青浦供电公司蓄能系统节能改造及应用

王莹

（上海华电源牌环境工程有限公司，上海200070）



青浦供电公司蓄能系统节能改造及应用

王莹

（上海华电源牌环境工程有限公司，上海200070）

摘要：基于青浦供电公司原冷热源系统运行中存在的问题，考虑当前新增的冷负荷的需求，在不改变末端管道的前提下，对冷热源系统进行改造。本文具体分析了冷热源系统的改造思路、设备配置以及运行状况，阐述了相应设备、管道及运行策略的改造状况。从而保证改造后的系统能够适应新的负荷要求，并能够充分利用冰蓄冷+电蓄热的优势，保证系统的节能性和可靠性。

关键词：冰蓄冷； 电蓄热； 系统改造

0　引言

上海电力公司青浦供电公司，于2004年建成投运。空调面积约为10000m2，中央空调系统与大楼一起建成投运，空调系统采用的是电锅炉蓄热及冰球冰蓄冷系统。本项目冰蓄冷系统由于设备运行有10年左右，设备腐烂导致冰蓄冷部分无法运行，而空调主机的配比常规空调减少30%~50%的能量，所以目前按常规空调使用，整个空调效果无法为达到正常要求；另外存在由于主机老化效率降低，水泵磨损噪音大等问题，通过这次改造，恢复青浦供电公司中央空调冰蓄冷系统正常运行。以下对青浦供电公司蓄能系统的改造进行分析。

1　工程简介

青浦供电公司调度大楼空调设计总的冷负荷为950kW，供回水温度为7/12℃；热负荷为650kW，供回水温度为55/45℃；采用的是电锅炉蓄热及冰球冰蓄冷系统。考虑到当前存在的供冷缺口，计算得出空调设计的总冷负荷为1450kW，热负荷为650kW。供冷系统采用应用最为广泛和可靠的内融冰盘管式系统，供热系统采用蓄热和供热一组泵的全量蓄热系统。此次改造符合当时制定冰蓄冷系统的初衷，从而真正实现节能减排、移峰填谷。保证系统的节能平稳运行。

2　原冷热源系统分析

2.1原系统配置

见表1。

表1　原系统配置表

2.2冰蓄冷部分改造分析

在系统选择方面，原系统采用冰球式蓄冰装置，属于静态制冰的容积式制冰方式。冰球式适用于瞬时负荷较大的场合，虽有应用简单灵活的优点，但其融冰温度高、乙二醇用量大、内部易短路、融冰不充分、制冰温度低、系统运行不经济，导致冰球系统逐步被盘管式蓄冰装置所取代。由于不完全冻结式盘管因其优良的性能，已占市场份额达80%以上，成为冰蓄冷系统的主流。根据本建筑功能的具体情况，负荷变化不大、比较平稳，所以对于本项目，改造采用不完全冻结式蓄冰装置，从而实现系统的可靠和稳定。

2.3电蓄热部分改造分析

由于电锅炉使用年限已久，电加热元件及其它安全配件已趋老化，导致经常发生故障，蓄热系统无法正常供应热量。具体的问题主要包括以下几个方面：

（1）水泵轴封漏水，噪音非常大；电锅炉效率降低，电热管经常坏，且高峰时段电锅炉运行经常跳闸；蓄热水箱保温性能降低，散热严重，且水箱有渗漏；管道锈蚀严重。

（2）电蓄热在原系统设计中采用两组泵，蓄热水泵和放热水泵；由于机房面积紧张，且考虑系统控制的可靠性，将该系统改为蓄热放热合用一组变频泵的方式。

综上以上原因，基于系统安全性、可靠性、经济性的考虑，对该蓄热系统进行满足智能化、节能、环保等要求的技术改造。

3　改造后系统流程分析

由于末端管路不变，所以由于冷负荷的增加，需要对末端供回水温度需要做相应的修正；系统末端采用冷热水共用的两管制系统，由于冷热负荷的差别较大，为实现系统的水力平衡，修正供热部分的温差，使得供热部分的流量处于较为合理的区域；供冷供热水泵共用，需要采用变频，来适应不同冷热负荷的需要。

3.1冰蓄冷系统设备改造

尖峰负荷为1450kW，原供回水温度为7/12℃，考虑到末端管路保持不变，需要加大末端供回水温差，同时考虑到已有的保温，确定改造后的供回水温度为6.5/12.5℃。可以实现双工况主机单独制冰、主机和蓄冰装置联合供冷、融冰单独供冷以及主机单独供冷四种运行模式，从而节省运行费用，实现节能运行。针对各个设备进行分析，具体的改造如下：

（1）本系统采用2台双工况主机，每台主机的制冷量为148RT，制冰量为91RT。

（2）板换换热器：一次侧（25%乙二醇体积溶液）的进出口温度为3.5/11℃，二次侧（水）为12.5/6.5℃，考虑到余量，板换的换热量为1595kW。

（3）蓄冰装置：蓄冰量为1490RTh，选取了两组ITSI-S745的高分子纳米复合材料导热塑料盘管，考虑到梁下净高为3.5m，以及图纸中盘管所放位置的梁之间的长和款，选择非标芯体，每台芯体的尺寸为：5365× 2760×2726mm。

（4）冷却塔：流量300m3/h，湿球温度28℃，两台风机，每台风机的功率为5.5kW，冷却塔进出口温度为37/32℃，可以满足主机的冷却需要。

（5）乙二醇泵：通过计算联合供冷工况下为91m3/h，制冰工况下为88m3/h，扬程为38m，变频运行。

（7）冷却水泵：110m3/h，扬程为28m。

（8）定压装置：经过计算，膨胀量为0.15m3，工作压力范围为0.1~0.2MPa，选用PN800型号的定压装置。补液泵流量0.5m3/h，扬程为18m，一用一备。补液水箱为1m3。

系统图如图1所示，布置图如图2所示。

机房面积较为紧凑，考虑到过道，且现场某些位置有较低的桥架，故机房在尽量保证走道的前提下，充分利用高度空间，节省平面面积。

3.2电蓄热系统设备改造

供热系统的尖峰负荷为650kW。

（1）原电锅炉效率低，常跳闸，难以更换零配件，需要重新配置电锅炉，考虑到配电容量和供热负荷的需要，电锅炉功率为：390kW，供回水温度为90/50℃。

（2）供热板换：换热量为650kW，一次侧的进出口温度为70/50℃，二次侧为45/50℃。

（3）蓄热装置：夜间电锅炉蓄热8h，共蓄热约3120kWh，蓄热温差为40℃（50/90℃），则蓄热水箱体积需要：

蓄热水箱容积为35m2（2台）。夜间低谷电时，将白天所需的热水在夜间（电力低谷时段）储备供白天使用，当白天采用蓄热水箱供热。因低谷电时，电价较低，可有效的节约运行费用。

（4）蓄热循环水泵：为了保证蓄热的效果，可采用多次蓄热，从而避免锅炉频繁停机，难以实现良好的温度分层和足够的蓄热量。

供冷循环水泵总流量为104×2=208m3/h，可以满足供热时的需求。

电蓄热的系统图如图3所示。

3.3蓄能系统改造后的优势

改造后系统有以下的优势：

（1）转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷负荷，起到移峰填谷，提高电力资源利用率，促进电网电力供应平衡的作用。对用户、国家都有重大的意义。

（2）减少主机及相关设备的装机容量可达30% ~40%，减少变配电设施的投入。

（3）设备满负荷运行比例增大，充分提高设备利用率15%。

（4）减少一次性电力投资费用，包括电贴费、变压器、配电柜等。

（5）利用分时电价，可节省大量空调的运营管理费用，电费节约40%以上

（6）可作为应急冷源，停电时可利用自备电力启动水泵融冰供冷。

（7）可作为“绿色”建筑配套空调系统，符合政府建筑节能要求，同时响应贯彻国家节能减排要求及政策。

4　经济性分析

对于本改造项目，将改造后的系统和改造前进行对比。对于冷源：改造前的冰球系统并未得到利用，仍按照常规系统应用，所以下文对改造后的冰蓄冷系统与常规系统进行对比，分析其经济性。对于热源：改造后仅仅是少了两台水泵，所以不予以分析其经济性。

（1）冰蓄冷系统运行费用计算：

设计日运行费用：Fb=∑Py×h×fy+∑Pb×h× fb=278kW×8h×0.285元/kWh+316kW×9h×0.6× 0.976元/kWh=0.230万元。

夏季年运行费用：Fbn=Fb×D×f=0.230万元× 150d×0.5（运行调节系数）=17.3万元。

表2　经济性对比

部分负荷时，冰蓄冷系统可采用单融冰供冷模式，运行费用较常规系统具有明显优势，而空调系统常年运行在部分负荷，因此运行调节系数小于常规系统。

（2）常规系统全年运行费用计算：

设计日运行费用：Fc=∑Py×h×fy+∑Pb×h× fb=413kW×0.85×9h×0.976元/kWh=0.308万元。

年运行费用：Fcn=Fc×D×f=0.308×150×0.8（运行调节系数）=37万元。

从而可见：1）与常规系统比，冰蓄冷系统可转移电量1265kWh/d。2）经过上表计算结果可以看出，回收年限只有3.4年，也就是说空调运行3.4a之后就处于“盈利”阶段，每年可节省运行费用约25.2万元。

5　结语

青浦供电公司冷热源系统改造项目，基于原供冷供热系统中的缺陷，尤其是针对为进行充分利用的原冰蓄冷系统，具体地提出了改造方案和具体的配置；同时通过实地的勘查，将原纸质图纸和实际结合，重新对改造后的设备进行布置，充分利用原机房空间，在不影响其他桥架等设备的基础上，对本项目进行施工作业并进行调试。从而达到系统良好运行、节省投资、节约资源的目标，保证工作区域的舒适性。通过该工程的改造设计、实施状况可以看出，将冰球及已经废弃的蓄能系统通过合理的改造具有良好的可实施性和经济性。

参考文献：

[1]俞炳丰.制冷与空调应用新技术[M].北京：化学工业出版社，2002.

[2]方贵银.蓄冷空调工程实用新技术[M].北京：人民邮电出版社，2000.

[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

修回日期：2016-03-03

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.019

中图分类号：TU83

文献标识码：B

文章编号：2095-3429（2016）02-0082-05

作者简介：王莹（1986-），女，河南人，硕士，中级工程师，从事空调技术设计研发工作。

收稿日期：2015-12-17

Study of the Heating and Cooling Systems in the Project of Qingpu Electric Company Project

WANG Ying

（Shanghai Runpaq Environment Engineering Co.，Ltd，Shanghai 200070，China）

Abstract：Based on the problems of the cold and heat source in the operation of the Qingpu electric company，considering the demand of the new cooling load，the cold and heat source system is reformed in the premise of existing pipe. In this paper，the reform ideas，equipment configuration and the operating conditions of the system will be analyzed in detail. The reformed system can adapt to the new load requirements，and the advantages of ice storage system and electric storage system will be made full use to ensure energy saving and reliability of the system.

Key words：ice storage system； electric storage system； reform