水蓄冷空调系统简介

目录

1、水蓄冷空调系统简介

1.1 水蓄冷空调系统原理

1.2 实施目的

1.3 水蓄冷空调系统特点

1.4 系统设计原则

1.5 蓄冷模式选择

1.6 中旅温泉珠海有限公司实施水蓄冷系统空调好处

2、水蓄冷空调设计方案

2.1 基本情况

2.2 建设蓄冷系统可行性

2.3制冷站主要设备配置

2.4 水蓄冷中央空调系统主要增加设备

2.5 蓄冷水池

2.6 设计计算依据

2.7 水蓄冷系统经济性分析

3、电费节约计算方法

4、合作模式

5、蓄冷水池

4.1 蓄冷设备

4.2 水池保温

6、水蓄冷控制系统

5.1 控制目的

5.2 控制功能

1、水蓄冷空调系统简介

1.1水蓄冷空调原理

水蓄冷技术是将夜间电网多余的谷段电力与水的显热相结合来蓄冷，并在白天用电高峰时段使用蓄藏的低温冷冻水提供空调用冷。即空调主机晚上谷段电价制冷通过蓄冷槽蓄冷，高峰电价时段空调主机尽量不开机，为电网“移峰填谷”而节约电费支出。

1.2 实施目的

通过实施水蓄冷空调工程，取得国家电力部门的相关优惠电价政策，在实际的“谷制峰用”中，节约大量的空调电费，降低工厂的生产成本；也为节能环保做出了一定的贡献。

1.3 水蓄冷空调系统特点

水蓄冷空调代表着当今世界中央空调的先进水平，预示着中央空调的发展方向，有如下优点：

a.减少冷水机组容量，总用电负荷少，减少变压器配电容量与配电设施费。

b.利用峰谷荷电价差，大大减少空调年运行费。

c.使用灵活，节假日部分办公楼使用的空调可由蓄冷水槽直接提供，节能效果明显。

d.可以为较小的负荷（如只使用个别办公室）蓄冷水槽放冷定量供冷，而无需开主机。

e.具有应急功能，提高空调系统的可靠性。

f.上班前启动时间短，只需10—15分钟即可达到所需温度，常规系统约需1小时。

1.4系统设计原则

经济

水蓄冷系统设计须综合考虑影响初期投资及运行成本的各种因素，详尽研究系统的电费、峰谷电价结构及设备初期投资等因素，以期达到最佳的经济效益，在降低初期投资的同时节约更多的运行电费，转移更多的高峰用电量。

本项目原空调系统部分已投入运行，设计时需考虑不增加空调主机能满足新增建筑的供冷需求，节约设备投入，实现“小马拉大车”。

高效节能

进行水蓄冷系统设计时，须依据设计负荷的需求确定系统选型，尽可能地减少各种设备的装机容量，改善主机工作条件，提高主机效率，充分利用蓄冷装置的优势，尽量减少系统的能耗。

完整可靠

评价水蓄冷系统品质的最重要依据是系统的整体效能及运行稳定性，进行系统设计时，须结合蓄冷系统的运行特点，优选各种设备，符合系统整体运行要求，同时各种配套设备也要求能经受长期稳定工作的考验，减少对系统的维护，满足寿命要求。

1.5蓄冷模式选择

全量削峰蓄冷模式

主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天电力高峰时段所需要的全部供冷量。在白天电力高峰期，所有主机停运，所需空调冷负荷全部由蓄冷水槽来提供。

优点：

a.最大限度的转移了电力高峰期的用电量，白天系统的用电容量小。

b.白天电力高峰期通过蓄冷水槽供冷，运行成本最低。

缺点：

a.系统的蓄冷容量、制冷主机及相应设备容量较大。

b.系统蓄冷槽的占地面积较大。

c.系统的初期投资较高。

负荷均衡的分量蓄冷模式

主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的部分冷量；主机在设计日以满负荷运行，不足部分由蓄冷水槽补充。

优点：

a.系统的蓄冷容量、制冷主机及相应设备容量较小。

b.系统的占地面积较小。

c.初期投资最小，回收周期短。

缺点：

a.仅转移了电力高峰期的部分用电量，白天系统还需较大的配电容量。

b.运行费用较全量蓄冷高。

1.6中旅温泉珠海有限公司实施水蓄冷系统的好处

减少空调设备投资：在做水蓄冷系统改造后，水蓄冷空调系统相当于增加了一台备用机组，不用增加空调主机，不用增加相应的供配电设施。

优化空调系统：中旅温泉珠海有限公司原中央空调系统设计属于耗能型中央空调系统设计，通过水蓄冷系统的设计可将原系统进行优化，节省了大量空调运行电量。

降低运行电费：充分利用电价优惠政策，在夜间低谷电价时段制冷，在高峰电价时段放冷使用，能够做到部分移峰，大大降低空调运行电费。

节省空调运行电量：

1、由于充冷过程在夜间进行，夜间气温相比白天较低，制冷机效率大大上升，制冷单耗下降。

2、由于充冷时制冷机满负荷地高效运行，避免了正常供冷时难以避免的“大马拉小车”的现象，可有效地节省电量。

增加了空调系统的可靠性：

1、在突然停电时，不需开主机，只需开供冷泵，因此，使用备用电源仍可维持空调供冷。

2、电力供应紧张时，供电部门对正常中央空调要限电使用，但在全国各地，蓄冷中央空调往往得到额外支持，不在限制范围。

3、运行方式灵活：空调可按原有系统单独运行，也可与增加的蓄冷系统结合运行。

节省空调和电力设备的维护保养费用

1、空调设备容量和数量减少，电力设备容量降低，维护保养的人力、材料的消耗都将减少。

2、贮存装置调剂余缺，使制冷系统保持在最佳负荷下高效运转，免除“大马拉小车”。每天的设备运行时间随之大幅度减少，从而也延长了设备的使用寿命，减少了维护保养费用。

2、水蓄冷空调设计方案

2.1 基本情况

空调用冷主要是工艺用冷，24小时供冷，全年供冷天数约为360天。目前制冷站配置有冷水机组1300RT×2台，600RT×2台，。预计尖峰负荷为3200RT，晚上有富裕量，因此适合建设水蓄冷系统。预计设计日冷负荷表如下

设计日逐时冷负荷图

RT

2.2 建设蓄冷系统的可行性

中旅温泉珠海有限公司实际的供冷能力和负荷分布的情况，以及建设布局和其管理理念，我们可以得出如下结论：

a、其低谷时段的制冷能力基本处于闲置状态,有充分的能力实施低谷蓄冷;

b、严格的运行成本控制措施和管理制度,使工厂管理者本身具备降低中央空调系统运行成本和提高设备运行效率的内在动力

因此, 中旅温泉珠海有限公司完全具备建设蓄冷系统的基本条件。

2.3 制冷站主要设备配置如下表

2.4

2.5 蓄冷水池

中旅温泉珠海有限公司水蓄冷的蓄冷水池有效容积为2620m3。

蓄冷水池的容积按下式计算

Q×K＝V ×η×△Tz×C

＝9600RTH

式中：V —蓄冷水池容积，本项目2620m3；

Q —蓄冷量，(万kcal)；

△Tz—蓄冷水池进、出水温差，本项目为9℃（4—13℃）；

η—水池的容积效率，%，本项目为100%；

K—冷损失附加率；一般取1.01～1.05，北京佩尔优科技有限公司可以作到1.005甚至以下。（北京佩尔优科技有限公司的技术，本项目K取1）

C —水的热容量，万kcal /.m3℃（C=0.1）。

2.6 设计计算依据

（一）全日负荷计算

全日负荷计算的数值与逐时负荷系数根据各建筑物的使用功能进行综合分析得到，再结合空调逐时冷负荷分布图及珠海市水蓄冷空调分时电价政策制定出设计日的水蓄冷空调的运行策略。

（二）各负荷条件下的各时段的负荷及蓄冷、放冷和供冷的运行模式

100%负荷（典型日负荷）

100%负荷（典型日负荷）的计算负荷表见下表，其最大负荷为1033RT，这种条件下，逐时负荷以及制冷设备供冷、蓄冷水池蓄冷与放冷详见图。

时间

此时采用2台600RT主机蓄冷8小时，在优先满足冷负荷要求的前提下，可以移除空调系统的电力高峰时段部分负荷。

75%负荷（非典型日负荷）

75%负荷的计算负荷表见下表，其最大负荷为2400RT，这种条件下，逐时负荷以及制冷设备供冷、蓄冷水池蓄冷与放冷详见图。

时间

此时采用2台600RT主机蓄冷8小时，在优先满足冷负荷要求的前提下，可以移除空调系统的电力高峰时段部分负荷。

50%负荷（非典型日负荷）

50%负荷的计算负荷表见下表，其最大负荷为1600RT，这种条件下，逐时负荷以及制冷设备供冷、蓄冷水池蓄冷与放冷详见图。

时间

此时采用2台600RT主机蓄冷8小时，在优先满足冷负荷要求的前提下，可以移除空调系统的电力高峰和部分平段负荷。

25%负荷（非典型日负荷）

25%负荷的计算负荷表见下表，其最大负荷为800RT，这种条件下，逐时负荷以及制冷设备供冷、蓄冷水池蓄冷与放冷详见图。

时间

此时采用2台600RT主机蓄冷8小时，在优先满足冷负荷要求的前提下，可以移除空调系统的全部时段负荷。

2.7 水蓄冷空调系统经济性分析

（一）根据珠海市电力部门的有关规定，常规空调其电价为：高峰时段0.9368元/度，平段0.6006元/度，谷段0.3108元/度。

（二）中旅温泉珠海有限公司经济性分析

由于中旅温泉珠海有限公司在执行分时电价的条件下,建设水蓄冷空调系统，运行中本着节约成本的目的，以下分析是基于保证良好的供冷温度出发给出的理论分析值。

从上表可以看出在中旅温泉珠海有限公司建设水蓄冷系统，每年可以减少192.82万KWh的高峰用电，减少56.22万KWh平段用电量，增加253.8万低谷用电量.

中旅温泉珠海有限公司机房部分预计每年电量约780万度，常规空调系统与水蓄冷空调系统如执行珠海市工业类分时电价，电价为：高峰时段0.9368元/度，平段0.6006元/度，谷段0.3108元/度。水蓄冷空调和常规空调运行费用见下表：

3、电费节约计算方法

当月所节省电费 = 当月应付电费—当月空调分时电表总电量实际支付的电费当月应付电费计算公式为：

当月应付电费＝空调高峰转移电量×当月高峰电价＋空调平段转移电量×当月平段电价＋空调低谷转移电量×当月低谷电价。

空调高峰转移电量 = 空调总用电量×高峰时段供冷量/总供冷量；

空调平段转移电量 = 空调总用电量×平段时段供冷量/总供冷量；

空调低谷转移电量 = 空调总用电量×低谷时段供冷量/总供冷量。

其中，空调总用电量为空调系统高峰、平段、谷段各时段用电量之和；总供冷量和各时段供冷量为整个空调系统供冷量及其不同时段供冷量，包括制冷主机直接供冷和蓄冷槽供冷。

4、合作模式

●合作模式一：

由我公司提供中旅温泉珠海有限公司中央空调系统改造为水蓄冷的技术咨询，参与EMC商务运作，并负责提供贵公司水蓄冷改造的全部投资。合作期限为10年，合作期内我方和贵方按7 ：3的比例分享由于转移高峰及平段电力而节省的用电成本收益，负责系统的维护和技术升级，并承担合作期内的电价政策风险。合作期满后，无偿将水蓄冷系统转交给中旅温泉珠海有限公司。

●合作模式二：

由我公司提供中旅温泉珠海有限公司中央空调系统改造为水蓄冷的技术咨询，并负责提供贵公司水蓄冷改造全部的 70%投资，由贵公司负责30%的投资。合作期限为10年，合作期内我方和贵方按5：5的比例分享由于转移高峰及平段电力而节省的用电成本收益，负责系统的维护和技术升级，并承担合作期内的电价政策风险。合作期满后，无偿将水蓄冷系统转交给中旅温泉珠海有限公司。

●合作模式三：

贵公司投资的水蓄冷系统，佩尔优公司对该项目总承包。同时，佩尔优公司长期负责设备的运行维护。佩尔优公司保证用户投资回收年限最长不超过四年，并由佩尔优公司申请世界银行/GEF中国节能促进项目实施机构（中国经济技术投资担保有限公司）实施投保。

5、蓄冷水池

北京佩尔优科技有限公司多年来潜心研究水蓄冷空调技术，并独立开发了具有自主知识产权的“大温差水蓄冷经济型中央空调系统”。该系统目前是世界上最先进的水蓄冷系统；蓄冷水池在放冷、蓄冷过程产生的斜温层的厚度、同一断面上的水温差、蓄冷槽的蓄冷密度和用于蓄冷的冷水机组在蓄冷时的COP值等所有指标都超过了美国、日本等发达国家类似系统的技术水平。

5.1蓄冷设备

蓄水槽设计有布水系统，布水系统按照弗兰克准则来设计，采用佩尔优公司国家专利技术，充分利用蓄水温差，并通过调温阀交换出稳定温度的空调用冷水。蓄水池通过水流分布器从池中取水和向池中送水，水流分布器可使水缓慢的流入和流出水池，以尽量减少紊流和扰乱温度剧变层。当蓄冷时，随着冷水不断从下部送入水池和热水不断从上部被抽出，温度剧变层稳步上升。反之，当取冷时，随着热水不断从上部流入和冷水不断从下部被抽出，温度剧变层逐渐下降。好的分层的蓄冷水池所蓄存能量的95%以上可以有效地用于供冷。

水流分布器放置于蓄冷水池的上部（热水）和底部（冷水）。它的作用是使水以重力流或活塞平稳地流入或引出水槽，以便使水按不同温度相应的密度差异依次分层，形成并维持一个稳定的斜温层，以确保水流在贮槽内均匀分布，扰动小。此斜温层流体力学特性可用弗兰德（Frande）准数决定，同时也受雷诺（Renolds）准数及系统运行合理与否的影响。

Fr准数的流体力学物理意义是作用于流体的惯性力与浮升力之比，无量纲。它是确立形成斜温层的必要条件，流体状态与Fr准数值之间的关系，经大量研究可以用下列数值作简单判别：

当Fr≤1时，在进出口水流中，浮力大于惯性力，则流型为重力流；

当Fr＞1时，重力流仍将维持；

当Fr≈2时，惯性流为主、水流混合明显出现。所以为了使取冷时从上部进入的热水和蓄冷时从下部进入的冷水，主要依靠密度差而不是依靠惯性力横向流动，设计水流分布器时应保证Fr数约为1，而绝不大于2。

本项目配水采用多次配水的方法，按佩尔优公司三次精细布水技术进行设计及施工，

以保持蓄冷水池内的水流速度场均匀。由布水管分水进行一次布水，一次布水管由镀锌钢板镀锌钢管制作而成。由镀锌钢板（射流孔）进行第二次布水，第二次布水板由角钢固定，角钢采用镀锌角钢。由配水帽进行第三次精细布水，配水帽为不锈钢材料。

5.2水池保温

为了减少蓄冷水池的冷量损失和减少因水池壁的传热引起斜温层的形成，必须对蓄冷水池外壁进行保温。蓄冷水罐先涂上防绣漆，再利用沥青粘贴两层聚乙烯保温材料，最后利用彩板和铆钉固定，保温效果很好。

6、水蓄冷控制系统

6.1 控制目的

（1）运行方式：由于空调的冷负荷是随室外气温的变化而变化的，也就是说，室外温度的变化，决定蓄冷量的多少，进而确定蓄冷冷水机组的运行数量。因此在夏季最热的时候，其运行方式是由主机和蓄冷槽联合供冷，在过渡季节其运行方式由部分供冷向全量供冷过渡，其具体运行方式为：

（2）运行管理模式：

本系统可提供四种供冷方式：

●蓄冷水池单独供冷。

●制冷机单独供冷。

●制冷机与蓄冷水池联合供冷。

●充冷供冷同时进行。

蓄冷控制系统通过对制冷主机、水蓄冷槽、系统水泵、冷却塔、系统管路调节阀等设备的运行进行监测和控制，调整蓄冷系统应用工况的运行模式，在安全和经济的条件下给空调末端系统提供稳定的供水温度。

6.2 控制功能

1).根据季节和机器运行情况，控制系统具备工况转换功能。

2).控制制冷主机、及外围设备的启停的数量及监测设备的工作状况与运行参数，

如：电动阀开关、调节与阀位显示及蓄冷量测量与显示等等。