杭州交通银行金融大楼冰蓄冷空调设计介绍

1杭州交通银行金融大楼冰蓄冷空调设计介绍1工程总体概况1.1建筑概况：交通银行杭州分行金融大楼，位于杭州市庆春路173#，简洁而庄重的外形与美丽的西子湖遥相呼应。大楼占地面积4000m2，总建筑面积19913m2，空调使用面积15000m2。大楼主体建筑高51.1m，建筑物最高点68m，共分15层，地下两层，是一座集金融、办公于一体的现代化大厦。大楼1994年6月动工，1997年8月竣工。该大楼先后荣获全国新技术示范工程、中国建筑工程鲁班奖等多项荣誉称号。其采用的STL冰蓄冷中央空调技术被列为浙江省火炬计划项目。1.2空调概况：整个建筑夏季设计最大冷负荷为1919kW，冬季热负荷为1395kW，建筑面积冷指标为128W/m2，建筑面积热指标为93W/m2。大楼白天工作时间为8:00-18:00，夜间无负荷，夏季全日设计总冷负荷为17960kWh。室内主要采用以下空调形式：全空气系统；风机盘管加新风系统；单元式空调器系统；直流式全新风系统；再循环空气系统；冷热源采用STL冰蓄冷中央空调加轻油锅炉的形式，空调制冷机房面积190m2，蓄冷罐放置面积112m2，燃油锅炉放在屋顶锅炉房。1.3应用冰蓄冷的先决条件及背景:常规的蓄冰空调是利用昼夜峰谷负荷的差值进行夜间蓄冰白天放冷调节平衡电网负荷的一种空调系统。要采用蓄冰空调的先决条件是电力部门是否制订优惠的峰谷电价政策（应急冷源除外）。峰谷电价差值越大时，蓄冰空调的发展越有利，而受益最大的是国家电力能源部门。因此,全国各地陆续出台了峰谷电价政策（见表1）和一系列对冰蓄冷空调的优惠政策。如杭州市三电办明文指出：采用冰蓄冷空调的业主一次性奖励10万kWh电；在用电高峰实行峰谷分时计量（即晚间0.32元/kWh，白天0.97元/kWh）；夏季可不避峰使用；减征空调电力增容费30-50%。这2对促进杭州地区的冰蓄冷空调起到了积极的推动作用。而蓄冰空调特别适用于间歇空调系统及峰谷负荷差较大的连续运行空调工程，尤其在空调峰值负荷与电网负荷同步或接近同时出现时更为适用。如：金融办公大楼、影剧院、体育馆、非昼夜运行的工厂车间等。正是在上述因素的影响下，经过详尽科学的经济技术比较，交通银行杭州分行最终决定采用法国西亚特的STL冰球蓄冰空调技术。1.4应用冰蓄冷的先决条件及背景:常规的蓄冰空调是利用昼夜峰谷负荷的差值进行夜间蓄冰白天放冷调节平衡电网负荷的一种空调系统。要采用蓄冰空调的先决条件是电力部门是否制订优惠的峰谷电价政策（应急冷源除外）。峰谷电价差值越大时，蓄冰空调的发展越有利，而受益最大的是国家电力能源部门。因此,全国各地陆续出台了峰谷电价政策（见表1）和一系列对冰蓄冷空调的优惠政策。如杭州市三电办明文指出：采用冰蓄冷空调的业主一次性奖励10万kWh电；在用电高峰实行峰谷分时计量（即晚间0.32元/kWh，白天0.97元/kWh）；夏季可不避峰使用；减征空调电力增容费30-50%。这对促进杭州地区的冰蓄冷空调起到了积极的推动作用。而蓄冰空调特别适用于间歇空地区实施电量范围时段划分峰谷比北京市1.商业1-10kV,35kV2.非居民用电1-10kV,35kV1）高峰8:00-11:0018:00-23:002）平段11:00-18:007:00-8:003)谷段23:00-7:004.5:1天津市1）高峰8:00-11:0018:00-22:002）平段11:00-18:0022:00-0:003)谷段0:00-8:004.4:13上海市1.工业2.商业1）高峰8:00-11:0018:00-21:002）平段12:00-18:007:00-8:003)谷段22:00-6:001)2.2:12)1.89:1浙江1）高峰8:00-22:002)谷段22:00-8:003.3:1济南1）高峰8:00-11:0018:00-23:002）平段11:00-18:007:00-8:003)谷段23:00-7:003:1湖北1.100KVA及以上工业用户2.趸售用户1）高峰（7小时）7:00-11:0019:00-22:002）平段（10小时）11:00-19:0020:00-22:003)谷段（7小时）0:00-7:004:1河南1.工业4）趸售2.商业3.地方电厂上网1）高峰（11小时）8:00-11:0015:00-22:003)谷段（13小时）11:00-15:0023:00-8:005:1湖南除福利厂外的1.大工业2.非普工业1）高峰（11小时）7:00-11:0015:00-22:002）平段（5小时）11:00-15:0022:00-23:003)谷段（8小时）23:00-7:003:14江西1.工业（一、二班制或三班制负荷率小于95%）2.农业3.小水电上网4）趸售1）高峰（8小时）7:00-11:0019:00-23:002）平段（9小时）11:00-19:006:00-7:003)谷段（7小时）23:00-6:003.2:1网供1.转售葛、丹电量2.四省互供电量1）高峰（8小时）7:00-11:0019:00-23:002）平段（10小时）11:00-19:006:00-7:0023:00-24:003)谷段（6小时）0:00-6:002:1左右调系统及峰谷负荷差较大的连续运行空调工程，尤其在空调峰值负荷与电网负荷同步或接近同时出现时更为适用。如：金融办公大楼、影剧院、体育馆、非昼夜运行的工厂车间等。正是在上述因素的影响下，经过详尽科学的经济技术比较，交通银行杭州分行最终决定采用法国西亚特的STL冰球蓄冰空调技术。2.1蓄冰空调方案的选择2.1.1蓄冰系统负荷计算方法在方案阶段可以利用负荷曲线中逐时负荷分布直接给出宾馆、办公、商场等建筑的逐时负荷系数。有关建筑物的平均负荷系数及工作时间如下表：（供参考）表25建筑物用途设计日平均负荷系数工作时间（h）办公楼0.8-0.9310商场0.7512-14宾馆0.6724学校0.859也可以直接估算设计日总负荷，采用平均负荷法，即：日总负荷等于设计日空调运行小时数乘以日平均冷负荷。不同建筑平均冷负荷占峰值冷负荷之比为负荷系数,一般为0.56-0.85，需要认真分析空调负荷特点，进行合理取值。2.1.2空调蓄冰的方式在方案阶段采用哪种蓄冰方式也是蓄冰空调设计的关键问题之一。就目前蓄冰空调而言，共有如下几种方式：以上的蓄冰方式中用的最多的是封装冰蓄冷和盘管式蓄冷。经过设计人员和业主的调查分析后，决定采用简便、可靠、性能优良的法国西亚特STL蓄冰装置。本工程选用的是C-00系列冰球，每堆积1立方米冰球数为1320个，潜热为48.4kWh。蓄冰罐常用6的有立式罐、卧式罐和方槽三种形式，根据本工程的实际特点和机房形式，决定采用卧式罐，总蓄冷体积为140m3，该罐为目前国内最大的单体卧式蓄冷罐，但罐内压降非常小，只有2.5mH2O，这也是STL系统相对其它系统来讲的一大特点。在该方案的确定过程中，主机的选择也非常重要。根据蓄冰的需要，该制冷主机必须具备双工况运行功能，即空调工况（出口5℃）和蓄冰工况（出口-6℃）。可供选择的主机形式有以下三种：往复式、螺杆式和多级离心式。往复式由于效率低未列入选择范围，而离心式制冷机由于其效率高的优势只有在大容量时才能体现，且零部件非常之多，我们认为也不适合于本蓄冰工程。最后我们选择了法国西亚特公司生产的单螺杆制冷机，采用R22制冷剂。单螺杆压缩机较目前常用的双螺杆机的主要长处在于其结构更加简单、受力平衡好、轴承受力小、运动部件之间余隙小但无磨损，所以部分负荷时效率高、使用寿命长，尤其适用于蓄冰空调中工况经常发生变化、连续运行时间长的特点。至于蓄冰的模式，可以采用的有全部（全量）蓄冰模式和部分（分量）蓄冰模式。根据本工程特点，我们选用部分蓄冰的模式。2.1.3蓄冰空调模式1)、全部（全量）蓄冰模式：如图1，全部（全量）蓄冰模式的蓄冰时间与空调使用时间完全错开，在夜间非用电高峰期启动制冷机进行蓄冷，当所蓄冷量达到空调所需的全部冷量时，制冷机停机；在白天空调时蓄冷系统将冷量供给到空调系统，空调期间制冷机不运行。全部蓄冰时，蓄冰设备要承担空调所需的全部冷量，故蓄冰设备的容量最大，初投资费用高，若峰谷电价差较大，运行电费也最节省。72)、部分（分量）蓄冰模式：如图2，部分（分量）蓄冰模式是指在夜间非用电高峰时制冷设备运行，蓄存部分冷量。白天空调高峰期间一部分空调负荷（尖峰负荷）由蓄冷设备承担，另一部分则由制冷设备负担。在设计计算日（空调负荷高峰期）制冷机昼夜运行。部分蓄冷制冷机利用率高，蓄冷设备容量小，制冷机比常规空调制冷机容量小30-40%，是一种更经济有效的运行模式。8根据以上分析，本设计方案采用部分蓄冰模式。2.1.4蓄冰流程选择蓄冰空调系统在运行过程中可有两种运行工况，即蓄冰工况和放冷工况。在蓄冰工况时，ＳＴＬ系统内的载冷剂，即２５％浓度的乙二醇溶液温度低于冰球内溶液的相变温度，球内的蓄能物质便逐步结成冰，从而将冷能储存起来。在放冷工况时，ＳＴＬ系统内的载冷剂温度高于冰球内溶液的相变温度，球内的冰（或固态）融解，将冷量释放出来。在ＳＴＬ蓄冰空调系统中，乙二醇溶液系统的流程有两种：并联流程和串联流程。a、并联流程：这种流程中制冷机与蓄冰罐在系统中处于并联位置，当最大负荷时，可以联合供冷。同时该流程可以蓄冷、蓄冷并供冷、单溶冰供冷、冷机直接供冷等。并联流程原理如图３。b、串联流程：即制冷机与蓄冰罐在流程中处于串联位置，以一套循环泵维持系统内的流量与压力，供应空调所需的基本负荷。串联流程配置适当自控，也可实现各种工况的切换。串联系统原理如图４：9并联流程在发挥制冷机与蓄冰罐的放冷能力方面均衡性较好，夜间蓄冷时只需开启功率较小的初级泵运行，蓄冷时更节能，运行灵活。串联流程系统较简单，放冷恒定，适合于较小的工程和大温差供冷系统。根据本工程特点，选用的是并联流程。2.2、蓄冰装置的设计选型计算2.2.1制冷机容量的计算制冷机的冷量是根据冷负荷图绘出的日常最大总负荷来选型，根据本大楼工作情况：白天负荷从早上8:00～18:00为工作时间；晚上蓄冷时间为低谷电时段22:00～８:00，实际冷机运行20小时，所以，当晚上制冰蓄冷工况时，由于其蒸发温度较低，其制冷量小于空调制冷量，所以制冷机在白天空调工况下计算制冷量应为：Pr=Qj/[(20-Lab)×f+Lab]=17960/[10×0.67+10]＝1075.5kW(924930Kcal/h)式中：Lab－制冷机直接供冷时间（10h）f－冷机直接供冷转为储冷工况而引起制冷量下降的系数。蒸发温度每下降1℃，冷量减少3％，从5℃下降到－6℃，Δt=11℃，f=1-0.03×Δt=0.672.2.2制冷机组的选用：考虑到蓄冷装置、管道等的热损失，为安全计，制冷机组的实际安装容量须乘1.1010的附加系数，即为1183kW。根据供应商的技术资料，选用2台双工况LBI661型单螺杆制冷压缩机，2台空调制冷量为：628kW×2＝1256kW，其冷量调节为10～100％，适合本工程空调、蓄冰的需要。2.2.3蓄冷量的计算蓄冷时热能密度DSTL（每立方米储存的能量）DSTL＝Q1+Qs1×(t3-Tst)+Qss×(Tst-Tm)式中：Q1－C00型蓄冷球的相变潜热48.40kWh/m3;Qs1－C00型蓄冷球的液态显热1.10kWh/m3℃;Qss－C00型蓄冷球的固态显热0.70kWh/m3℃;t3－放冷阶段蓄冷系统的出液温度5℃Tst－蓄冷球的相变温度0℃Tm－蓄冷期结束时冷媒平均温度，蓄冷末期温度范围为－6℃～－2.6℃，则Tm＝[(-6)+(-2.6)]/2=-4.3℃∴DSTL=48.40+(1.1×5)+0.7×4.3=56.9(kWh/m3)需要储存的冷能：Pr×0.67×10＝7926(kWh)储冷必要的体积：V＝7926/56.9＝139.9(m3)，取V=140m3（实际）2.2.4蓄冷罐外形尺寸的确定根据现场布置与运输高度，决定采用卧式蓄冷罐，直径取φ=3800mm，长