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1、区域供冷系统在中关村西区的实际应用 - 暖通论文摘要：主要介绍了北京中关村以冰蓄冷为冷源区域供冷系统中一 期工程制冷站的工艺设计，主要设备的选型、构造、技术特点、设 计参数以及外管网设计，对制冰用乙二醇的要求和水处理方案。阐 述设计者在工艺设计中的所采用的先进技术，为使系统运行费用最 为节省所作的努力。关键词：冰蓄冷 外融冰 双蒸发器 双工况1、北京中关村西区项目概况北京中关村西区位于北京市海淀区海定镇，是中关村科技园 的核心区，将建成为中关村高科技产业发展服务的以高科技为特征 的商贸中心区。中关村西区建设实行土地一级开发，前期立项、规 划设计、拆迁安置、与区内的全部市政设施和配套设施（七通一
2、平） 及地下空间开发，由土地一级开发主体北京科技园建设股份有 限公司完成，根据市场需求与市政府确定的产业政策，进行土地招 商。中关村西区总占地面积 51.44 公顷，规划地上建筑面积 100 万平方米，地下建筑总面积约 50 万平方米。西区用地主体功能以金 融资讯、科技贸易、行政办公、科技会展为主，并配有商业、酒店、 文化、康体、娱乐、大型公共绿地等配套公共服务功能。由上述可知，西区建筑的使用特质为商业建筑，多年的研究 分析表明，商业建筑空调系统具有如下特点：（1）空调系统主要在 白天运行，夜间只有小部分系统运行，既白天使用系数高；（2）空调负荷较大，且空调逐时负荷与电力峰谷供应一致；（3）总
3、体负荷 系数低。这样的土地开发运作与建筑规模，这样的空调负荷与系统 运行特点，必然促使一级开发商在区内建设冰蓄冷区域供冷系统， 引进区域供冷系统运营商，共同开发建设经营以冰蓄冷为冷源的区 域供冷系统，为二级开发商提供空调用冷水，二级开发商可节省自 建冷站的投资，节省的冷站面积可供使用或出租，吸引二级开发商。 冰蓄冷利用高峰低谷电力差价使运行费用减少，降低了最大用电容 量费用；区域供冷提高了冷水供应的可靠性和有效性，有利于环境 保护；同时规模效应和低温空调冷冻水的稳定供应保证了与二级开 发商自建冷站的竞争力。中关村西区建设中采用了外融冰式蓄冷的区域供冷技术，为 区内地下空间和地上建筑提供空调冷冻
4、水。制冷站建设采用模块方 式，可按不同开发阶段和冷水需求情况进行建造，利于资金安排， 也能准确地把制冷站设置在最大负荷的建筑物附近，西区计划建两 个外融冰式蓄冷制冷站。两根 DN500 主供回水管附设在易于维护和 管理的地下综合管廊内，主供回水管为环状管网，两个制冷站均与 环状管网相接，每个制冷机房通过环状管网相互联结，这样的系统 则能达到最大的有效性和 360 天 24 小时不间断提供 1.1空调冷冻 水的可靠性。地下空间的商用区与地上各建筑物的换热站与环状管 网相接，13.3的空调回水（二次水）经板式换热器与一次水 1.1 /12.2进行热交换，二次水的供水温度为 2.2，稳定可靠的区域低
5、 温供冷技术，具有保护区内环境、节约能源、节约初期投资、降低运转成本、平衡电网负荷等独特的优点。2、一期工程制冷站的主要设备与工艺设计2.1 根据西区的项目进展情况，先进行一期工程制冷站建设。 冷站设计与建造由北京瑷玛斯区域供冷技术开发有限公司承担，设 计由 Tom.Brady 先生主持。冷站主要设备见表 1，设备性能参数与 工艺设计如下：一期制冷站主要设备 表 1 序号 设备名称与型号 主要参数 数量 总功率KW 1 水冷式离心式冷水机组（基载主机）YK-VHTDJ45DHES 制冷量 2000 冷吨（7034.4KW）输入功率 1289KW 1 7034.4 2 水冷式双工况螺杆式冷水机组
6、 FRICK RWB-856E 冷水工况：制冷量 2130 冷吨（7500KW） 输入功 率 1420KW 2950RPM冷冰工况：制冷量 1634 冷吨（5753KW） 输入功 率 1379KW 2950RPM 3 4260 3 钢筋砼蓄冰池 42（L）x13.4（B ）x4.5（H ）m 1 4 TSC-306S/918STSC-340S 蓄冰盘管 1.076MWH1.195MWH 6030 5 主冷冻水主循环泵ITT Goulds 3410L 10x12-12 流量 829 立方米/小时扬程 18.3 米水柱输入功率 56KW转速 1450 转/分 4 224 6 冷却水循环泵ITT G
7、oulds3410L 12x14-12 流量 1410 立方米/小时扬程 33.5 米水柱输入功率 150KW转速 1450 转/分 4 600 7 冷冻水输送泵ITT Goulds3410L 10x12-12 流量 654 立方米/小时扬程 50.3 米水柱输入功率 112KW转速 1450 转/分 5 560 8 乙二醇输送泵ITT Goulds3410L 10x12-12 流量 1327 立方米/小时扬程 38.1 米水柱输入功率 186KW转速 1450 转/分 3 558 9 冷却塔 BAC 331132AKV 流量 716 立方米/小时输入功率 56KW 8 448 2.2 西区内
8、有昼夜 24 小时的供冷需求，一期夜间谷值负荷 2600KW，预计夜间总负荷不会小于 7034KW，所以设置基载机组 24 小时连续供冷，承担夜间这部分负荷，由于基载机组的 COP 值 较高，所以这样做既节省初投资又可降低运行费用。基载主机制冷 量 2000 冷吨，低谷电价时运行，同时也承担峰值负荷，运行参数如 下：蒸发温度 3.6，冷冻水进出口温度 12.2/4.4，流量 779 立方 米/小时；冷凝温度 35.8，冷却水进出口温度 30/35.3 ，流量 1363 立方米/ 小时立方米/小时。2.3 螺杆式压缩机在低温工况下运行稳定，制冰时 COP 值较 其它型机组高，故在蓄冰系统中较多采
9、用螺杆机。选用的 RWB双 工况双蒸发器螺杆式压缩机是采用最新科技专利技术-采用的可变内 容比技术，使机组内部压缩比随时与系统压速比相匹配，避免过压 缩或欠压缩造成的能量损失，是最可靠最节能的机组，其设计寿命 在设计工况下超过 100000 小时。由压缩机、冷凝器、蒸发器三部分 构成，连接管件厂家附带，现场组装。该机组体积庞大，压缩机运 输重量为 25328 公斤，蒸发器 53110 公斤，冷凝器 23772 公斤，机 组总的运输重量为 102.2 吨，厂内整体组装运输困难。机组承担白天制冷和夜间制冰，运行参数如下：压缩机制冷时制冷量 2130 冷吨， 吸气温度与压力为 4.4和 552Kpa
10、（绝对压力） ，排气温度与压力为 61.8和 1427Kpa （绝对压力） ，蒸发温度 3.6，冷冻水进出口温 度 12.2/4.4，流量 829 立方米/小时； 冷凝温度 35.8，冷凝热量 8887.6KW，冷却水进出口温度 30/35.3，流量 1451 立方米/小时。 制冰时制冷量 1634 冷吨，吸气温度与压力为-4.9和 411Kpa（绝对 压力） ，排气温度与压力为 65.6和 1382Kpa（绝对压力） ，蒸发温 度-5.7，25%乙二醇进出口温度 0/-4，流量 1131 立方米/ 小时； 冷凝器参数与制冷时一致。2.4 钢筋混凝土蓄冰槽占地面积 582 平方米，容积 261
11、9 立方 米，进口三元乙丙防水材料内防水，橡塑保温材料外保温，蓄冰槽 上部设行人马道，供维护与检查。2.5 冷却塔与冰盘管由美国 BAC 公司提供，冷却塔主体结构 为镀锌钢板，防护板壁与进风百叶由抗腐蚀防紫外线的强化玻璃钢 材料制成。动力风机转动系统采用特殊的抗腐蚀材料结构和先进的 工艺制成，确保长期的无故障使用寿命。热交换层由聚氯乙烯 （PVC）制成，利用 BAC 专利的技术制成的带整体挡水板的高效换 热层能保证水与空气最大的接触时间和最小的空气压降，而且能在 较小的风机电耗下确保高效传热，其热力特性均由美国冷却塔学会 （CTI ）按照协会标准进行认证。BAC 的蓄冰盘管由钢带连续卷制 成管
12、直缝焊接制造，外经为 26.67 毫米，盘管组装在钢架上，整体 装配完成后，浸没在试压水槽内，管内注入 2.415MPa 的压缩空气（盘管的额定工作压力 1.05Mpa） ，进行气压试验，至少 15 分钟， 水槽内无气泡为合格，然后盘管机组整体外表面热浸镀锌。盘管机 组共计 15 组，每组由 6 个模块构成，共 90 个盘管模块，设计充冷 时间 10 小时，总的蓄冷量为 28560 冷吨时。蓄冰槽底部每组盘管的 下面都配有 DN40PVC 多孔搅动空气分配管，设计 2 台空压机，每 台流量 360 立方米/ 小时，全压为 62000Pa，释冷时压缩空气搅拌系 统开启，这样融冰均匀，换热效率高，
13、在全部的释冷周期内，释冷 温度能平稳保持 1.1。每组盘管都配有电子冰层厚度感应器，出厂 时感应器已经校准好了，在每一个制冰循环中，一旦冰层厚度达到 设计值时，感应器发出信号，供液阀关闭，停止制冰。要求盘管水 平安装在冰槽的地面上，在盘管支撑型钢与防水层之间放置 20 毫米 厚由橡胶和软木合成的垫块或在防水层上做 10 公分厚的豆石混凝土。 水泵全部来自美国 ITT.2.6 制冰时采用抑制性乙二醇为载冷介质，抑制性乙二醇具 有良好的传热性与低温性及抗腐蚀性，从陶式化学（中国）投资有 限公司购买，普通乙二醇比水的腐蚀性大得多，因此保持抑制性乙 二醇的化学稳定性十分重要，必须定期（半年或是在季节性启动和 停机时）取样检查乙二醇水溶液的抑制性浓度，如有必要应予以调 整，恢复原有的抗腐性能。乙二醇水溶液的另一特点是膨胀远比水 大得多，这两点在设计与使用中要给于关注。2.7 在冰蓄冷系统中，水处理十分重要，水质的好坏既关系 到设备的使用寿命的延长，又是系统的高效节能主要因素。保持冰
