1、1冰蓄冷中央空调系统的运行管理与能耗分析摘要：空调冰蓄冷技术是七十年代开始在国外兴起的一门实用综合技术，我国从九十年代开始逐渐引入，并在近几年迅速发展。中国科学技术馆冰蓄冷系统在 2010 年 7 月调试完毕并全面投入使用。本文介绍了科技馆冰蓄冷系统在制冰、融冰、制冷等工况下的运行管理方案，以及运行中通过合理调节而达到的最佳节能效果。结合具体案例分析，阐述了冰蓄冷系统 在中央空调中的优势。关键词：冰蓄冷、运行策略、管理方案、能耗分析2目 录一、项目概况二、制冷站设备表三、系统流程图1、流程与颜色2、乙二醇流程说明四、冰蓄冷中央空调运行策略五、科技馆冰蓄冷系统自控模式1、融冰优先工况模式2、系统
2、制冰工况模式3、主机运行工况模式六、具体运行管理方案1、各时段电价表2、运行方案3、制冷机组运行和冰蓄冷运行的能耗分析比较3绪论：改革开放以来，我国电力需求增长非常迅速，尤其是一天内用电高峰与低谷差距在不断拉大，电网运行的不均匀情况日趋严重。高峰用电量中空调用电就占了 30%以上，使得电力系统峰谷差急剧增加，电网负荷率明显下降，这极大影响了发电的成本和电网的安全运行。空调冰蓄冷技术是七十年代开始在国外兴起的一门实用综合技术，由于可以对电网的电力起到移峰填谷的作用，有利于整个社会的优化资源配置；同时，由于峰谷电价的差额，使用户的运行电费大幅下降，我国从九十年代开始逐渐引入，并在近几年迅速发展。因
3、为其自身的特点，推广使用冰蓄冷中央空调是一项利国利民的双赢举措。一、项目概况：中国科技馆新馆的总建筑面积为 10 万 m，空调冷负荷为 14280KW，制冷机组采用 3 台制冷量为 2743KW 的双工况离心式制冷机，1 台 1055KW 的离心式冷水机组。冰蓄冷系统采用内融冰、主机上游串联系统，总蓄冰量 43859KW。科技馆中央空调在 2009 年 9 月份开馆前正式投入使用，但由于设备原因，冰蓄冷系统在 2010 年 7 月下旬才调试完毕并投入运行。作为中央空调的运行管理方，我们必须为科技馆提供切实可行的运行管理方案，既要保证设备安全运行，又要达到节能的目的。二、制冷站设备表：序号 设备
4、名称 主要参数 数量 服务对象 备注空调工况制冷量:2743Kw(780RT)乙烯二醇温度：11.3/6.3 冷却水水温 32/37制冰工况制冷量：1776Kw(505RT) 乙烯乙二醇温度：-2.3/-5.6，冷却水水温 30/33.371双工况离心冷水机组空调工况输入功率：538Kw，制冰工况输入功率：448Kw 3空调冷水冷源载冷剂为 25%的乙烯乙二醇溶液，采用环保冷媒R134a。42离心冷水机组制冷量：1055Kw(300RT)，电机参考功率：216Kw冷冻水水温 7.3/14.3冷却水水温 32/37 。 1基本空调冷水冷源采用环保冷媒R134a，3板式换热器热交换量：4760Kw
5、， 一次乙二醇温度：2.5/11.3，二次水温：4.5/13.3 。3 一次侧：乙二醇 二次侧：水4蓄冰系统一次泵流量：465m3/h，扬程：45m，参考功率：75Kw 4空调冷水循环三用一备，并联运行，变频控制， 5基载主机一次泵流量：130m3/h，扬程：20m，参考功率：11Kw 2空调冷水一次水循环一用一备6冷却水泵流量：563m3/h，扬程：35m，参考功率：75Kw 4空调冷却水循环三用一备，并联运行7 冷却水泵流量：216m3/h，扬程：35m，参考功率：30Kw 2空调冷却水循环一用一备8乙二醇循环泵流量：508m3/h，扬程：39m，参考功率：90Kw， 4乙烯乙二醇循环三用
6、一备，并联运行9 蓄冰盘管 有效蓄冰量：380RT.h33组蓄冰 美国-BAS三、系统流程:1、流程与颜色（见图 1）：系统的管道没有水流动时为灰色，当水泵打开，管道内水流动时，系统以四种颜色表示四个不同的子系统。绿色表示冷却水系统；紫色表示乙二醇系统；蓝色表示冷冻水系统。设备运行时，以闪烁的形式表示。2、乙二醇系统流程：5蓄 冰 系 统：水泵制冷机蓄冰槽水泵融 冰 流 程：水泵制冷机蓄冰槽板换水泵联合供冷流程：水泵制冷机蓄冰槽板换水泵以上各工况互相转换可通过制冷站自控系统 V1、V2、V3、V4 四个阀门组进行转换，也可通过手动控制此阀门组进行各工况间的转换。V3V2 V1 V4图1四、冰蓄
7、冷中央空调运行策略：在冰蓄冷中央空调系统中存在冷机和蓄冰装置两个冷源，根据两个冷源之间的关系，冰蓄冷空调的运行策略可归纳为两类：融冰优先和冷机优先。融冰优先的运行策略就是在供冷时优先使用蓄冰装置，只有当负荷大于蓄冰装置的融冰能力时才投入冷机供冷。融冰优先的宗旨是确保低谷电时段蓄的冷量能被充分利用。优点:融冰优先的运行策略能有效的降低冷机的装机容量，并且即使对融冰速率较低的蓄冰系统也能最大限度地利用其蓄冰量。缺点：在三段供电的地区，融冰优先的运行策略不能将谷电蓄冷量集中在峰电时使用，因此在降低运行费用方面，效果不如冷机优先的运行策略。6冷机优先的运行策略就是在供冷时优先使用冷机，只有在峰电时段，
8、或负荷大于冷机的供冷能力时才启用蓄冰装置供冷。冷机优先的宗旨是在三段电价的政策下，确保低谷电时段蓄的冷量能在高峰电时段使用，追求最大经济效益。优点：能做到真正意义上的移谷填峰，对体育场馆、影剧院等短时间大负荷的工程更能大幅降低冷机装机容量。缺点：对蓄冰系统的融冰速率有较高的要求。五、科技馆冰蓄冷系统自控模式。1、融冰优先工况：在融冰优先工况下，系统将如下模式进行控制：在设定的时间范围内，当融冰速率一直大于设定值时，增加一台主机进行供冷，保证融冰速率控制在合理的范围之内。当融冰速率小于设定值后，系统会自动停止一台主机供冷，保证取冰率不会过低。在融冰供冷温度持续大于设定值规定的时间内，系统认为冰已
9、经全部用完，自动停止融冰，切换到主机供冷工况。2、系统制冰工况：在自动条件下，系统在时间设定中提供了制冰时间设定，自动模式是以此时间为准，当处于设置的时间范围内为工作，否则为停止。3、主机运行工况：自动模式是由系统根据末端供回水温度的设定进行运算，如果当前的机组数量无法满足温度要求，系统自动增加主机开启。六、具体运行管理方案。（一） 、各时段电价表：7 月9 月尖峰时段：（11 时-13 时、20 时-21 时）1.33 元/度1 月6 月、10 月12 月峰 段：（10 时-15 时、18 时-21 时）1.21 元/度平 段：（07 时-10 时、15 时-18 时、21 时-23 时）0
10、.75 元/度谷 段：（23 时-07 时）0.31 元/度（二） 、运行方案：1、系统蓄冰。夏季蓄冰工作在 23：00 至次日 7：00 进行，乙二醇供回水温度达到-5.67/-2.3，冰槽物位计显示 100%时，即蓄冰量达到 100%，蓄冰工作停止。每晚的蓄冰量直接影响到第二天的空调运行，所以我们要求每组运行人员在蓄冰时，必须检查 V1、V2、V3、V4 阀门组是否正常工作状态，各机组水泵压差是否正常，蓄冰槽温降是否正常，东西冰槽蓄冰率是否均衡。2、系统融冰、供冷。根据惯例，白天的融冰工作主要是在用电高峰段进行，即 10：0011：00（电价为 1.21 元/度） 、11：0013:00(
11、电价为 1.33 元/度)、13：0015：00（电价为 1.21 元/度）共 5 小时的时间段。但是根据科技馆暑期的特殊情况，每天 8：00 冷水机组投入运行后，长时间处在 100%的满符合状态下运行，既不节能还影响机组使用寿命。通过负荷计算我们对运行策略做了及时的调整，改为 8：00 进行机组运行联合融冰供冷 ，11：00 开始进行融冰优先工况。且融冰率不能达到 100%，否则在晚 23:00 开始制冰，至次日 7：00仍达不到要求的出水温度-5.6，满足不了蓄冰池总冷量的储存，也达不到节约电费成本的目的。每次融冰 80%90%即可。3、冷站温度调节。按照设计要求，空调的供回水温度为 4.
12、5/14.5，低水温大温差运行，但是经过实际操作，我们发现这个标准不适合科技馆的特殊情况。因为中控系统的末端调节存在一定的时间差（由于展厅条件限制，90%的变风量末端温控点没有下引，所以夏天的展厅温控出现滞后现象） ，如果供 4.5的水到各机房、机组，展厅温度会瞬间下降到 22以下,融冰速率无法得到有效控制。通过中控系统的数据反馈和计算，我们把冷冻水温度改成了 11，这样既延长了融冰时间，又便于中控系统对末端温度的调节。（三） 、制冷机组运行和冰蓄冷运行的能耗分析。夏季室外环境温度达到 34以上时，全部开启 3 台双工况主机，1 台基载主机的情况下仍不能保证经冷站送出的空调水要求温度，只能达到
13、 13左右，必须依靠冰蓄冷系统提供 30%的冷源，才能达到冷站正常设定的出水温度 11，保证空调系统的正常运行，并能做到减少电费降低成本的功效，具体运行案例如下：1、4 台主机供冷2010.7.1 天气晴 室外最高温度 30。由于冷站设备当时尚具备自动化蓄8冰条件，双工况机组为空调模式。1#、2#、3#双工况机组和基载机组同时运行。启机时间 7：30，停机时间为 16：30、9：30 冷冻水供回水温度为 13.1/16.3,运行时间共计 9 小时。能耗分析：（1） 、空调工况耗电量：基载机组：216KW1 台=216KW基载冷冻泵：11KW1 台=11KW基载冷却泵：30KW1 台=30KW基
14、载冷却塔：11KW1 组=11KW双工况机组：538KW3 台=1614KW双工况冷冻泵：75KW3 台=225KW双工况冷却泵：75KW3 台=225KW双工况冷却塔：30KW3 组=90KW乙二醇泵：90KW3 台=270KW总耗电量为：2692KW（2） 、电费计算：平谷（7：00-10：00）：2692KW4 小时0.75 元=8076 元峰段（10：00-15:00）：2692KW3 小时1.21 元=9772 元尖峰段(11:00-13:00)：2692KW2 小时1.33 元=7161 元总电价为：25009 元/日2、结合冰蓄冷供冷2010.8.29 天气晴 室外最高温度 32
15、：融冰时间为 8：3016：30 共计8 小时；2#双工况机组空调模式运行共计 3 小时（8：3010：00 15：0016：30 运行）：二次冷冻机出水温度设定值为 11，实际温度在 10.511.5之间上下。能耗分析：（1） 、制冰工况能耗：双工况机组制冰：448KW3 台=1344KW乙二醇泵：90KW3 台=270KW冷却泵：75KW3 台=225KW9冷却塔：30KW3 组=90KW总耗电量为：1929KW折合电费：1929KW0.31 元8 小时=4784 元（2） 、空调工况能耗：双工况机组供冷：538KW乙二醇泵：90KW冷却泵：75KW冷冻泵：75KW冷却塔：30KW总耗电量
16、为：808KW折合电费：808KW0.75 元3 小时=1818 元（3） 、融冰工况能耗：乙二醇泵：90KW2 台=180KW冷冻泵：75KW2 台=150KW总耗电量：330KW（4） 、电费计算平谷 330KW0.75 元3 小时=743 元峰段 330KW1.21 元3 小时=1198 元尖峰段 330KW1.33 元2 小时=878 元总电费为：9421 元/日从上述案例中可以看出，正确使用冰蓄冷系统，既可达到空调要求标准，还能起到显著的节约成本的功效，降低运行费用。 结束语：我国的节能减排工作刻不容缓，节约用电、合理用电为节能减排工作的重中之重。中央空调系统是各企业、单位的用电大户，对于节能而言有着很大的挖掘潜力，合理的运行管理就能节约可观的电量。作为中央空调的运行管理者，要不断的总结工作经验，定期汇总运行数据，进行能耗分析，为今后的中央空调运行提供全面的数据和指导，制定出更加科学的管理方案，而先进的自控系统和合理的设备选型，是科学运行管理的保障。参考文献：10于航 空调蓄冷技术与设计 化学工业出版社 2007 年 9 月北京第一版第一次印刷
