水蓄冷空调系统设计及经济性分析

系统的基本组成如图 ２所示。当蓄冷槽 （调 荷设备 ）投入运转 时，阀 Ｋ ，Ｋ 开启 ，Ｋ旁关 闭。供冷泵的启停及出 口阀开度由建筑物所需冷
表 １ 水蓄冷空调系统的设备配置
Ｔａｂ．１ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｄｉｓｔｘ￣ｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃ￣ｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｏｒ—
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｔｒｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｆ ｌｏｒ ｓｐ ａｃｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ ４５，０００ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｅｒｓ ｃ ｏｍｎｌｅｒ— ｃｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ０ｌｂｊｅｃｔ．Ｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｈｏｕｒｌｙ ｃｏｏｌｉｎｇ ｌｏａｄ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｄｅ ｓｉｇｎ ｄａｙ，ｔｈｉｓ ｐ ａ ｐ ｅｒ ｇｉｖｅ ｓ ａ ｃｈ ｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ａｉｒ－ｃ ｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅ ｍ ｄｅ ｓｉｇ ｎ ｐ】 ｐＯｓａｌ ａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ，ａｎｄｇｉｖｅｓ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄ ＳＵ— ｐｅｒｉｏｒｉｔｉｅｓ ｃｃｘｎｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｎｏｒｍａｌ ａｉｒ－ｃ ｏ ｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ｇ Ｓｓｙ ｔｅｍ ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓ ｔｅｍ ｈａｓ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ａ ｎ ｄ ｓｏｃｉａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． ＫｅｙＷ ｏｒｄｓ：ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｏｒａ ｇ ｅ；ｄｅ ｓｉｇ ｎ ；ｃｅｏｎｏｍｙ ａｎａｌｙｓｉｓ；ａｉｒ－ｃｏ ｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ
ａｇｅ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
名 称
规 格
数 量
时 ，从 而 完成放 冷 过程 。
Ｋ放
图 ２ 水蓄冷 空调 系统的基本组成 图
Ｆｉｇ．２ Ｂａｓｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｉｌｌｅｄ ｗａｔｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｏｒ—
ａｇｅ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
１２ ３４５ ６７ ８９１Ｏ １１１２ １３ １４ １５１６ １７ １８１９２Ｏ２１２２２３２４ ｔｈｔ
口蓄冷 瞳蓟ｒ冷 口主帆
图 ６ ２５％设计 日水蓄冷 空调 系统运行策略 Ｆｉｇ．６ Ｏｐ ｅｒａｔｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ２５％ ｄｅｓｉｇｎ ｄａｙ
２．２ 经济 效 益 该 商务 楼 制 冷 机 房 预 计 每 年 电 量 约 １７８．９６
水 蓄冷 空调 系统 设 计 及 经 济 性 分 析
王 峥 ，王 建
（华北 电力大学 能源与 动力工程 学院 ，河北 保定 ０７１００３） 摘要 ：以一幢建筑面积约 ４．５Ｘ１０ ｍ２的商务楼 的空调 系统为研 究对象 ，在分析设计 日逐 时冷 负荷 图的基础 上 ，提 出水蓄冷空调 系统设计方案和运行策略 ，并与常规 空调 系统进行 了经济性 分析 和 比较 。研 究表 明水 蓄 冷空调具有显著的经济效益和社会效益 。 关键词 ：水蓄冷 ；设 计 ；经济性 分析 ；空调 中图分 类号 ：ＴＵ９ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００７ ２６９１（２００７）０２—０１３０—０４
８１．８２
总 计
５７３．２７
量而定 ，冷水机和充冷泵的开停则 由电价的时段
划 分而定 ，二 者互 不 干扰 。
１．４ 水 蓄冷 空调 系统 运行 策 略 本蓄槽布置在制冷机房 附近。蓄冷槽 容积 １
４５０ｍ３，蓄 冷温 差 为 ４～１２．５℃ 。冷 端 和 热 端 都 采用均流环槽全周布水 ，使水温分层清晰。
０ 引 言
蓄 冷 调 荷 是 我 国 近期 重 点 推 广 的 １０项 节 电 技措之一 ，蓄冷技术在 日、美等一些发达国家早 已广泛 应 用 。它 既 可 节 省 用 电 ，又 能 削 峰填 谷 ， 使 现有 发供 电设施 在夜 间低 谷期 的潜 力得 以充 分 发 挥 ，缓解 用 电高峰 期 电力 供应 不足 。有 关 资 料 表 明 ，水 蓄 冷 的 储 能 转 换 效 率 高 达 ９０ ％， 比其 它几种储能技术转换效率高 １０％～２５％，其结 构简单 ，工作可靠 ，操作方便 ，实现全 削峰时造 价 远低 于冰 蓄冷全 削 峰 时造 价 。本 文 以一 幢建 筑 面积约 ４．５×１０ ｍ２的商务楼空调系统 为研究对 象 ，在分析设计 日逐时冷 负荷基础上 ，提出水蓄 冷 空调 系统 设计 方案 和运 行 策 略 ，并 与 常规 空 调 系统进行了经济性分析和 比较。
由于空调的冷负荷是随室外气温 的变化而变 化 ，也就是说 ，室外温度变化 的大小 ，决定 了蓄 冷量 的多 少 ，进 而 确 定 蓄 冷 冷 水 机 组 的 运 行 数 量 。根据 对 当地气 象 资料 的分 析 ，各 个 月份 的蓄 冷冷水机组的开启数量如下 ：
（１）设 计 日工 况 设计 日是夏天最热 的时候 ，结合空调逐时冷 负荷 分布 图及 当地 蓄冷 空 调 的 电费政 策 ，蓄冷 空
Ｆｉｇ．１ Ｈｏｕ ｒｌｙ ｃｏｏｌｉｎｇ ｌｏ ａ ｄ￣ｈａｒｔ ｏｆ ｄｅ ｓｉｇ ｎ ｄａｙ
１．２ 水蓄 冷 空调 系统和 常规 空调 系统 机房 配置 水 蓄冷 空 调系统 和 常规 空 调 系 统 的设 备 配置
如 表 １和表 ２所 示 。 １．３ 水蓄 冷 空调 系统组 成及流 程
（２）非设 计 日工况 在 天气 发 生变 化 ， 日负 荷较 小 时 ，系统 将 依 据 实 际 的冷 负荷 需求 ，通 过 控制 系 统 调节 运 行 模
蓄冷槽底部。蓄冷槽 内冷冻水 与回水的交界面上 式 ，自动调整每一时段 内蓄冷装置融冷供冷及主
升 ，升达上布水环槽上缘 ，充冷过程终结。
１ 系统设计
１．１ 工程概 况 该 商务楼 总 空调建 筑 面 积约 为 ４．５×１０ ＩＴＩ ，
收 稿 Ｅｔ期 ：２００６—０９—３０
大楼空调时间为 ８：００～１８：００时，设计 日逐时负 荷 如 图 １所 示 ，其尖 峰 冷负荷 为 ４ ２００ ｋＷ 。
枢 佥 鹫
图 １ 设 计 日逐 时冷 负荷 图
口 口 呤 口主帆
图 ３ １００ ％设 计 日水 蓄 冷 空 调 系统 运 行 策 略
Ｆｉｇ．３ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ １００％ ｄｅｓｉｇｎ ｄａｙ
２．１ 社会 效 益 社会 效 益主 要 表 现 在 蓄冷 系 统将 空 调 用
电 的高 峰负 荷转 移 到低 谷 ，减 少 了 国家 建 设 削 峰 电 站 的 规 模 和 减 少 了 对 环 境 的 污 染 ， 同 时减少了高峰用电时段对电网的压力。从表 ３可 以看 出在该 商务 楼建 设 水 蓄冷 系 统 ，每 年 可 以减 少 ８５．８９万 ｋＷ ·ｈ的高 峰用 电及平 段 用 电 ，增加 ８０．７３万 ｌ【Ｗ·ｈ低谷用 电量。该商务楼水蓄冷 系 统的建立 在高峰 时段最 高少使用 了近 ８００ ｋｗ， 全年节约电量 ５．１６万 ｌ【Ｗ·ｈ，其社会效益显著。
充冷工 况 ：电力低价 时段 ，冷 水机 满 载运 调 运 行方 式如 图 ３所示 （按 ３５％的蓄冷率 ）。
转 ，Ｋ３，Ｋ３ ，Ｋ４，Ｋ４ 均关 闭 ，开启充冷水 泵 Ｂ进行充水。其 “热 端”输 出 ｔ１水经 主机 降温 后 ， 自蓄冷槽 “冷 端 ”输 入 经均 流 布 水 环槽 注 入
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍ ｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｉｌｌｅｄｗａｔｅｒ ｔｈｅｒｍ ａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｃｏｍ ｍ ｅｒｃｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ

Ｗ ＡＮＧ Ｚｈｅｎｇ，Ｗ ＡＮ Ｇ Ｊｉａｎ
机供冷的相对应比例 ，以实现分量蓄冷模式逐步
放冷工况 ：在用 电高峰时段 ，蓄冷槽 的低温 向全量蓄冷模式 的运行转化 ，按照蓄冷装置优先
冷冻 水经 过放冷 水泵 运 输 ，通 过 板 式换 热 器 换热 供冷的原则 ，最大限度的节省运行费用。图 ４～６ 升温后 返 回蓄冷 槽 上 布水 环 槽 。蓄 冷槽 内 ，冷 冻 分 别给 出 ７５％ 、５０％ 、２５％设 计 日水 蓄冷 空 调
水与回水 的界面下 降 ，下 降 到下布 水环槽 边缘 系统运 行策 略 。
咖 啪 咖 伽 瑚 ｏ
∞∞ 啪∞ 咖∞ 咖∞ 姗∞ 枷∞ 姗∞ 瑚∞ 啪ｏ
２ 经济性分析
珊 咖 姗 枷 姗 瑚 啪 ｏ
１ ３ ５ ７ ９ １１ １３ １５ １７ １９ ２１ ２３ ｔ／ｄ
表 ３ 全 年 转 移 高峰 电量
Ｔａｂ．３ Ｗ ｈｏｌｅ ｙｅａｒ ｓｈｉｆｔｓ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ

１ ３ ５ ７ ９ ｌ１ １３ １５ １７ １９ ２１ ２３ ｔｈｔ
口蔷冷 圈勘岭 口主帆
图 ４ ７５％设计 日水蓄冷空调 系统运行策略
项 目
常规 水蓄冷
尖峰冷负荷 汀 制 冷 机 组 容 量 汀 机 房 设 备 用 电 容 量 ／ｋＷ 机房设 备配电容量／ｋＶＡ
１１９４ １２００ ６４０ １１６３ ６５２ １３６８ ７６７
万 ｋＷ ·ｈ，常规与水 蓄冷空调系统经济性 比较 ，如 表 ４和 图 ７所示 。
表 ４ 常规 与水 蓄冷空调系统经济性比较表
Ｔａｂ．４ Ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ａｎｄ ｃＮｌｌｅｄ ｗａｍｒ ｔｈｅｒ—