。因此，針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中的超大型集中冷熱源站房（能源中心），如何采取有效的節(jié)能方法和降低運(yùn)行費(fèi)用，也是機(jī)場(chǎng)諸多節(jié)能措施中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。本項(xiàng)目通過(guò)科學(xué)論證和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，成功地將超大型水蓄冷空調(diào)技術(shù)應(yīng)用于浦東機(jī)場(chǎng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過(guò)建立計(jì)算機(jī)模型，優(yōu)化了蓄冷罐的罐體以及布水器的設(shè)計(jì)。同時(shí)，根據(jù)對(duì)機(jī)場(chǎng)的空調(diào)負(fù)荷分析，利用BA控制系統(tǒng)，建立合理、可靠的運(yùn)行策略，進(jìn)一步達(dá)到節(jié)約運(yùn)行能耗和運(yùn)行費(fèi)用的目的。該水蓄冷系統(tǒng)于2007年建成并投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)2007~2008年的系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行，取得了預(yù)期的節(jié)能以及大幅度降低運(yùn)行費(fèi)用的效果。一、概述上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期工2二、浦東機(jī)場(chǎng)空調(diào)負(fù)荷分析2.1氣候特征上海位于北緯31.17度，東經(jīng)121.43度。上海屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，日照充分，氣候溫和濕潤(rùn)。上海的春、秋季節(jié)較短，冬、夏季節(jié)較長(zhǎng)。夏季受東南溫暖及潮濕的季候風(fēng)影響而炎熱。秋季天氣清爽，空氣溫暖濕潤(rùn)，是全年最佳季節(jié)。冬季寒冷而干燥。全年平均氣溫為16度。最熱月份(即七月及八月)及最冷月份(即一月)的平均溫度分別為28度及4度，其中七月及八月最高干球溫度近乎38度。七月初是江南的梅雨季節(jié)多雨、潮濕、悶熱。二、浦東機(jī)場(chǎng)空調(diào)負(fù)荷分析2.1氣候特征3圖2-1 上海市年平均干球溫度分布圖圖2-1 上海市年平均干球溫度分布圖42.2日照

上海日照充足，太陽(yáng)輻射最高的季節(jié)為春、夏季，最高輻射量可達(dá)900W/m2。其他季節(jié)平均輻射量也可達(dá)600～700W/m2。2.2日照52.3空調(diào)負(fù)荷分析機(jī)場(chǎng)二期工程的冷源和熱源由能源中心提供。二期能源中心供冷供熱的服務(wù)面積為62萬(wàn)㎡，其中近期為T(mén)2航站樓49萬(wàn)㎡，交通中心3萬(wàn)㎡，遠(yuǎn)期為T(mén)3航站樓10萬(wàn)㎡。設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷如下表2-1：2.3空調(diào)負(fù)荷分析6表2-1能源中心供冷供熱負(fù)荷

夏季冷負(fù)荷(kW)冬季熱負(fù)荷(kW)T2航站樓8016047153交通中心56263512T3航站樓2109612600空調(diào)冷負(fù)荷的設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷分布如下圖：表2-1能源中心供冷供熱負(fù)荷夏季冷負(fù)荷(kW)冬季7圖2-3100%設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷圖從圖2-3中可以看出，負(fù)荷高峰集中在9：00～22：00之間，即空調(diào)冷負(fù)荷高峰出現(xiàn)的時(shí)間正處于用電高峰時(shí)間內(nèi)。因此采用蓄冷空調(diào)技術(shù)，既可以起到電力削峰填谷的作用，又能大幅度降低空調(diào)冷源的運(yùn)行費(fèi)用。圖2-3100%設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷圖從圖2-3中8三、不同制冷方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

根據(jù)對(duì)上海浦東機(jī)場(chǎng)一期空調(diào)實(shí)際運(yùn)行情況的分析，得出其二期的空調(diào)負(fù)荷的大致分布情況（見(jiàn)表3-1）。本項(xiàng)目對(duì)上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期能源中心采用常規(guī)電制冷、冰蓄冷和水蓄冷等三種方案進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。當(dāng)蓄冷率為17%時(shí)，電制冷、冰蓄冷、水蓄冷系統(tǒng)的機(jī)房設(shè)備投資以及運(yùn)行費(fèi)用見(jiàn)表3-2。浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)可享受0.229元/度的夜間低谷電價(jià)，為峰值電價(jià)的23％。三、不同制冷方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較根據(jù)對(duì)上海浦東9表3-1負(fù)荷分布情況負(fù)荷分布100%75%50%25%總計(jì)天數(shù)24606036180表3-1負(fù)荷分布情況負(fù)荷分布100%710表3-2采用17％的蓄冷量的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析比較（萬(wàn)元）內(nèi)容冰蓄冷水蓄冷常規(guī)電制冷備注制冷機(jī)組容量（RT）183201900024700功率因素：0.85b.配電設(shè)施費(fèi)：800元/KVAc.基本電費(fèi)：30元/kW.月D．年運(yùn)行天數(shù)：180天機(jī)房設(shè)備用電功率（kW）186301826523212機(jī)房設(shè)備配電容量（KVA）219182148827308說(shuō)明1一次投資機(jī)房設(shè)備概算14296.49123.39015.8機(jī)房配電設(shè)施費(fèi)1753.417192184.6說(shuō)明2合計(jì)160501084211200年使用費(fèi)基本電費(fèi)671658836說(shuō)明3機(jī)房運(yùn)行電費(fèi)199917792428機(jī)房維護(hù)費(fèi)用約100約80約80合計(jì)277025173344表3-2采用17％的蓄冷量的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析比11由上表可以看出：水蓄冷初投資僅10842萬(wàn)元，低于常規(guī)電制冷358萬(wàn)元，低于冰蓄冷5208萬(wàn)元，是最節(jié)省投資的方案。水蓄冷設(shè)備配電容量最低。年使用費(fèi)（未計(jì)折舊費(fèi)）也是水蓄冷最省，低于常規(guī)電制冷827萬(wàn)元，低于冰蓄冷253萬(wàn)元。水蓄冷罐占地約1120m2。通過(guò)常規(guī)電制冷、冰蓄冷、水蓄冷三種供冷方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，可以得出采用以制冷離心式冷水機(jī)組為制冷主體的水蓄冷空調(diào)方式是上海浦東機(jī)場(chǎng)二期能源中心最佳制冷供冷方案的結(jié)論。說(shuō)明1：機(jī)房設(shè)備配電容量為機(jī)房設(shè)備用電功率／功率因素說(shuō)明2：機(jī)房配電設(shè)施費(fèi)為機(jī)房設(shè)備配電容量x800元／kVA說(shuō)明3：基本電費(fèi)為機(jī)房設(shè)備用電功率x12月x30元／月*kW由上表可以看出：說(shuō)明1：機(jī)房設(shè)備配電容量為機(jī)房設(shè)備用電功率／12四、設(shè)備配置和運(yùn)行策率4.1系統(tǒng)配置上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期能源中心水蓄冷系統(tǒng)的機(jī)房主要設(shè)備配置與技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表：四、設(shè)備配置和運(yùn)行策率4.1系統(tǒng)配置13表4-1采用17％的蓄冷量的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的機(jī)房主設(shè)備配置與技術(shù)參數(shù)表序號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量功率（kW）總功率（kW）1常規(guī)離心式冷水機(jī)組空調(diào)制冷量1900RT冷卻水溫度32／38℃冷凍水溫度4／12℃10臺(tái)1359135902冷卻水循環(huán)泵1260m3／h、31.5m、1450rpm11臺(tái)（10用1備）16016003冷凍水一次泵（定流量）760m3／h、22m、1450rpm11臺(tái)（10用1備）757504冷凍水二次泵（變頻控制）2020m3／h、50m、1450rpm6臺(tái)（5用1備）35517755超低噪聲橫流式冷卻塔冷卻水量1200m3／h、冷卻水溫度32／38℃10臺(tái)555506全自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC(含變頻控制、傳感器、電動(dòng)閥等)1套07蓄冷槽蓄冷量29280RTH、實(shí)際容積11600m3、直徑26m、高度22m2個(gè)0表4-1采用17％的蓄冷量的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的機(jī)14

4.2運(yùn)行策率

由于空調(diào)的冷負(fù)荷是隨室外氣溫的變化而變化的，也就是說(shuō)，室外溫度的變化，決定蓄冷量的多少，進(jìn)而確定蓄冷冷水機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量。根據(jù)對(duì)上海氣象資料的分析，制定水蓄冷的運(yùn)行策略圖如圖3-5～圖3-8所示：4.2運(yùn)行策率15圖4-1100％設(shè)計(jì)日水蓄冷空調(diào)運(yùn)行策略圖4-1100％設(shè)計(jì)日水蓄冷空調(diào)運(yùn)行策略16圖4-275％設(shè)計(jì)日水蓄冷空調(diào)運(yùn)行策略圖4-275％設(shè)計(jì)日水蓄冷空調(diào)運(yùn)行策略17圖4-350％設(shè)計(jì)日水蓄冷空調(diào)運(yùn)行策略圖4-350％設(shè)計(jì)日水蓄冷空調(diào)運(yùn)行策略18圖4-425％設(shè)計(jì)日水蓄冷空調(diào)運(yùn)行策略圖4-425％設(shè)計(jì)日水蓄冷空調(diào)運(yùn)行策略19四、超大型水蓄冷技術(shù)簡(jiǎn)介空調(diào)耗電是上海市夏季供電緊張的主要原因之一。為了緩解夏季高峰時(shí)段的供電緊張狀況，采用蓄冷空調(diào)系統(tǒng)對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行削峰填谷，是經(jīng)濟(jì)和有效的方式。蓄冷空調(diào)技術(shù)就是在電力負(fù)荷低的夜間，采用電動(dòng)制冷機(jī)制冷，利用蓄冷介質(zhì)將冷量貯存起來(lái)。在電力負(fù)荷較高的白天或用電高峰期，把貯存的冷量釋放出來(lái)，滿足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)工藝的需要。蓄冷空調(diào)多采用水蓄冷和冰蓄冷方式。水蓄冷系統(tǒng)采用常規(guī)空調(diào)冷水機(jī)組作為制冷設(shè)備，以保溫蓄冷罐（槽）等作為蓄冷設(shè)備?？照{(diào)冷水機(jī)組在用電低谷時(shí)段將4～7℃的冷水蓄存起來(lái)，空調(diào)運(yùn)行時(shí)將冷水抽出使用。水蓄冷的特點(diǎn)是利用價(jià)格低廉、使用方便的水作為蓄冷介質(zhì)，利用水的顯熱進(jìn)行冷量?jī)?chǔ)存的。與其他蓄冷空調(diào)系統(tǒng)相比，水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具備以下優(yōu)點(diǎn)：四、超大型水蓄冷技術(shù)簡(jiǎn)介空調(diào)耗電是上海201)設(shè)備的選擇和適用范圍廣，常規(guī)空調(diào)的主機(jī)、水泵、空調(diào)箱以及配管等均能使用。2)適用于常規(guī)供冷系統(tǒng)的擴(kuò)容和改造，可以通過(guò)不增加制冷機(jī)組容量而達(dá)到增加供冷量的目的。用于舊系統(tǒng)改造也十分方便，只需要增設(shè)蓄冷槽，原有的設(shè)備仍然可用，所增加費(fèi)用不多。3)蓄冷、放冷運(yùn)行時(shí)冷凍水溫度相同或基本一致，冷水機(jī)組在這兩種運(yùn)行工況下均能維持額定容量和效率。4)可以利用消防水池、原有蓄水設(shè)施等作為蓄冷容器來(lái)降低初投資。5)可以實(shí)現(xiàn)蓄熱和蓄冷的雙重功能。水蓄冷系統(tǒng)更適宜于采用熱泵系統(tǒng)的地區(qū)，可設(shè)計(jì)為冬季蓄熱、夏季蓄冷，這對(duì)提高水槽的利用率，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。6)設(shè)備及控制方式與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相似，運(yùn)行管理和設(shè)備的維修保養(yǎng)方便，無(wú)需特殊的技術(shù)培訓(xùn)。1)設(shè)備的選擇和適用范圍廣，常規(guī)空調(diào)的主機(jī)、水泵、空21蓄冷罐儲(chǔ)存冷量的大小取決于蓄冷罐儲(chǔ)存冷水的數(shù)量和蓄冷溫差。溫差的維持可通過(guò)降低儲(chǔ)存冷水溫度、提高回水溫度以及防止回流溫水與儲(chǔ)存冷水的混合等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了提高蓄冷水槽的蓄冷能力并滿足供冷時(shí)的負(fù)荷要求，提高水蓄冷系統(tǒng)蓄冷效率，應(yīng)當(dāng)維持盡可能大的蓄冷溫差并防止儲(chǔ)存冷水與回流熱水的混合，為實(shí)現(xiàn)這一目的，概括起來(lái)主要有四種方式：自然分層蓄冷、多罐式蓄冷、迷宮式蓄冷和隔膜式蓄冷。其中尤以自然分層水蓄冷技術(shù)應(yīng)用最為普遍。蓄冷罐儲(chǔ)存冷量的大小取決于蓄冷罐儲(chǔ)存冷水225.1自然分層型水蓄冷技術(shù)水蓄冷技術(shù)的關(guān)鍵在于大溫差、自然分層、均流布水，從而使斜溫層更薄，更穩(wěn)定。溫度分層型水蓄冷是利用水在不同溫度時(shí)密度不同這一特性，依靠密度差使溫水和冷水之間保持分隔。溫度低的水密度大，位于儲(chǔ)槽的下部，溫度高的水密度小，位于儲(chǔ)槽的上部。這樣可以避免冷水和溫水混合造成熱量的損失。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)（二期）能源中心采用了溫度分層型水蓄冷方案。罐內(nèi)溫度分層示意圖如下圖5-1：5.1自然分層型水蓄冷技術(shù)23

圖5-1溫度分層示意圖圖5-1溫度分層示意圖24在自然分層的水蓄冷槽中，斜溫層是一個(gè)影響冷熱分層和蓄冷槽蓄冷效果的重要因素。它是由于冷熱水的導(dǎo)熱作用而形成的一個(gè)冷熱溫度過(guò)渡層。它會(huì)由于通過(guò)該水層的導(dǎo)熱、水與蓄冷槽壁面和沿槽壁的導(dǎo)熱，并隨存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)而增厚，從而減少實(shí)際可用蓄冷水的體積，減少可用蓄冷量。大型水蓄冷的斜溫層厚度一般為1~2m。為了防止水的流入和流出對(duì)存儲(chǔ)冷水的影響，在自然分層蓄冷槽中通過(guò)布水器從槽中取水和向槽中送水，布水器的作用是使水緩慢地流入水槽和從水槽中流出，以盡量減少紊流和擾亂斜溫層。在自然分層的水蓄冷槽中，斜溫層是一個(gè)影響255.2計(jì)算機(jī)仿真研究根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，國(guó)內(nèi)外水蓄冷容積多集中于數(shù)百至數(shù)千立方米，浦東機(jī)場(chǎng)二期工程能源中心采用的水蓄冷罐體積超過(guò)1萬(wàn)立方米，屬超大型水蓄冷，國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例，國(guó)外亦屬罕見(jiàn)。由于缺乏可參照的設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為了保證系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供指導(dǎo)，項(xiàng)目組與同濟(jì)大學(xué)合作，進(jìn)行了水蓄冷罐的仿真研究，并得到了以下主要結(jié)論：5.2計(jì)算機(jī)仿真研究261)原水蓄冷罐設(shè)計(jì)及其運(yùn)行條件可以實(shí)現(xiàn)溫度分層并保證水蓄冷罐的穩(wěn)定運(yùn)行。2)按給定條件運(yùn)行時(shí)，斜溫層初始厚度0.49米，最大厚度2.7米，平均厚度1.6米，占蓄水深度的7%。3)為了減少對(duì)后續(xù)過(guò)程的影響，充冷過(guò)程應(yīng)不少于6.5小時(shí)。釋冷過(guò)程約為5.5小時(shí)，釋冷結(jié)束后建議考慮適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，有效利用殘留斜溫層的冷量，并消除對(duì)后續(xù)過(guò)程的影響。4)斜溫層厚度隨進(jìn)出口溫差增加而增大。在常用的空調(diào)冷水范圍內(nèi)，當(dāng)保持進(jìn)出口溫差不變時(shí)，即使改變進(jìn)出口溫度，也不會(huì)對(duì)斜溫層厚度產(chǎn)生影響。5)由于保溫結(jié)構(gòu)的作用，罐外環(huán)境溫度對(duì)罐內(nèi)冷水的影響控制在距罐壁內(nèi)表面0.12m以內(nèi)的環(huán)狀空間，該空間內(nèi)冷水量約占罐內(nèi)冷水總體積的1%，最大溫升0.6℃，蓄冷量損失約占總蓄冷量的0.65‰。6)無(wú)論充冷過(guò)程或釋冷過(guò)程，進(jìn)入水蓄冷罐的水溫應(yīng)保持恒定，避免因密度差產(chǎn)生浮力擾動(dòng)而引起分層化的破壞。7)根據(jù)Re準(zhǔn)數(shù)的要求，布水口的建議流速為0.03858m/s，最大流速為0.089m/s。1)原水蓄冷罐設(shè)計(jì)及其運(yùn)行條件可以實(shí)現(xiàn)溫度分層并保27六、水蓄冷系統(tǒng)的節(jié)能控制

6.1控制原理水蓄冷控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)制冷主機(jī)、水蓄冷罐、水泵、冷卻塔、管路(閥門(mén))等設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和控制，調(diào)整蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行模式和應(yīng)用工況，在安全和經(jīng)濟(jì)的條件下，滿足空調(diào)末端系統(tǒng)的供冷。根據(jù)測(cè)量參數(shù)和設(shè)定值，合理安排設(shè)備的開(kāi)停順序和適當(dāng)?shù)卮_定設(shè)備的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)“無(wú)人機(jī)房”，即系統(tǒng)操作人員在機(jī)房控制室內(nèi)發(fā)出控制指令，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制器對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備控制。通過(guò)合理的調(diào)節(jié)控制，節(jié)省運(yùn)行能耗，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。六、水蓄冷系統(tǒng)的節(jié)能控制6.1控制原理28水蓄冷系統(tǒng)控制原理如圖6-1：水蓄冷系統(tǒng)控制原理如圖6-1：29

6.2水蓄冷節(jié)能運(yùn)行控制策略水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行流程見(jiàn)下圖6-2：6.2水蓄冷節(jié)能運(yùn)行控制策略30

6.3蓄冷和釋冷過(guò)程控制1)充冷過(guò)程：在最開(kāi)始蓄冷時(shí)，由于冷凍機(jī)不可能在開(kāi)機(jī)后馬上將12℃的水冷卻到4℃（一般為5分鐘），因此進(jìn)入蓄冷罐底部的水是從12℃逐漸降低到4℃。再由于機(jī)組的啟動(dòng)也是逐臺(tái)進(jìn)行（每隔2分鐘開(kāi)一臺(tái)，從開(kāi)始開(kāi)啟第一臺(tái)機(jī)組充冷到所需機(jī)組全部開(kāi)啟并且出水溫度達(dá)到4℃需要大約20分鐘），不同水溫間也會(huì)有傳熱存在，因此在垂直方向形成一個(gè)斜溫層，隨著4℃冷水的增多，斜溫層逐漸上移。斜溫層的存在影響蓄冷效果與冷量，因此有效控制斜溫層的厚度是蓄冷罐溫度分層控制的重要內(nèi)容。理論上全部蓄滿應(yīng)該是在出水溫度達(dá)到4℃時(shí)停止蓄冷，但是為了保證冷凍機(jī)對(duì)最小供回水溫度溫差的要求，同時(shí)也是避免冷凍機(jī)長(zhǎng)期在低負(fù)荷下工作，當(dāng)蓄冷罐出水溫度達(dá)到10℃（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定）時(shí)就必須要停止蓄冷。因此充冷結(jié)束時(shí)，在蓄冷罐頂部就存在一個(gè)4℃到10℃的垂直斜溫層。2)放冷過(guò)程：當(dāng)蓄冷罐放冷時(shí)，底部4℃冷水逐漸放出，頂部的12℃回水不斷注入，原先頂部的斜溫層不斷下降。為了保證設(shè)計(jì)供回水溫度，因此當(dāng)蓄冷罐供水溫度高于4℃時(shí)就必須要停止放冷。因此放冷結(jié)束時(shí)，斜溫層就存在于蓄冷罐底部。6.3蓄冷和釋冷過(guò)程控制313)清零過(guò)程：如果放冷結(jié)束時(shí)蓄冷罐底部存在斜溫層，隨后的充冷過(guò)程中又會(huì)形成新的斜溫層，這樣隨著從放冷次數(shù)的增加，斜溫層厚度也會(huì)約來(lái)越大。為了避免上述情況，因此在放冷結(jié)束階段（蓄冷罐供水溫度4℃），繼續(xù)進(jìn)行放冷使得蓄冷罐底部斜溫層在充冷前盡量減少（清零過(guò)程），一般監(jiān)測(cè)到出水溫度達(dá)到8℃（為了減少因?yàn)榍辶銜r(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致水泵能耗的增加，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定溫度）時(shí)可以停止放冷。在清零過(guò)程這段時(shí)間（大約10分鐘），系統(tǒng)的供水溫度無(wú)法維持自在4℃，與機(jī)組來(lái)的4℃供水混合后大約在6℃左右，偏離了設(shè)計(jì)要求，但是對(duì)于舒適性空調(diào)來(lái)說(shuō)這種波動(dòng)可以接受。這樣，在每次充冷前，蓄冷罐中水的溫度基本保持一致，從而保證充冷過(guò)程斜溫層的厚度在設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)。3)清零過(guò)程：如果放冷結(jié)束時(shí)蓄冷罐底部存在斜溫層，隨32

6.4蓄冷罐冷量控制1)

蓄冷罐中冷量計(jì)算由于設(shè)計(jì)供回水溫為4℃/12℃，因此系統(tǒng)將根據(jù)以下式計(jì)算蓄冷罐內(nèi)的蓄冷量：Q=C·ρ·F·H·dt(6-1)式中Q———蓄冷桶蓄冷量，kJ；C———水的比熱，kJ/kg·℃；ρ———水的密度，kg/m3；F———蓄冷桶垂直于水流方向的橫截面積，m2H———4℃水位最高高度，m；(實(shí)時(shí)監(jiān)視蓄冷罐內(nèi)溫度)dt———供回水溫差，8℃?？梢?jiàn)冷量的計(jì)算關(guān)鍵是如何獲知4℃水位的最高高度，由于在蓄冷罐垂直方向每隔0.5米就布置有一個(gè)溫度傳感器，因此控制系統(tǒng)將不斷計(jì)算相鄰兩個(gè)溫度傳感器的溫差(較高位置的溫度減較低位置的溫度)，如果溫差大于1℃并且較低位置的溫度為4℃，則可以說(shuō)明此時(shí)4℃溫度傳感器對(duì)應(yīng)的高度為上述冷量計(jì)算所需的高度H。斜溫層的冷量不考慮為可用冷量。動(dòng)態(tài)過(guò)程(充冷過(guò)程與放冷過(guò)程)的冷量就是在考量的兩個(gè)時(shí)刻蓄冷罐冷量的變化值，或者通過(guò)監(jiān)測(cè)蓄冷罐管道的流量計(jì)和水溫累計(jì)計(jì)算作為參考。6.4蓄冷罐冷量控制332)冷量的確定如何比較準(zhǔn)確知道所需的充冷、放冷量是合理進(jìn)行水蓄冷控制的前提。在試運(yùn)行階段，需要人為參與對(duì)充冷、放冷量的控制，系統(tǒng)對(duì)每天的運(yùn)行數(shù)據(jù)（蓄冷量、放冷量、機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)等）進(jìn)行記錄，同時(shí)記錄季節(jié)、時(shí)刻、室外溫度、濕度。在自動(dòng)運(yùn)行階段，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)歷史記錄數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)前的季節(jié)、月份、時(shí)間、室外溫濕度預(yù)測(cè)當(dāng)前的負(fù)荷。3)冷量的控制根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，蓄冷罐冷量只占設(shè)計(jì)日負(fù)荷的17％，占設(shè)計(jì)日電價(jià)峰值時(shí)段負(fù)荷的35％。因此，在全年絕大多數(shù)時(shí)間需要將蓄冷罐全部蓄滿冷量?？梢酝ㄟ^(guò)蓄冷罐出水溫度來(lái)判斷蓄冷罐是否蓄滿冷量，如果蓄冷罐出水溫度達(dá)到10℃（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定）就可以認(rèn)為蓄冷罐已經(jīng)蓄滿所需冷水。在特殊情況下不需要將蓄冷罐全部蓄滿時(shí)（全日負(fù)荷小于蓄冷罐蓄冷能力），通過(guò)預(yù)測(cè)得到所需蓄冷量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)溫度變化，當(dāng)達(dá)到所需蓄冷量時(shí)停止充冷。蓄冷罐放冷速度的控制（≤2000m3/h）通過(guò)監(jiān)測(cè)管道上的流量和蓄冷罐進(jìn)出管道上電動(dòng)閥門(mén)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。2)冷量的確定346.5模式流程控制水蓄冷制冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行由冷水機(jī)組與水蓄冷罐共同配合完成。根據(jù)負(fù)荷情況以及電價(jià)情況，將冷水機(jī)組與水蓄冷群控系統(tǒng)分為五種運(yùn)行方式：冷水機(jī)組單獨(dú)供冷、冷水機(jī)組單獨(dú)充冷、水蓄冷罐單獨(dú)供冷、冷水機(jī)組與水蓄冷罐聯(lián)合供冷以及冷水機(jī)組在供冷的同時(shí)為水蓄冷罐充冷。冷水機(jī)組與水蓄冷群控系統(tǒng)可自動(dòng)記錄所有操作當(dāng)日的氣候條件以及逐時(shí)的冷量負(fù)荷，在積累到一定程度以后，冷水機(jī)組與水蓄冷群控系統(tǒng)可對(duì)之前的氣候條件、負(fù)荷情況以及系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，取得一定規(guī)律，并逐漸實(shí)現(xiàn)對(duì)冷水機(jī)組與水蓄冷群控系統(tǒng)運(yùn)行控制進(jìn)行優(yōu)化。水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)示意圖如下圖6-3：6.5模式流程控制35圖6-3水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)示意圖圖6-3水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)示意圖361)冷水機(jī)組單獨(dú)供冷這種模式主要用于電價(jià)平時(shí)段或谷時(shí)段。蓄冷罐的冷量需要在其它時(shí)段使用，冷凍機(jī)提供的冷量又足夠滿足尖峰負(fù)荷的需求；或者出現(xiàn)在蓄冷罐冷量已經(jīng)放完但還需提供末端冷量時(shí)。冷凍機(jī)提供的冷凍水直接被一次水泵、二次水泵輸送至系統(tǒng)末端。冷水機(jī)組與水蓄冷群控系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)定給主機(jī)的出口溫度為4℃，由二次變頻冷凍水泵群控系統(tǒng)控制系統(tǒng)通過(guò)二次變頻冷凍水泵變頻控制器，控制二次泵的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)冷凍水流量，從而按照需要依次開(kāi)啟離心式冷水機(jī)組與相應(yīng)的水泵與冷卻塔，達(dá)到維持空調(diào)系統(tǒng)4℃的供水溫度。1)冷水機(jī)組單獨(dú)供冷372)冷水機(jī)組單獨(dú)充冷一般這種模式出現(xiàn)在電價(jià)谷時(shí)段。當(dāng)末端不需要冷量，時(shí)間程序也指示為主機(jī)單獨(dú)充冷運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入冷水機(jī)組單獨(dú)充冷模式。由于上海電價(jià)政策影響，本項(xiàng)目冷水機(jī)組單獨(dú)充冷的運(yùn)行時(shí)間安排在22:00—6:00。控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤并顯示蓄冷水池的溫度，計(jì)算蓄冷罐的蓄冷量。當(dāng)達(dá)到所需蓄冷量時(shí)逐臺(tái)關(guān)閉冷凍機(jī)組停止充冷。充冷時(shí)蓄冷罐出水溫度低于10℃(可調(diào))時(shí)也要停止充冷機(jī)組。2)冷水機(jī)組單獨(dú)充冷383)水蓄冷罐單獨(dú)供冷這種情況一般用于日間峰時(shí)段和平時(shí)段。當(dāng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況判斷蓄冷罐的放冷量及放冷速率能夠滿足該時(shí)段的全部和尖峰負(fù)荷時(shí)，由水蓄冷罐進(jìn)行單獨(dú)供冷?？刂葡到y(tǒng)設(shè)定冷水機(jī)組停機(jī)，由水蓄冷罐進(jìn)行全量蓄冷供冷工況運(yùn)行。4)冷水機(jī)組與水蓄冷罐聯(lián)合供冷這種模式一般是在夏季負(fù)荷高峰時(shí)期采用，或者制冷機(jī)組制冷速率及蓄冷罐放冷速率都不能單獨(dú)滿足尖峰負(fù)荷需求時(shí)采用。5)冷水機(jī)組在供冷的同時(shí)為水蓄冷罐充冷在電價(jià)谷時(shí)段，冷水機(jī)組在需要的情況下對(duì)末端供冷的同時(shí)，還將部分冷量蓄存在水蓄冷罐中。3)水蓄冷罐單獨(dú)供冷396.6蓄冷罐充冷、放冷與機(jī)組制冷比例控制

蓄冷系統(tǒng)的控制最大的難點(diǎn)在于如何準(zhǔn)確地的判斷運(yùn)行模式以及控制不同時(shí)段制冷機(jī)組和蓄冷罐在總的供冷負(fù)荷中各承擔(dān)多少供冷量。控制系統(tǒng)要盡可能保證蓄冷罐的冷量在電價(jià)峰時(shí)段釋放也即在這些時(shí)段盡量少開(kāi)制冷機(jī)組，但同時(shí)也要避免蓄冷罐中的冷量提前釋放完或者在電價(jià)峰值時(shí)段過(guò)后有大量剩余。在工程實(shí)踐中也要盡量避免冷凍機(jī)組的頻繁啟停(延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命)。根據(jù)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)、室外氣象條件以及運(yùn)行季節(jié)的綜合分析，控制系統(tǒng)可以判斷出全天負(fù)荷處于何種狀況。6.6蓄冷罐充冷、放冷與機(jī)組制冷比例控制40七、設(shè)計(jì)與施工7.1技術(shù)參數(shù)及設(shè)計(jì)優(yōu)化二期工程能源中心水蓄冷系統(tǒng)蓄冷罐結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6-1，依據(jù)國(guó)家石油儲(chǔ)槽設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。蓄冷罐的大小及容量按照設(shè)計(jì)蓄冷量進(jìn)行設(shè)計(jì)，為直徑26m的鋼制直立圓桶罐，高約24m，蓄水深度21.86m，容積11600m3。當(dāng)蓄冷水溫度差為8℃時(shí)，蓄冷量29800RT/h，放冷速率為5000～6000RT/h。槽體為鋼板焊接而成，蓄冷罐頂部和底部各有一套均流布水裝置，分別均勻布置有約5327個(gè)突出的圓柱形布水口，各布水口中心間距339mm。該布水裝置除自重外，在工作時(shí)還會(huì)承受較大的動(dòng)水壓力。為承擔(dān)此荷載，結(jié)構(gòu)在該布水裝置的上下設(shè)計(jì)了兩層水平支架，將其連成整體，并設(shè)計(jì)了環(huán)形桁架作為其支撐，使水平支架的跨距減少一半，整體剛度和穩(wěn)定性顯著增加。在桁架下設(shè)立6根環(huán)向支柱，與罐壁一起承擔(dān)整個(gè)頂部荷載。倒裝法施工時(shí)水平支架又起到加強(qiáng)罐頂及頂圈板的作用；為滿足設(shè)備的布水蓄冷要求，布水各構(gòu)件連接，均采用焊接連接方式，且對(duì)構(gòu)件連接處采用了水密處理。蓄冷槽主體工程做樁基處理,由鋼筋混凝土作為槽體基礎(chǔ)。七、設(shè)計(jì)與施工7.1技術(shù)參數(shù)及設(shè)計(jì)優(yōu)化41圖7-1水蓄冷槽結(jié)構(gòu)示意圖

圖7-1水蓄冷槽結(jié)構(gòu)示意圖427.2防腐和絕熱措施

與普通儲(chǔ)罐相比罐體的絕熱要求高，為滿足絕熱要求采用外保溫，罐壁外敷100mm厚聚氨酯現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡涂層，外部為彩色鋼裝飾薄板。罐底內(nèi)敷10mm瀝青沙，罐頂由靜止空氣隔層保溫。防腐和絕熱施工要求罐內(nèi)壁的厚漿型環(huán)氧樹(shù)脂涂