瑞吉红塔大酒店空调系统节能分析报告

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1、1,李先庭,蓄能系统 设计、控制与应用,2,目录,背景 蓄能系统的分类 典型的蓄能厂家与产品 蓄能系统的设计计算 蓄能系统的运行控制 蓄能系统与常规系统的比较 蓄能系统的应用场合 我公司在蓄能方面特点,3,1. 背景,我国电力状况 装机容量世界第二位；人均用电量较少 电网峰谷差很大 空调耗能情况 基本在用电高峰 每年以15速度增长 国家提倡采用蓄能技术转移空调的高峰用电,4,蓄能技术原理,所谓蓄能，就是在电力需求低谷时启动制冷、制热设备，将产生的冷或热储存在某种媒介中；在电力需求高峰时，将储存的冷或热释放出来使用，从而减少高峰用电量。因此，蓄能技术又称为“移峰填谷”。采用此技术，就可以减少电网

2、的峰谷差，提高电网的运行效率，少建或缓建电站。,5,鼓励蓄能的政策措施,为调动广大末端用户转移高峰用电的积极性，各地政府出台了分时电价政策（我国通常分为高峰、平峰和低谷电价），有的还采用减免电力增容费等政策优惠。 以北京商业用电为例，分时电价政策为： 高峰0.983元，8:0011:00,18:0023:00 平峰0.623元，11:0018:00,7:00 8:00 低谷0.285元，23:007:00,6,蓄能系统的额外好处,采用蓄能系统除可以降低运行费用、减少电容量外，还可提高空调可靠性 采用蓄能系统后，当整栋大楼停电时，可依靠备用发电机，使水泵和风机运转起来，即可实现大楼的空调，提高空

3、调系统的可靠性,7,2. 蓄能系统的分类,按蓄存能量温度高低分为 蓄热、蓄冷 按蓄能介质分为 水蓄热/冷、冰蓄冷、相变材料蓄能 按系统连接关系又分为 串联系统、并联系统,8,不同蓄能介质的差异,水蓄冷/热主要是利用水的显热，蓄存一定冷/热量时，通常需要较大的体积；但与制冷/热设备的介质一样，因此系统较简单。 冰蓄冷利用冰的溶解热，蓄存一定冷量时，需要的体积较小，通常是水蓄冷的1/7；但需要采用防冰液，如盐水溶液、乙二醇溶液等，且系统较复杂。,9,2.1 水蓄冷的系统形式,水蓄冷直接将冷机产生的冷水储存在蓄水罐或蓄水池中，用冷时再从水罐或水池中将冷水取走。 水蓄冷系统通常为开式系统，当水罐或水池

4、位于最高位置时，系统才类似闭式系统；因此水蓄冷系统应注意倒空，泵的选型也需正确。,10,严书P26图3-2,水蓄冷系统1,原理图及特点 开式系统 直连 水池和冷机可分别或同时供冷,11,严书P27图3-3,水蓄冷系统2,原理图及特点 水池侧开式系统，负荷侧闭式系统 水池和冷机可分别或同时供冷 间连，负荷侧水温稍高,12,水蓄冷系统3,原理图及特点 冷机和负荷侧闭式系统 水池和冷机串联供冷 蓄冷和取冷均通过换热器，温差损失稍大 水蓄热与水蓄冷系统基本一致,13,温度分层蓄水罐,彦书P6图2-2, 2-3, 2-4 特灵教程:第二部分图11,14,温度分层蓄水罐多罐串联,15,迷宫式蓄水槽,16,

5、隔膜式蓄水罐,17,特灵串联和并联蓄水罐,特灵教程:第二部分图9和图10,18,2.2 冰蓄冷的系统形式,少量采用直接蒸发制冰，有的小系统也直接将乙二醇送到AHU或FCU中，通常采用乙二醇溶液制冰，采用乙二醇溶液或水取冷。 常见的冰蓄冷系统分为两类 用乙二醇溶液蓄冷和取冷，用板换产生冷冻水，包括冰球/板式、内融式冰盘管等 用乙二醇溶液蓄冷，直接用冷冻水取冷，如外融式冰盘管,19,2.2.1 乙二醇溶液蓄冷和取冷的系统,并联系统：冷机和冰槽并联，可独自供冷，也可联合供冷，小温差供冷 单板换系统、双板换系统 串联系统：冷机和冰槽串联，可实现大温差供冷 单泵、双泵、三泵系统 冷机上游、冰槽上游,20

6、,并联双板换蓄冰系统,冷机和冰槽的供回水温差基本一致，通常为5 两组板换 3个电动阀 2个电动调节阀 两组乙二醇泵,21,并联单板换蓄冰系统,冷机和冰槽的供回水温差基本一致，通常为5 一组板换 1个电动阀 2个电动调节阀 两组乙二醇泵,22,串联单泵蓄冰系统,冷机和冰槽的供回水温差不一致，串联后温差可大于5 一组板换 2个电动阀 2个电动调节阀 一组乙二醇泵,23,特灵串联单泵系统,特灵教程:第三部分图4, 图29,24,串联双泵蓄冰系统,冷机和冰槽的供回水温差不一致，串联后温差可大于5 一组板换 2个电动阀 2个电动调节阀 两组乙二醇泵,25,串联三泵蓄冰系统,冷机和冰槽的供回水温差不一致，

7、串联后温差可大于5，适合于大系统 一组板换 三组乙二醇泵：至少P2和P3变频泵,26,特灵串联三泵系统,特灵教程:第三部分图30,27,关于冰槽放在冷机的上游或下游,特灵教程:第三部分图33,图34和图35,28,上游 OR 下游？,29,2.2.1 乙二醇溶液蓄冷、水取冷的系统外融冰盘管系统,开式水箱,30,间连式外融冰系统,31,闭式外融冰系统,32,2.3 其他形式蓄冷系统,特灵教程:第二部分图25,33,冰晶式蓄冰系统,严书P94图4-41(a)(b),34,3. 典型的蓄能厂家与产品,目前蓄能水池的设计还未标准化，蓄热对热源无特殊要求，蓄热水泵有高温要求，蓄冰泵能用乙二醇溶液 蓄能系

8、统涉及的特殊产品 双工况冷机(蓄冰和普通制冷) 蓄冰装置 板式换热器,35,3.1 蓄冰双工况主机,常见蓄冰系统多采用螺杆式冷水机组，典型厂家包括 顿汉布什、YORK、开利、特灵、麦克威尔 大型系统可采用特灵的三级离心冷机，小系统可采用活塞式冷机 一些普通冷机可现场改造成双工况冷机,36,3.2 蓄冰装置,静态制冰分冰盘管和封装式 冰盘管式：BAC和清华同方金属盘管（外融冰和内融冰）、CALMAC和FAFCO塑料盘管 封装式：冰球、冰板、蕊芯冰球 动态制冰分冰片滑落式和冰晶式 冰片滑落、冰晶,37,BAC金属蛇形盘管,彦书P7图2-6,38,BAC盘管组及冰槽,彦书P8图2-7,39,CALM

9、AC塑料圆形盘管,40,FAFCO塑料U形盘管,严书P63图4-4,41,FAFCO盘管组及冰槽,严书P64图4-5, 图4-7,42,法国CIAT冰球和卧式冰球罐,严德隆P72图4-15, P76图4-18和4-19,43,法国CIAT立式冰球罐,44,CARRIER的贮冰槽,严书P77图4-20,45,美国REACTION和开利公司的冰板,彦书P11图2-12 严书P73图4-16,46,杭州华源公司的蕊芯冰球,严书P74图4-17,P79图4-22,47,EVAPCO外融冰盘管,严书P87图4-30,48,3.3 板式换热器,ALFA LAFA 舒瑞普 京海,49,4. 蓄能系统的设计计

10、算,以冰蓄冷系统为例说明计算过程,水蓄冷和蓄热可参考之 计算建筑设计日逐时负荷 根据逐时负荷特点，确定是否设置基载主机，并确定基载主机容量，得到除去基载负荷后的逐时负荷 按冷机容量最小原则确定冷机容量 按冷机在低谷时段可蓄存的总冷量确定冰槽容量 校核白天逐时取冷量能否满足负荷要求,50,基载冷机示意图,彦书P26图3-6,51,4.1 冷机和冰槽容量的计算公式,qC：冷机在标准空调工况时的容量 Qtank：冰槽的容量 Q：设计日逐时负荷（除去基载负荷）之和 n1：白天制冷主机空调工况运行小数时（由于冷机不满载，通常取系数0.9） Cf：冷机制冰工况相对空调工况的性能系数 n2：夜间蓄冰工况冷机

11、工作小数时,52,逐时负荷校核,彦书P38表4-3,53,4.2 不同类型系统中泵的流量与扬程,详细内容参阅：李先庭，张茂勇，赵庆珠。冰蓄冷系统中卤水泵的合理配置和选型。暖通空调，2002，（3）：7074,54,管道阻力计算,乙二醇物性参见彦书P40-41的表4-4、4-5、4-6和4-7。 蓄冰系统通常采用质量浓度为25%的乙二醇溶液，凝固点为-10.7(参见彦书表4-8) 乙二醇管路的阻力:计算出水阻力后按彦书P42图4-3中的曲线修正,55,管道阻力修正修正曲线,56,并联双板换蓄冰系统,P1：冷机额定流量，扬程为空调工况和蓄冰工况阻力大者 P2：冰槽承担的最大负荷与设计温差确定,57

12、,并联单板换蓄冰系统,P1：冷机额定流量，蓄冷工况阻力 P2：最大负荷与设计温差确定；扬程为冰槽、板换回路阻力,58,串联单泵蓄冰系统,P1：冷机额定流量，冷机、冰槽、板换回路的阻力,59,串联双泵蓄冰系统,P1：冷机额定流量，冷机、冰槽回路阻力； P2：等于P1流量，扬程为板换支路的阻力,60,串联三泵蓄冰系统,P1：冷机额定阻力，冷机部分阻力 P2：流量一样，板换部分阻力 P3：冰槽冰分的阻力,61,4.3 板式换热器和膨胀水箱,板式换热器：按所承担的容量和设计温度选型，并联系统温差较小，通常为5，而串联系统则可以达到8-10 膨胀水箱按最高温度和最低温度时密度差进行计算,62,膨胀水箱的

13、计算公式,Vs:蓄冰最低温度时，系统中载冷剂的体积 1 2:载冷剂最低温和最高温的密度 a1:低液位时,膨胀水箱中的剩余体积,可取10% a2:高液位时,膨胀水箱中的剩余体积,可取20%,63,5. 蓄能系统的运行控制,以蓄冰系统为例说明,水蓄冷和蓄热可参考之.以下为运行控制基本原则: 实现不同运行模式的切换 在满足热舒适的前提下,尽量将冰用在电力高峰,以节省运行费用 每天蓄存的冰量应基本用完,64,冰蓄冷系统的几种运行模式,冷机蓄冰 冷机供冷 冰槽供冷 冷机与冰槽联合供冷 蓄冰并供冷 停机,65,冰蓄冷系统控制的几种策略,冷机优先:冷机先用,不够时再用冰槽 冰槽优先:冰槽先用,不够时再启用冷

14、机 比例控制:冷机和冰槽按一定比例同时供冷 优化控制:根据负荷需求和电价政策,最合理地分配冷机和冰槽的负荷,最大限度地为用户节省运行费用,66,冷机优先的控制策略,非常容易实现，且很可靠。但不能最大限度地发挥冰槽的作用，不能很好地转移高峰用电，运行费用节省不显著 早期的冰蓄冷工程采用,67,冰槽优先的控制策略,可最大限度地发挥冰槽的作用，但容易出现下列情况： 冰槽中的大部分很可能不是在电力高峰中利用的 负荷高峰时，冰槽中没有冰了，从而仅靠冷机不能满足房间温度要求,68,比例控制的运行策略,通过合理调节负荷在冷机和冰槽间的分配比例，可实现较充分利用冰槽；但分配比例并不是一成不变的，分配比例的确定

15、很困难，需要大量的经验,69,优化控制策略,通过对第二天逐时负荷的预测，合理分配冷机和冰槽间的负荷，最大限度的节省运行费用，并保证高峰负荷时的热舒适。 需要一套优化控制程序 运行费用至少比冷机优先省25%,70,某蓄冰工程自动控制示例,71,蓄冰控制系统实现的功能,自动检测冷冻水供、回水温度、压力和供水流量 自动检测冷却水供、回水温度及板换的供、回水温度 自动检测蓄冰槽进、出口温度 自动检测各水流开关状态 自动控制冷冻、冷却水泵、冷冻机、冷却塔的顺序启停及相关阀门的顺序调节，并检测其运行状态及过载报警 根据测量值计算系统冷负荷，以实现蓄冰槽出口温度及冷冻机运行台数的最优控制 根据供、回水压力自

16、动调节旁通阀的开度，以保证管网压力和流量稳定 专家系统诊断及故障报警 可通过中央管理工作站对其进行远动控制,72,故障诊断示例,73,6. 蓄能系统与常规系统的比较,蓄能系统能否实施，关键是看其经济性。通常需要将蓄能系统与普通的系统进行经济比较 对同样的建筑设计蓄能系统和普通系统 计算二者的初投资（含各种增容费） 计算二者的运行费用，得到蓄能系统相对普通系统的投资回收期,74,初投资的估算,主设备的报价 自控部分报价 施工费用 增容费用 其他费用,75,运行费用计算,每月选取一代表日逐时负荷，按控制策略分配冷机与冰槽的负荷，计算所有设备的功耗，按电价得到代表日运行费用，汇总得到总的运行费用 用同样方法得到普通系统的代表日和总的运行费用,76,蓄能系统与常规系统的比较（1）,一般而言，蓄能系统的直接投资稍高于普通系统，但若电力增容费用较高时，蓄能系统有可能与普通系统总投资持平 若采用低温水和低温送风技术，则蓄冷系统的直接投资有可能与普通系统持平，甚至略低,77,蓄能系统与常规系统的比较（2）,蓄能系统的运行费用肯定应低于普通系统，通常可节