西安咸阳国际机场2号制冷站冰蓄冷系统工艺流程设计1讲解.docx

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西安咸阳国际机场2号制冷站冰蓄冷系统工艺流程设计1讲解

西安咸阳国际机场2号制冷站冰蓄冷系统工艺流程设计

第一章绪论

1.1冰蓄冷技术

冰蓄冷技术是利用夜间的低谷电力，把用户所需空调冷量制备好，以冰的形式存储，在白天用电高峰时段，融冰供冷，提供服务，冰蓄冷空调技术能有效实现电网移峰填谷，用户节约了电费，又避免了商业、办公、白天开工的工业用户等的空调用电负荷对电网高峰的冲击，还对当地电网起到移峰填谷的作用。

我国在1994年电力部召开的郑州会议上，正式将冰蓄冷系统的推广应用列为十大节能措施之一。

1993年5月投入运行的深圳电子科技大厦采用了法国Cristopia冰球蓄冰系统，其削峰能力为47%，这栋楼高38层，是我国第一幢采用冰蓄冷技术的高层建筑。

国家经贸委办公厅颁发的“经贸办厅技〔1997]298号文件”将冰蓄冷空调作为今后的重点发展项目。

国务院“国发「1998]32号文件”更强调了加快推广包括冰蓄冷系统在内的各种削峰填谷的技术措施。

国家电力公司“国电财「2000]114号文件”明确要求加大峰谷电价推广力度。

目前，辽宁、吉林、黑龙江、北京、天津、河北、山东、陕西、新疆、青海、甘肃、宁夏、上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、河南、四川、重庆、云南、广西、贵州、广东等省市纷纷出台了分时电价政策，一般低谷电价只相当于高峰电价的1/2甚至1/5，而且有取消电力增容费、电贴费等不同程度的优惠。

1.2我国冰蓄冷系统的应用现状

据统计，我国空调年增长速度为20%，而电力增长速度为10%-15%左右，远

远跟不上空调的增长速度，因而对电力供应紧张的局面来说更是雪上加霜。

空

调设备用电量大并且间断性使用，加大了电网用电负荷的峰谷差。

由于空调使

用的上述特点，所以在国家电力公司峰谷电价差的推动下，在全体暖通空调技

术人员的努力下，在电力部门的领导和专业技术人员的具体指导下，使得具有

较大移峰填谷能力的冰蓄冷系统得以广泛应用，发展迅速。

我国从九十年代初开始建造水蓄冷和冰蓄冷系统，至今已有建成投入运行和正在施工的工程480项（还有一些工程正在洽谈中，未统计在内），分布在4个直辖市和18个省，全国2/3的省市（22个省市）都建造了蓄冷系统并投入运行。

国家电力部为推广冰蓄冷系统，首先在电力系统建立样板工程，第一个样

板工程是电力部国家电力调度控制中心（北京）的冰蓄冷系统，总蓄冰量为

16660kWh（4760TH），该项目被定为电力部重点工程；第2个样板工程是国家电

力部办公大楼（北京）的空调系统，总蓄冰量24920kWh（7120TH）。

在电力部的样

板工程成功经验推动下，北京陆续有中央电视台小型区域性冰蓄冷供冷站

（总蓄冰量达24413kWh）、中央人民广播电台、北京国际贸易中心、北京嘉里中

心、北京新兴宾馆等10多个冰蓄冷空调项目。

上海市重点项目：

上海科技城也

采用了冰蓄冷项目，该项目总面积为10万mzm，总蓄冰量达322kWh（9200TH），由于采用低温（大温差）送风，该系统初投资低于常规空调系统。

上海电力公司还将该项目专门作个案处理，除了全免供配电贴费外，在其投入运行后，还把峰谷电价比从原来的3:

1拉大到4:

1，使业主受到很大的实惠。

深圳电子科技大厦采用法国的Cristopia冰球式冰蓄冷系统。

我国在开始发展水蓄冷和冰蓄冷空调工程时，就采取引进、吸收、消化国外先进技术，同时充分发挥我国工程技术人员的聪明才智，虽然我们只经历十几年的工程实践，已有不少工程具有世界先进水平。

根据可靠数字预测，全国未来三年缺电总量达2800万kW，如果每年通过用

冰蓄冷系统把上述缺电的30%用于低谷电来补充，则每年节约发电厂的投资相当可观。

同时也降低一次能源消耗，减少环境污染，造福于子孙后代，是落实中央提出的资源节约、环境友好、建设和谐社会的重要举措。

1.3冰蓄冷技术的前景

蓄冷技术应用领域十分广泛，主要应用在下列领域:

（1）商业建筑。

宾馆、银行、办公大楼的中央集中式空调系统。

在这些建筑中，夏季空调负荷相当大，需要持续在工作时间内提供冷量，是用电峰值的重要组成部分，随着白天气温的变化而变化，而且特别要指出，冷负荷高峰期基本上是在午后，这和供电高峰期同时对电网供电压力特别大。

（2）家用空调。

家用空调的用电特点是用电集中，用电数量大，持续时间长，常常是持续至深夜。

家用空调蓄冷可以利用后半夜低谷时进行蓄冷。

若能在家用空调上普及推广蓄冷技术，将大大削减供电高峰负荷。

日本现在已开发出带蓄冷的小型空调机组。

我国哈尔滨工业大学孙德兴教授已着手对小型冰蓄冷空调系统及设备技术进行研究。

（3）体育馆、影剧院。

这些场所冷负荷量大，持续时间短，而且有很大的随机性，适宜于采用蓄冷空调系统。

（4）作为特殊工程的应急备用冷源。

（5）对现有空调系统的扩建，可通过增设蓄冷设备来增加制冷量。

（6）作为区域供冷的冷源。

由于区域供冷容量大，使超大型离心式制冷机得以使用，其COP值可达6.8-6.9，运用蓄冷技术将使初投资和运行费用更

加节省，能耗更为降低。

随着我国经济的高速发展和城市商业水平的不断提高，城市建筑中央空调

系统的应用越来越普及，人们己逐渐认识到蓄冷技术具有很大的移峰填谷潜力。

在建筑物空调系统中应用蓄冷技术己成为我国今后进行电力负荷需求侧管理、改善电力供需矛盾最主要的技术措施之一，蓄冷技术在我国应用和推广的前景是十分诱人的。

第二章工程概况

1.1设计地区：

西安咸阳国际机场

1.2建筑资料：

西安咸阳国际机场2号制冷站位于2号航站楼的东侧，是一个包括冰蓄冷系统、板式换热器在内的大型制冷站，主要为1号航站楼和2号航站楼空调系统夏季提供冷量，冬季提供热量。

2号制冷站为带有地下室的二层建筑，总建筑面积为4000m2。

制冷机组、板式换热器等设备以及中心控制室布置在一层建筑物内；冰蓄冷装置、冷水泵、热水泵、冷却水泵以及集水器、分水器等设备布置在地下一层；高、低压配电室、电控中心等布置在二层建筑物内；冷却塔布置在制冷站屋顶上。

建筑围护结构如外墙、屋顶、内墙、外窗玻璃、门、窗等，均符合设计规范、民用建筑节能设计标准以及建筑防火标准要求。

1.3基本技术资料：

系统设计日最大冷负荷QL=15300kW，设计日最大热负荷QR=15500kW

1.4室外空气设计参数：

室外空气设计参数查《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003：

夏季室外干球温度：

tx=35.2℃

夏季室外湿球温度：

ts=26.0℃

冬季室外空调计算温度：

td=-8.0℃

冬季室外相对湿度：

Φd=67.0%

1.5动力资料

（1）水源：

城市自来水。

（2）电源：

220/380V50Hz民用动力电。

（3）热源：

由集中锅炉房供给0.6MPa高压蒸汽，转换为0.2MPa低压蒸汽供板式换热器，冬季空调系统热水运行参数为60℃/50℃。

（4）冷源：

夏季由制冷站供给空调系统运行参数为3.5℃/13.5℃的冷水；冰蓄冷系统由制冷站供给夜间运行参数为-6℃/-2.3℃、日间运行参数为5℃/10℃的乙二醇水。

第三章设计方案的确定

3.1冰蓄冷系统类型的选择

冰蓄冷技术分为动态和静态两大类，目前国内成熟的只有静态冰蓄冷。

静

态蓄冰装置主要分为冰球式和盘管式两类。

在系统设计时，根据系统的特点和

项目的规模，并对蓄冰装置进行技术经济比较，最后选择和确定蓄冰装置的形

式。

3.2蓄冰球

冰球蓄冰装置的特点为:

（1）冰球式蓄冰为内融冰，冰球材料为单一材料，不存在热胀冷缩引起的

缝隙，不容易破损，单个冰球破损，也不影响整个系统的使用效果，蓄冰系统

维护简单；

（2）冰球式系统融冰速度快，尤其在融冰后期，冰球内部水的对流可加速

融冰。

放冷速度较快；

（3）冰球式系统蓄冰槽压降小，乙二醇溶液循环泵的功率小，从而减少耗

电；蓄冰装置体积利用率较低（65%左右），但槽体可以做得比较高，机房层高

足够时空间利用率高；

（4）蓄冰槽内乙二醇溶液在冰球外流动用量较多，浓度相对较高；乙二醇在冰槽内流动速度慢，可充分参与换热。

但二醇用量通常是盘管系统的3-5倍，投资较高；

通常，中小规模的工程项目采用冰球式系统较多。

3.3蓄冰盘管

蓄冰盘管的材料有热镀锌钢管、聚合材料，考虑到钢管，即便是通过热镀

锌，其使用寿命都不会超过20年，而通常空调系统对除主机等运转设备外的其

他如管道系统、阀门等非运转设备的使用寿命要求高得多；随着材料科学技术

的进步，高分子材料的性能、使用寿命和可靠性大大提高，如高密度聚合塑料

（HDPE）的使用寿命可以超过50年;从蓄冰设置使用寿命的角度，可以采用国产HDPE材料生产的塑料盘管，用以替代进口的HDPE盘管。

盘管式蓄冰系统的特点:

（1）通常金属盘管的蓄冷速度较慢，结冰厚度大，但放冷速度较快，而塑料盘管结冰速度快，但放冷速度较慢，蓄冰槽出口温度较恒定，但融冰速率较低，约为冰球系统的一半;

（2）塑料盘管的融冰性能特征与金属盘管相近，盘管融冰过程中冷水温度均会较缓慢地升高;塑料盘管由于结冰厚度小，要求制冰机组进出蒸发器温度相对较高，钢盘管要求的蒸发器温度较低;乙二醇溶液在盘管内流动，用量较少（约为冰球式系统的1/3-1/5），浓度要求略低；

（3）蓄冰装置体积利用率较高，但盘管装置高度一般在3米左右;万一盘管发生破损，乙二醇泄漏，系统将无法运行，泄露到盘管槽内的乙二醇溶液也会造成环境污染。

因此要求在盘管加工制作、产品运输、施工安装及运行维护时要十分谨慎，要严格按照要求在出厂前、安装后进行水压或气压试验，在系统设计时要严格考虑技术措施，尽量避免乙二醇溶液泄漏，盘管设计还应考虑检修方便，快速排除故障。

目前规模较大的冰蓄冷项目大多采用盘管式系统。

经过比较优选，本工程采用盘管式蓄冰系统。

3.4冰蓄冷空调系统运行策略

确定白天空调用机组的制冷量和晚间制冰用机组的制冷量时应充分考虑机组的工作特性及负荷的变化规律。

当分配给晚间所需的制冷量确定后，系统

的结冰量实际上已经确定。

最佳的机组制冷量和储冰量的计算，在很大的程度

上取决于运行策略和控制策略。

运行策略包括全蓄冷和部分蓄冷;控制策略包括主机制冰优先和融冰优先。

（1）全蓄冷策略

全蓄冷运行策略是指设计日非电力谷段的总负荷全部由蓄冷装置供应，制

冷机组在此时段不运行。

与其他方案相比，该方案配置的蓄冷装置和制冷机组

的容量最大，初投资最多，但是运行费用最节省。

确定时要进行工程经济比较，

考虑的因素包括初投资大小，运行成本和使用寿命等主要因素。

该蓄冷策略主

要适用于负荷集中、使用时间短的建筑。

（2）部分蓄冷策略

部分蓄冷运行策略仅将设计日非谷段的冷负荷总量转移一部分由蓄冷提供，一般为30%-50%进行蓄冰，白天制冷主机和蓄冷装置联合供冷。

部分蓄冷

策略主机容量及蓄冷槽、蓄冰量均明显减少，投资费用大幅度降低。

一般舒适

性空调尤其是全天空调时间长、负荷变化大的场合适合采用部分蓄冰策略。

在

实际运行中，设计日负荷按部分蓄冷模式安排，在日负荷较小的过渡季节往往

可以按全部蓄冷运行。

部分蓄冷分为主机优先和融冰优先两种控制策略。

主机优先运行策略所需

的主机及蓄冷槽容量最小。

采用融冰优先的控制策略更能充分利用谷电，运行

费用更节省。

由于该机场白天需要供冷，使用时间比较集中，负荷变化不太明显，采用部分蓄冷运行策略和主机优先控制策略。

即由双工况机组在夜间谷电时段蓄冷（0:

00-8:

00共8小时），每小时蓄冰为15300*41.83%/8=800kw。

白天双工况机组优先供冷，所蓄的冷量补充机组直接供冷的不足（8:

00-18:

00共10小时）。

第四章制冷站冰蓄冷系统设计

4.1冰蓄冷空调制冷机组的选择

（1）常用制冷机组的型式

①活塞式制冷机组

用于蓄冷空调系统