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Chilled water storage system for the Jingxin Building | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
提要 介绍了京信大厦由消防水池改造的水蓄冷系统，并结合运行数据，分析了蓄冷池在各种运行工况下的热工性 能，认为利用消防水池兼作水蓄冷，可以节约初投资和运行费，指出了水蓄冷系统设计、施工中应注意的问题。 关键词 水蓄冷系统 性能分析 设计 施工 Abstract Introduces the water thermal system for the building. Analyses its thermal properties in different work conditions with the data measured on site. Holds that the fire storage tank can also serve as a chilled water pool so to reduce both the first cost and operation costs. Points out the problems which should be noted in design and installation of the system. Keywords chilled water storage system property analysis design installation | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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夜间蓄冷：原空调系统中供高区的制冷机在夜间不用工作，可以用于水池蓄冷，制冷机型号为FL2-1000A（国产）。根据以往运行数据分析，机组空调工况实际出力仅为80%左右，即实际制冷量约为930kW。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
由于运行时间短，水管路上尚未装好流量计，测试时自控未正式投入使用，只能根据测试数据人工调节电动阀的开度。且由于本系统利用消防水池蓄冷，不容许水池排空时间过长，没有时间做内保温，原制冷机低温保护温度偏高（6℃），不能按设计工况运行。因此，必然带来一些总是如冷量蓄存不足、热损失过大等缺点。
根据水温和流量、可以逐时计算出冷量：
离散化为：
式中：CLj--冷量，J；
Mi--i时刻水流量，kg/s；
cp--水的定压比热容，J/（kg·℃ ）；
ΔTi--供回水温差，℃；
Δti--第i时刻与第i-1时刻的时间间隔，s。
由于流量计暂未安装，蓄冷、取冷流量均根据水泵性能曲线，按照设计状态选取。蓄冷流量为300t/h，取冷流量为120 t/h，温度、流量曲线见测试记录图。
蓄冷温度曲线（见图3）分析
图3
①蓄冷供回水温差开始约为4℃，后期约为2℃，温差随差供回水平均温差随着供回水平均温度的下降而下降。这是由于制冷机蒸发温度下降导致制冷能力下降的正常现象。
②从回水温差小是由于实际运行中采用大流量蓄冷。一般冷冻机都有低压保护，一旦供水温度达到设定值时（本工程机组设计值为6℃），立即自我保护、停止运行，即当系统回水温度为11℃时制冷机就会自动停止运行。而此时的水池蓄冷量未达到要求，为此需加大蓄冷泵的流量，减小冷冻水的进出口温差，以求能蓄存更多的冷量。所以，采用300t/h流量蓄冷，制冷机可使用水池回水温度达9.3℃，从而利用水池充分蓄冷。
取冷温度曲线（见图4）分析
图4
①取冷开始时水温为8℃，高于蓄冷结束时的6.3℃。这是由于蓄冷结束时为7：00，取冷开始时为11：00，水池未做保温，与空气、土壤发生传热，而且是刚开始运行，周围蓄热量很大，因而造成冷量损失。
②取冷供回水温差小。这是由于去年北京地区天气凉爽，试运行时气温低，宾馆负荷小，水池取冷设计为质调节，即调节混水阀开度，保证回水温度12℃，故取冷时供回水温度只能基本保持为2℃，而且为了测试水池的最大取冷量，连续运行了24h。
③从供回水温度、水池底部出水温度可以看出取冷温度可控性较好，依靠手控操作阀门开度，也能较好地控制混水比例，调节需要的供回水温度。而且水池底部出水温度低，可以适应高峰冷负荷的要求。当出现冷负荷高峰时，关小混水阀，可以取出大流量的低温水，取冷速度快。
④蓄冷量基本被取出，而冰蓄冷系统由于存在传热温差，部分蓄冷量会取不出来。
冷量曲线（见图5）分析
图5
①制冷机出力不足。大流量蓄冷8h，且蒸发温度仍基本为空调工况，蓄冷量仅为2800MJ，平均974kW。
②取冷量小于蓄冷量。由于水池未做保温，这部分冷损失会随着运行次数的增多而相应减少。
4 经济分析
4．1 初投资
①若采用增加1台700kW的制冷机的方案，设备总投资约120万元。每h用电200kW（包括冷却系统用电），需缴纳用电增容费106万元。
②水池改造仅需增设4台小水泵，加装水管、控制系统，投资共50万元，取冷时每h增加用电30kW（取冷泵），原供电系统可以满足，不需缴纳和电增容费，故可节约初投资176万元。
4．2 运行费
电价结构见表2。
表2
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高峰 |
平峰 |
低谷 |
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时间 |
8:00～11:00 |
7:00～8:00 |
23:00～7:00 |
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电费 |
0.534元/kWh |
0．318元/kWh |
0．118元/kWh |
①如采用制冷机直接供冷（估计运行16h/d，夜间负荷小可不开此小机组），每h用电200kW，电费为1363.2元/d。
②采用蓄冷池供冷
蓄冷用电400 kW（停开原循环泵，加开蓄冷泵），电费为337.6元/d；取冷用电30kW，电费同为204.48元/d；总计582.08元/d 。节约运行费781.12元/d。
年负荷系数取为0.6，年供冷时间取为180d，则每年可节约运行费84301元。
5 结论
从京信大厦水蓄冷系统的初步运行情况可以看出，利用消防水池兼作蓄冷水池，可以节约初投资和运行费。但在设计和施工中，必须保证阀门不内漏，作好开式系统和闭式系统的切换。有条件的话，应做水池内保温，适当降低制冷机低温保护温度（最好能到2～3℃），以保证蓄冷、取冷效果。一定要注意：水池蓄冷、取冷流量要通过模拟分析计算确定，保证水温的良好分层，才能有效地保证水温水，也可考虑将水池分隔开，依次取水，当然管路和调节阀门较为复杂。