冰蓄冷系统在某住宅小区中的应用和运行分析

櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗毉毉毉毉建筑节能与空调冰蓄冷系统在某住宅小区中的应用和运行分析梁浩１，于航１，王小林１，董齐２（１．同济大学机械工程学院暖通空调研究所２０００９２；２．上海机电设备招标公司２０００６０；３．上海恺凯能源科技有限公司２０００４１）摘　要：介绍了上海某住宅小区应用冰蓄冷中央空调的系统及运行情况，包括其工程概况、冷负荷概算、系统设备配置及运行策略等。分析了该系统目前存在的问题并指出了可能的解决方法。关键词：冰蓄冷空调系统；住宅小区；运行管理　　中图分类号：ＴＵ８３１　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００５７４３９（２００８）０２００９４０３犜犺犲犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀犪狀犱犗狆犲狉犪狋犻狅狀犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犐犮犲犛狋狅狉犪犵犲犛狔狊狋犲犿犻狀犪犚犲狊犻犱犲狀狋犻犪犾犇犻狊狋狉犻犮狋犔犐犃犖犌犎犪狅１，犢犝犎犪狀犵１，犠犃犖犌犡犻犪狅－犾犻狀１，犇犗犖犌犙犻２（１．ＴｏｎｇｊｉｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｌｌｅｇｅＨＶＡＣｇｒａｄｕａｔｅｓｃｈｏｏｌ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｇｈａｉｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂｉｄｄｉｎｇｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００６０，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｈａｎｇｈａｉＫｉＫＥｎｅｒｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００４１，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇａｎｄｒｕｎｎｉｎｇｉｃｅｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｉｎａｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｃｔｉｎｓｈａｎｇｈａｉ．Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｏｖｅｒｖｉｅｗ，ｃｏｏｌｉｎｇｌｏａｄｅｓｔｉｍａｔｅｓ，ｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｉｔａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｗｈｉｃｈｅｘｉｓｔｉｎｔｈｅｉｃｅｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ＩｃｅＳｔｏｒａｇｅＡｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ；ＲｅｓｉｄｅｎｔｉａｌＤｉｓｔｒｉｃｔ；ＯｐｅｒａｔｉｏｎＭａｎａｇｅｍｅｎｔ　　１　工程概况上海某住宅小区位于上海闹市中心，小区内以高档住宅为主，兼有商业、餐饮、医院、办公等房地产开发性项目，空调总面积达２５万ｍ２。小区设在东区和西区的２座区域能源中心，提供用户空调和生活热水所需的冷热水源，夏季的空调制冷采用冰蓄冷技术，冷冻水供回水温度为４．５℃／１４．５℃，通过覆盖全区的街区管网输送至设在各住宅楼栋及非住基金项目：自然科学基金，项目编号：５０６０８０５５；“十一五”国家科技支撑计划重大项目，编号：２００６ＢＳＣ０２Ｓ０３宅建筑的二次换热站。夏季，小区夜间的空调负荷以住宅和医院为主，根据计算约为５５００ｋＷ。能源中心的空调冷源基载制冷机组采用１台２８８７ｋＷ（８２１ＲＴ）和２台１４０６ｋＷ（４００ＲＴ）的离心机组；制冰主机采用４台１８２８ｋＷ（５２０ＲＴ）的双工况螺杆式制冷机组，总储冰量为４００００ｋＷｈ左右，高峰供冷能力为１５５１３ｋＷ。为了减少冷冻水输送系统的投资、输送动力消耗及管路冷量损耗，项目的设计还采用了大温差供冷技术和变频技术，通过室外管网把冷冻水直接送到各用户的空调箱。住宅每户设１台空调箱（复式为多台），采用全空气系统，把冷风送至各房间。设在能源中心的蓄冰系统由储冰槽、双工况制冷机组、乙二醇循环泵、离心式基载主机、基·４９·第２９卷第２期２００８年４月能源技术ＥＮＥＲＧＹＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．２９　Ｎｏ．２Ａｐｒ．　２００８载主机冷冻水泵、冷冻水主循环泵以及板式换热器等部分组成，见图１，系统的配置见表１。１—储冰槽２—双工况制冷机组３—乙二醇循环泵４—离心式基载主机５—基载主机冷冻水泵６—冷冻水主循环泵７—板式换热器图１　蓄冰系统的组表１　冰蓄冷系统设备配置情况（以东区为例）分项名称型号（数量）主要设备参数基载主机ＹＫＦＣＦＢＨ６５ＣＴＥ（１台）水冷离心式，制冷量２８８７ｋＷ（８２１ＲＴ），双工况主机ＹＳＦＣＦＡＳ５５ＣＮＥＳ（２台）水冷螺杆式，制冷量１８２８ｋＷ（５２０ＲＴ）／１２４１ｋＷ（３５３ＲＴ），冷却塔ＳＣ－５００ＵＬ（３台）横流式超低噪音方塔，５００ｍ３／ｈ，３７／３２℃，１５ｋＷ双工况冷却水泵ＨＳ２００１５０３００（３台）１４５０ｒ／ｍｉｎ，３７０ｍ３／ｈ，２７ｍ，８４％，３３／４５ｋＷ基载冷却水泵ＨＳ２５０２００３８０（２台）１４５０ｒ／ｍｉｎ，５９５ｍ３／ｈ，２８ｍ，８５％，５３／７５ｋＷ基载冷冻水泵ＨＳ２５０２５０２４０（２台）１４５０ｒ／ｍｉｎ，３４０ｍ３／ｈ，１５ｍ，７５％，１６．９／２２ｋＷ冷冻水循环泵ＨＳ２５０２００４８０（３台）１４５０ｒ／ｍｉｎ，３８５ｍ３／ｈ，４６ｍ，７９％，６２／７５ｋＷ蓄冰盘管ＴＳＣ－３８０Ｍ（１８组）已二醇循环泵ＨＳ２５０２００３８０（３台）１４５０ｒ／ｍｉｎ，３４０ｍ３／ｈ，４０ｍ，７９％，４７／５５ｋＷ已二醇补液泵ＣＲ３－７（２台）２９００ｒ／ｍｉｎ，３ｍ３／ｈ，３２ｍ，０．４６１／１．１ｋＷ冷冻水补液泵ＣＲ１６－１００（２台）２９００ｒ／ｍｉｎ，１５ｍ３／ｈ，１２２ｍ，６７．８％，７．４１／１１ｋＷ板式换热器ＭＸ２５－ＢＦＧＬ５０７（２台）２６６５ｋＷ，板片数５０７，材料ＡＩＳＩ３０４（不锈钢）控制系统（１套）全自动控制系统配电系统（１套）变压器３台，低压开关柜共计１３台２　冰蓄冷系统项目设计的负荷概算及运行２．１　空调的设计冷负荷空调的设计日逐时空调冷负荷见表２。表２　设计日的逐时空调冷负荷犽犠时刻逐时负荷住宅医院／办公商场／会所住宅非住宅合计０∶００１２９１００１２９１０１２９１１∶００１２９１００１２９１０１２９１２∶００１２９１００１２９１０１２９１３∶００８０５００８０５０８０５４∶００８０５００８０５０８０５５∶００１０７０００１０７００１０７０６∶００１３４１００１３４１０１３４１７∶００１３０１００１３０１０１３０１８∶００１８７２１１８５２９１８７２６４７２５１９９∶００１２８１１３８５５６１２８１６９３１９７５１０∶００１０２５１５６５２８１０２５６８４１７０９１１∶００１２８１１６６５７３１２８１７３９２０２０１２∶００１８０５１６６６６７１８０５８３３２６３８１３∶００１８０５１７７７０２１８０５８７８２６８４１４∶００２０５１１９７７３９２０５１９３５２９８６１５∶００２３０４１８７７５４２３０４９４０３２４５１６∶００２３０４１５７７９３２３０４９５０３２５５１７∶００２３０４１１８８８１２３０４９９９３３０４１８∶００２５６０１１８８３７２５６０９５５３５１５１９∶００２６９５０７９５２６９５７９５３４９１２０∶００２５６００７５６２５６０７５６３３１６２１∶００２１５００６８０２１５０６８０２８３０２２∶００１２９１０１３６１２９１１３６１４２７２３∶００１２９１００１２９１０１２９１总计３９７７５１６９７９９２４３９７７５１１６２１５１３９６根据逐时冷负荷指标和年供冷时段数据分布，可以计算得到年空调供冷量８５００４５３ｋＷｈ。其中住宅５７８２８５０ｋＷｈ，非住宅２７１７６０３ｋＷｈ。２．２　冰蓄冷分时蓄冷的运行策略每天６∶００－２２∶００，低负荷时融冰供冷，中负荷时基载机组供冷＋融冰供冷，高负荷时基载机组供冷＋双工况机组供冷＋融冰供冷。每天２２∶００－次日６∶００，基载机组供冷，双工况机组蓄冰。·５９·梁浩等：冰蓄冷系统在某住宅小区中的应用和运行分析２．３　供冷能力东区机房采用双工况机组２台，每台制冷量１８２８ｋＷ（５２０ＲＴ），制冰量１２４１ｋＷ（３５３ＲＴ）；采用基载机组１台，制冷量２８８７ｋＷ（８２１ＲＴ）。西区机房采用双工况机组２台，每台制冷量１８２８ｋＷ（５２０ＲＴ），制冰量１２４１ｋＷ（３５３ＲＴ）；采用基载机组２台，每台制冷量１４０６ｋＷ（４００ＲＴ）。这样，通过夜间８ｈ制冰蓄冰总量为４００００ｋＷｈ，３台基载机组夜间直接供冷量为５７００ｋＷ，白天尖峰值供冷采用基载机组供冷＋双工况机组供冷＋融冰供冷的方案，总供冷能力１５５１３ｋＷ。其中２５００ｋＷ为融冰所得冷量（融冰１６ｈ）。２．４　所需冷量（１）白天尖峰时段，住宅中１０８９户居民平均每户配置的空调容量为１０ｋＷ，假设同时使用率为８０％，总负荷为８９０２ｋＷ；商铺的空调总面积为２００００ｍ２，冷负荷１２１．８Ｗ／ｍ２，总负荷２４３６ｋＷ；医院的空调总面积为１２００ｍ２，冷负荷８１．２Ｗ／ｍ２，总负荷１００ｋＷ。写字楼大厦空调总面积为３００００ｍ２，冷负荷０．１１６ｋＷ／ｍ２，总负荷为３４８０ｋＷ。这样尖峰时段整个系统冷负荷合计为１４７２８ｋＷ。（２）夜间低谷电时段住宅的共用率降低至５０％，总负荷为５４４０ｋＷ；２０％商铺营业至凌晨２∶００，总负荷为４８７２ｋＷ；医院空调的使用率降低至５０％，总负荷为５０ｋＷ。这样低谷时段冷负荷合计为１０３６２ｋＷ。（３）以上计算可知，在尖峰时段，机房设备的最大供冷能力大于所需冷量７８５ｋＷ；但是在低谷时段，基载机组的最大供冷能力小于低谷时段所需冷量４６６２ｋＷ。３　目前运行情况、问题以及对策３．１　冰蓄冷系统运行情况小区冰蓄冷系统自２００３年建成并投入使用以来，为小区提供了舒适美观的居住环境，保证了良好的室内空气品质，提升了住宅小区居住生活品质，冷量供应稳定可靠，移峰填谷作用也很明显。但经过一段时间运行后，经营者出现了亏损。为此对系统的运行情况进行了测试和分析，得到一周内（２００７年８月１日－８月８日）日供冷量分布、融冰供冷百分比分布和供冷分布情况，见图２－图４。分析显示，系统的日供冷量、融冰供冷百分比和图２　日供冷量统计图３　日融冰供冷百分比分布图４　一周供冷分布周供冷分布基本正常。３．２　存在问题分析以及可能对策造成系统运行亏损的原因是多方面的，除了系统设计和运行的欠缺外，还包括不合理的收费管理制度。（１）系统的原设计对预期实际需用冷量估计不足，造成某些制冷设备在选型时容量偏小。原设计在蓄冰量的计算上考虑了同时使用率的因素，但是由于实行包月收费制度，很多业主２４小时开启空调，实际负荷大于设计负荷，导致蓄冰装置不能满足用户的需求，特别在最炎热的时候能源公司不得不（下转第１００页）·６９·梁浩等：冰蓄冷系统在某住宅小区中的应用和运行分析低，如果空气流量不变再生塔的再生量就会减少。从图中还可以看出，提高再生空气温度，溶液的再生量有上升趋势，但不是很明显，这主要是空气本身的比热容相对于溶液较小。不过试验系统的环境空气温度和含湿量还是较稳定的。４　结论（１）为了提高液体除湿空调系统的再生性能，应该选择合适的再生液气比，使得溶液泵和风机的功耗相匹配，降低运行功耗。（２）再生喷淋温度对再生效果有重要的影响，提高再生喷淋溶液的温度可以增加再生塔的再生量。（３）在运行中应尽可能地发挥除湿剂的作用，使得进入再生塔的溶液浓度较低，再生更容易。（４）本文试验结果可供逆流填料式再生塔进行设计和模拟计算参数，其方法和效果对再生塔系统的运行有指导意义。参考文献：［１］　殷勇高，张小松等．溶液除湿冷却系统的再生性能试验研究［Ｊ］．工程热物理学报．２００５，２６（６）：９１５９１７．［２］　路则锋，陈沛霖．逆流填料式液体除湿系统传热传质过程的分析解法及应用［Ｊ］．太阳能学报．２０００，２１（４）：４３９４４５．［３］　ＳａｎｊｅｅｖＪａｉｎａ，ＰＫ．Ｂａｎｓａｌ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｉｑｕｉｄｄｅｓｉｃｃａｎｔｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ２００７，３０：８６１８７２．［４］