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赖学江、樊卜源、李锐
(湛江海洋大学工程学院热能动力系 广东 湛江 524025)
一、前言
为了有效地、经济地使用现有能源，改善电力供需矛盾，目前采用的主要技术措施是电力负荷的“移峰填谷”，即用电高峰段付多钱。武汉市电力部门实施分时计费和峰谷电价制度，分时计费标准见表1
表1 武汉市分时计费标准 (元/kWh)
|
电价段 |
分段时间 |
计费标准 |
|
低谷段 |
0:00~7:00 |
0.22 |
|
高峰段 |
7:00~11:00 19:00~22:00 |
0.88 |
|
平段 |
11:00~19:00 |
0.55 |
湖北曙光软件园研发楼空调面积19600m2。空调冷负荷峰值3000kW,日冷负荷：25740kWh，空调热负荷峰值2600kW。典型设计日(最大负荷日)冷负荷如图1所示。
为降低空调运行费对该办公楼空调系统进行改造选用水源热泵。简要介绍了空调系统设计，包括机房设计水源水系统、水泵、水管、水井口装置等设计。改造后系统冬夏运行费降低一半以。
二、空调方案技术经济分析
2.1 方案A：冰蓄冷空调方案
由典型设计日负荷图可知，本项目无夜间冷负荷，白天冷负荷较大，负荷具有明显的峰谷特性，且由于建筑物自身功能决定了其白天负荷和具有波动性和瞬时性，因此我们推荐采用冰蓄冷中央空调方式，既符合国家相关电力政策，可直接享受峰谷电价的优惠，又能确保整个空调系统的舒适性、可靠性。从最经济的角度出发，我们选用双蓄双供的蓄冰中央空调系统，即两台主机在夜间蓄冰，在白天则根据负荷要求进行供冷。
该系统的优点是：(1)可以最大限度地减少主机容量，而获取大的蓄冷量，从而达到经济运行的目的。(2)夜间由两台主机同时蓄冷，白天则尽可以使用蓄冰罐供冷，100%负荷时，由两台主机和蓄冰罐同时供冷，75%负荷时，由一台主机和蓄冰罐同时供冷，40%负荷时，由蓄冰罐供冷。蓄冰时间：共计10小时(典型设计日)，装机容量降低了48%，蓄冷量10012kWh。(3)另外本方案采用人工湖水为夏季制冷、蓄冰的冷却水源，冬季作为热泵运行的低位热源，即省去了冷却塔，又达到比风冷热泵更佳的制热效果。
冰蓄冷空调冷冻站设备及功率见表2。
表2 蓄冷站设备及功率
|
序 |
项目 |
设备容量 |
数量 |
总功率(kW) |
|
1 |
主机 |
808 |
2 |
346 |
|
2 |
冷冻水泵 |
260m3/h |
2 |
90 |
|
3 |
冷却水泵 |
190m3/h |
2 |
60 |
|
4 |
冷却塔 |
250m3/h |
2 |
15 |
|
5 |
乙二醇溶液泵 |
160m3/h |
2 |
30 |
|
6 |
乙二醇溶液泵 |
290m3/h |
2 |
110 |
|
7 |
板式换热器 |
3000kW |
1 |
|
|
8 |
蓄冰设备 |
94m3 |
2 |
|
|
9 |
乙二醇 |
|
23吨 |
|
|
10 |
自控系统 |
|
|
|
|
11 |
中央热水机组 |
1396kW |
2 |
7 |
|
12 |
储油罐 |
10m3 |
1 |
|
|
13 |
供油系统 |
|
|
|
|
|
合计 |
|
|
636 |
2.2 方案B：水源热泵方案
水源热泵冷冻站设备及功率见表3。
表3 水源热泵设备及功率
|
序 |
项目 |
设备容量 |
数量 |
总功率(kW) |
|
1 |
主机 |
1550 |
2 |
622 |
|
2 |
冷冻水泵 |
260m3/h |
2 |
90 |
|
3 |
冷却水泵 |
260m3/h |
2 |
90 |
|
4 |
备用电锅炉 |
90万kcal/h |
1 |
1035 |
|
5 |
自控系统 |
|
|
|
|
|
合计 |
|
|
1837 |
说明：由于冬季的低位热源为人工湖水，当湖水温度低于8℃时需启用锅炉辅助加热。据统计武汉市湖水最低温度为5℃的湖水加热到8℃
2.3 方案C：风冷热泵方案(设备及功率见表4)
表4 风冷热泵方案(设备及功率见表4)
|
序 |
项目 |
设备容量 |
数量 |
总功率(kW) |
|
1 |
主面 |
560.5 |
6 |
960 |
|
2 |
冷冻水泵 |
100m3/h |
6 |
90 |
|
3 |
自控系统 |
|
|
|
|
|
合计 |
|
|
1050 |
|
4 |
备用电锅炉 |
90万kcal/h |
6 |
2070 |
说明：由于气温低于-5℃时主面不能工作，备用电锅炉根据用户意见安装。
表5 夏季100%、75%、40%负荷的日运行费用
|
时段 |
主机功率(kW) |
冷却泵功率(kW) |
冷冻泵功率(kW) |
乙二醇初级泵功率(kW) |
乙二醇次级泵功率(kW) |
总功率(kW) |
电价(元/kWh) |
电费(元) |
|
100%负荷 |
|
0~7 |
320 |
60 |
0 |
30 |
0 |
410 |
0.22 |
631.4 |
|
7~8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.88 |
0 |
|
8~11 |
334 |
60 |
90 |
30 |
110 |
624 |
0.88 |
1647.36 |
|
11~18 |
334 |
60 |
90 |
30 |
110 |
624 |
0.55 |
2402.4 |
|
18~19 |
320 |
60 |
0 |
30 |
0 |
410 |
0.55 |
225.5 |
|
19~22 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.88 |
0 |
|
22~24 |
320 |
60 |
0 |
30 |
0 |
410 |
0.55 |
451 |
| |
|
|
|
|
|
|
合计： |
5357.66 |
|
70%负荷 |
|
0~7 |
320 |
60 |
0 |
30 |
0 |
410 |
0.22 |
631.4 |
|
7~8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.88 |
0 |
|
8~11 |
167 |
30 |
90 |
15 |
55 |
357 |
0.88 |
942.48 |
|
11~18 |
167 |
30 |
90 |
15 |
55 |
357 |
0.55 |
1374.45 |
|
18~19 |
320 |
60 |
0 |
30 |
0 |
410 |
0.55 |
225.5 |
|
19~22 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.88 |
0 |
|
22~24 |
320 |
60 |
0 |
30 |
0 |
410 |
0.55 |
451 |
|
|
|
|
|
|
|
|
合计： |
3624.83 |
|
40%负荷 |
|
0~7 |
320 |
60 |
0 |
30 |
0 |
410 |
0.22 |
631.4 |
|
7~8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.88 |
0 |
|
8~11 |
0 |
0 |
45 |
0 |
55 |
100 |
0.88 |
264 |
|
11~18 |
0 |
0 |
45 |
0 |
55 |
100 |
0.55 |
385 |
|
18~19 |
320 |
60 |
0 |
30 |
0 |
410 |
0.55 |
225.5 |
|
19~22 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.88 |
0 |
|
22~24 |
320 |
60 |
0 |
30 |
0 |
410 |
0.55 |
451 |
|
|
|
|
|
|
|
|
合计： |
1956.9 |
表6 冬季100%负荷的日运行费用(油价按2.8元/升)
| 时段 |
锅炉功率(kW) |
耗油量(升) |
冷冻泵(kW) |
总功率(kW) |
油费(元) |
电价(元/kWh) |
电费(元) |
运行费(元) |
| 8~11 |
15 |
162.5 |
90 |
105 |
455 |
0.88 |
92.4 |
547.4 |
| 13~18 |
15 |
162.5 |
90 |
105 |
455 |
0.55 |
57.75 |
512.75 |
| 14~15 |
15 |
162.5 |
90 |
105 |
455 |
0.55 |
57.75 |
512.75 |
| 15~16 |
15 |
162.5 |
90 |
105 |
455 |
0.55 |
57.75 |
512.75 |
| 16~17 |
15 |
162.5 |
90 |
105 |
455 |
0.55 |
57.75 |
512.75 |
| 17~18 |
15 |
162.5 |
90 |
105 |
455 |
0.55 |
57.75 |
512.75 |
| |
|
|
|
|
|
|
合计： |
3111.15 |
表7 各制冷系统经济比较
|
项目 |
蓄冷水源热泵 |
水源热泵 |
风冷热泵 |
|
夏季100%负荷日运行费用(元) |
5357.66 |
7057.6 |
8958.4 |
|
夏季75%负荷日运行费用(元) |
3624.83 |
6351.84 |
6344.8 |
|
夏季40%负荷日运行费用(元) |
1956.9 |
3528.8 |
3810.4 |
|
冬季100%负荷日运行费用(元) |
3111.15 |
7057.6 |
9240 |
|
设备初投资(元) |
X |
92.5%X |
X |
|
电力贴费、建设费(万元) |
15.9 |
91 |
51.2 |
|
年运行费用(万元) |
夏季 |
38.6 |
64.6 |
68.7 |
|
冬季 |
32.4 |
43.8 |
57.2 |
说明：水源热泵空调、风冷热泵空调无电价优惠，按0.88元kWh(参考省电力局政策)
2.4 冰蓄冷方案日运行费用
夏季100%、75%、40%负荷的日运行费用，见表5。冬季100%负荷的日运行费用(油价按2.8元/升)，见表6。
三、各制冷系统经济比较
夏季制冷：夏季空调使用时间120天，100%负荷15天，75%负荷60天，40%负荷45天。
冬季制热：冬季空调使用时间100天，100%负荷10天，75%负荷45天，40%负荷45天。
各制冷系统经济比较见表7。
由表7看出，三种方案的初投资相差不大，但年运行费用相差甚远，方案A远低于方案B、C。方案A的冷冻机、蓄冰球、板式换热器由CIAT公司提供，系统匹配性能好，保证了系统运行的可靠性。与盘管蓄冷器相比，STL系统流通面积大，不易阻塞、腐蚀及结垢；即使有个别蓄冰球破裂也不影响系统性能，而盘管蓄冷器若管路一处破裂将导致蓄冰失败；由于蓄冷球换热表面积大和独特的蓄冷液配方，STL蓄冷系统具有很大的换热能力，可在短时间大量放冷，使系统更具弹性。所以，方案A为曙光软件园研发楼的最佳方案。
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