深圳市宝安国际机场水蓄冷空调系统改造工程

杜卫东，杨伟国，杜丽新

（北京佩尔优科技有限公司，北京 100089）

1 工程概况

深圳宝安国际机场空调使用面积为30万m2，每年空调使用时间是330天(信息大厦为230天)，其尖峰负荷为20 305 kW。机场空调白天工作时间的负荷较高，但是在夜间电价低谷时段负荷很小。采用了水蓄冷方案后，系统在夜间蓄冷，在白天电力高峰期使用蓄冷槽内储存的冷量进行供冷，这样既可以节省运行电费，又可以减少主机在白天的运行噪声。由于机场酒店正进行改造装修,按照水蓄冷方案，不仅可以削减机场酒店的空调系统主机及附属设备的初投资，同时也可节约运行费用。

原常规制冷站设备配置情况如表1所示。

表1 原常规制冷站设备配置情况

以上设备分别设置在A、B候机楼、信息大厦、机场酒店。

2 改造技术

2.1 水蓄冷技术

水蓄冷技术就是在电力负荷较低的夜间，用电动制冷机制冷，将冷量以冷水的形式储存起来。在电力高峰期的白天，不开或少开冷机，充分利用夜间储存的冷量进行供冷，从而达到电力移峰填谷的目的。由于电力部门实施分时电价，蓄冰空调技术的运行费用比常规空调系统运行费用低，分时电价差值越大，用户得益越多。采用蓄冷空调技术，业主并不一定节电，但能为业主节省运行费用，更重要的是有利于电网的安全运行。

水蓄冷技术主要是利用了水的物理特性。对于在1个大气压的水，4℃水温时其密度最大，此时为1 000 kg/m3。随着水温的升高，其密度在不断减小，如果不受外力扰动，一般容易形成冷水在下，热水在上的自然分层状态，但水在4℃以下时物理特性却出现明显的非规律性变化，此时随着水温的降低，其密度却在不断减小。因而水蓄冷水温可利用的下限为≥4℃，水蓄冷时一般是4～14℃，水蓄热的温差较大，一般是40～95℃。水蓄冷利用的是水的显热变化。

水蓄冷技术具有经济、实用、节能、环保等优点。

2.2 项目水蓄冷方案

为了达到节能目的及满足建筑的空调冷负荷要求,可采用部分水蓄冷空调系统或全水蓄冷空调系统。

针对目前各建筑物的负荷情况，利用原有A、B候机楼制冷站内的制冷设备，在机场路旁绿化地新建蓄冷水池18 000 m3，并新增蓄冷水泵、放冷水泵及相应管道，构成水蓄冷制冷系统，分别向A、B候机楼，信息大厦，机场酒店供冷。

根据本项目各建筑空调负荷实际运行情况，最热日白天最大冷负荷为20 305 kW，因此制定了利用夜间A、B候机楼的7台1 000 Rt主机进行蓄冷（蓄冷时使用6台，1台为备用）的方案。通过制冷系统平衡计算，利用新增的18 000 m3蓄冷水池（水池有效容积50 m×40 m×9 m），当蓄冷温差为8.5℃(4.5～13℃时)，蓄冷能力45 536 Rt。在上述范围内，晚上需开动1 000 Rt的冷水机组6台用于蓄冷，蓄冷时间为7.5 h。

本项目的峰值冷负荷应该出现在设计日的14：00左右，采用综合逐时负荷系数法计算出各时段负荷分布如图1所示。

图1 设计日负荷分布图

其峰值负荷出现在设计日的 14：00～15：00。根据负荷分布图1可以看出，本项目白天负荷较大，夜间负荷较小，采用水蓄冷方案会有比较好的经济效益。蓄冷系统流程图见图2。

图2 蓄冷系统流程图

其次要进行热平衡计算。计算候机楼、信息大楼、机场酒店（230天）各负荷日负荷平衡。

设计日（100%负荷）时的运行策略：根据设计日的热负荷平衡表，在夜间的电力低谷时段（23：00～次日6：00）用7台3 516 kW主机（蓄冷时使用6台，1台备用）边蓄冷边放冷8 h。在设计日白天运行时，蓄冷槽可满足部分高峰负荷，其他时段运行主机。蓄冷槽有效体积为18 000 m3，最大蓄冷量为160 104 kWh。

100%热负荷平衡图如图3所示

图3 100%热负荷平衡图

80%热负荷时的运行策略：根据80%热负荷平衡表，这种负荷状态下，由于全天的总负荷有所减少，所以可以减少白天的冷机开机时间。在夜间的电力低谷时段（23：00～次日6：00），用7台3 516 kW主机（蓄冷时使用6台，1台备用）边蓄边冷8 h。在白天运行时，蓄冷槽可满足大部分高峰、平段负荷，部分时段运行主机。

80%热负荷平衡图如图4所示。

在反应温度为80℃、反应时间为60min、搅拌速度为100r/min、自然冷却6h的条件下，改变溶液钼浓度，如表2所示，考察其对直收率的影响，结果如图5所示，并进行了XRD和SEM分析。

图4 80%负荷运行图

60%热负荷时的运行策略：根据60%热负荷平衡表，这种负荷状态下，由于全天的总负荷有所减少，所以可以减少白天的冷机开机时间。在夜间的电力低谷时段（23：00～次日6：00）用7台3 516 kW主机（蓄冷时使用6台，1台备用）边蓄边冷7.13 h。在白天，蓄冷槽可满足全部时段负荷，此时只开启放冷水泵即可。

60%热负荷平衡图如图5所示。

图5 60%负荷运行图

30%热负荷时的运行策略：根据30%热负荷平衡表，这种负荷状态下，由于全天的总负荷有所减少，所以可以减少白天的冷机开机时间。在夜间的电力低谷时段（23：00～次日6：00）用7台3 516 kW主机边蓄边放3.57 h。在白天，蓄冷槽可满足全部时段负荷，此时只开启放冷水泵即可。

30%热负荷平衡图见图6所示。

图6 30%负荷运行图

3 蓄冷设备选型

（1）蓄冷机组：制冷容量为3 516 kW的主机7台，利用原有A、B候机楼主机，无需改为双工况主机。

（2）蓄冷槽：蓄冷槽的有效体积为18 000 m3,需要用6台主机蓄冷8 h，一边蓄冷一边放冷，蓄冷量为160 104 kWh。蓄水槽采用分层式蓄冷技术，内部设计有上下布水器。

蓄冷温度：蓄冷槽的最低蓄冷温度设计为4.5℃。

（3）控制系统：由软硬件组成。硬件采用国外名牌产品，软件为蓄能空调优化控制系统，该系统包括优化系统、现场控制器和各种前端传感器、执行机构等。

根据以上技术方案，设备选型见表2所示。

4 改造效果及经济分析

通过模拟分析蓄冷系统的运行，并参考2011年实际总运行电量，经计算可得出蓄冷空调系统和常规空调系统的运行电费。空调供冷期按每年330天（信息大厦为230天）计算。运行电费汇总见表3。

该水蓄冷系统年运行节省用电530 403 kWh，节约电费约611.7万元，效益非常显著。本项目为采用合同能源管理模式进行改造，通过节约电费分成的模式回收投资，对客户没有任何风险。

节省电费的计算方法：

实付电费=改造前电价×（低谷电量+平段电量+高峰电量）。

表2 改造后设备选型

表3 运行电量电费汇总

应付电费=高峰电价×高峰电量+平段电价×平段电量+低谷电价×低谷电量。

当月节省电费=应付电费-实付电费。

当月所节省电费当月清算当月支付，机场方在每月供电部门核算完成甲方当月电费后一个月内支付乙方。