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汇总Word文档下载推荐.docx

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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=15500kW1.4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：

d=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活塞式制冷机组用于蓄冷空调系统的活塞式制冷压缩机主要是半封闭式和开启式二种。

容量通常在1000kW以下，适合于中小型蓄冷空调，空调工况下COP值为4.1-5.4,用于蓄冰工况时，蒸发器出液温度为-12-10,COP值为2.9-3.9。

螺杆式制冷机组与活塞式制冷机组相比，螺杆式制冷机组具有结构简单、紧凑、易损件少、可靠性高等优点，尤其是在低蒸发温度或高压缩比工况下仍可采用单级压缩，采用滑阀调节装置，制冷量可在10%-100%范围内进行无级调节，并可在无负荷情况下启动。

由于排气温度低，热效率高，运转平稳，振动小，故其应用较为广泛。

离心式制冷机组它具有转速高、单机制冷容量大、重量轻、体积小、运转平稳、振动小等优点，通常可在30%-100%的负荷范围内进行无级调节。

涡旋式制冷机组其优点是结构简单、重量轻、易损件少、维修周期长。

由于结构限制，该型机组容量较小，通常小于210kW，目前已生产出500kW的制冷机组，可用于冰晶式或制冰滑落式蓄冷系统。

在制冰工况下，蒸发器出液最低温度可达-9。

该机组在空调工况下的COP值为3.1-4.1，在制冰工况下的COP值为2.7-2.9。

（2）双工况制冷机组的选择离心式制冷机组按压缩机级数分有单级、双级和三级三种，按冷凝压力可分为低压和中压两类。

低压系统使用R123作制冷剂，中压系统使用R22或R134a作制冷剂。

离心式制冷机组的容量为1000-5000kW，由于离心式制冷机组具有变流量定压头工作特性，故其制冷机组一般不适用于制冰工况运行。

若用于蓄冰系统，单级压缩机必须进行改装以提高其转速，三级压缩的离心式制冷机组可用于蓄冷系统，其蒸发器出液最低温度为-6。

水冷式离心冷水机组在空调工况下的COP值为5.0-5.9，在蓄冰工况下的COP值为3.5-4.1。

螺杆式制冷机组螺杆式制冷机组的容量范围为100-1500kW，空调工况下的COP值为4.1-5.4。

为适应冰蓄冷空调的需要，现已生产出双工况螺杆冷水机组。

由于螺杆压缩机具有恒流量变压头工作特性，故其冷水机组可适用于制冰工况运行；

在制冰时，蒸发器出液温度最低为一12-7，其COP值为2.9-3.9。

选择蓄冷空调制冷机组时应考虑制冷剂的蒸发温度能满足蓄冷温度的求，制冷机的容量和调节范围能满足负荷要求。

对于冰蓄冷系统，常常采用双工况机组，机组既能在常规空调工况下运行，蓄冷时又能在制冰工况下运行。

螺杆式制冷机组具有结构简单、紧凑、易损件少、可靠性高等优点，尤其是在低蒸发温度或高压缩比工况下仍可单级压缩；

采用滑阀调节装置，制冷量可10%-100%范围内进行无级调节，并可在无负荷情况下启动。

所以蓄冷系统常用的制冷机组为螺杆式冷水机组。

综上所述，本工程设计时选用螺杆式制冷机组为双工况运行的机组。

4.2冰蓄冷空调制冷机组容量的确定由于在设计日空调供冷仅白天运行，可选择双工况主机在夜间进行制冰。

前面已经论及本工程由蓄冷装置融冰供冷和双工况机组直接供冷满足的负荷为15300kWh，采用部分蓄冷时主机优先策略的双工况主机容量计算公式如下：

式中RH:

设计日建筑物所需的总冷负荷，kWh;

Q:

蓄冷槽热损失，一般蓄冷槽热损失为3%-5%，蓄冰冷槽热损失约占设计日供冷量的5%-10%,kWh;

D:

白天使用空调的时间，h;

N:

晚间制冰的时间，h;

：

制冷机组的容量变化率，一般取0.65-0.7;

制冷机组在空调工况下的制冷量，kW：

制冷机组在制冰工况下的制冷量，kW。

考虑裕量20%，则根据上述计算，双工况机组，选择螺杆式机组两台，单台双工况机组空调工况下制冷量为650kW，制冰工况下制冷量为450kW，总蓄冷量6400kWh，整机长3535mm，整机宽950，整机高1875mm。

冷却水量120m3/h，冷冻水量100m3/h。

4.3冰蓄冷设备容量计算部分蓄冷运行策略下的主机优先的蓄冷设备容量计算式如下：

式中Q1：

蓄冷设备蓄冷量，kwh;

N：

晚间制冰时间，h;

R：

制冷机组在制冰工况下的制冷量，kw4.4蓄冷槽体积计算蓄冷槽的体积计算公式为：

式中：

Q：

蓄冷设备蓄冷量;

b：

体积膨胀系数，对于冰蓄冷b=1.05-l.15q：

单位蓄冷槽体积蓄冷能力，查相关的厂家产品参数取19RTh/m3。

根据设计计算，选取3个蓄冷槽，型号为Dyn-960-Z，单台名义蓄冰容量960RTh，显热量155RTh，潜热量805RTh。

单台设备外形尺寸:

长6000*宽2800*高3000mm。

设备空重:

3760kg，运行重量:

45260kg。

4.5板式换热器选型计算冰蓄冷系统中的载冷剂从制冷机组或者蓄冷装置中获得冷量，通过换热器将载冷剂的低温冷量传递给另一侧的空调回水，制成低温空调冷水供应给空调末端设备。

换热器一般采用板式换热器。

板式换热器在蓄冷系统中，由于高低温两种介质相互不接触混合，换热面积大，结构紧凑，传热效率高，运行管理方便，可靠性好，因而得到广泛应用。

目前常用的板式换热器有组合垫片型和整体焊接型两种。

中小型制冷系统宜选用整体焊接型，大型制冷系统选用组合垫片型。

在结构上都是采用波纹金属板作为换热板片。

组合式由优质橡胶制成密封元件，板片和垫片按所需要的流程和面积，经端板、螺杆等夹紧，构成换热器。

整体式为波纹金属板片经真空烧焊压制成整体的换热器。

板式换热器由于其波纹板片形成通道波纹状，使介质在低速下获得强烈的湍流，以达到强化换热效果。

根据换热器设计手册，在单相换热时采用以下公式计算：

式中Q：

换热量，kj；

质量流量，kg/s；

Cp:

流体比热容，kJ/kg.:

换热器对数平均温差，。

传热平均温差计算公式为:

总传热系数计算:

w/m式中：

热流体与冷流体之间的最大温差、最小温差、：

流体膜的对流换热系数，一般湍流传热膜系数都由实验数据得到，查相关的手册分别为12000w/m2与7213w/m2R1、R2：

板片的污垢热阻，查手册得处理过的冷冻水污垢系数为0.00009m2/w，卤水是处理过的软水与乙二醇溶液等抗冻剂的溶液，其污垢系数视为城市用软水的污垢系数，为0.00009m2/w：

板片的厚度，取0.8mm;

导热系数，选用不锈钢材料，不锈钢导热系数是14.7w/m左右，应取值为在0时的导热系数。

我们拟采用不锈钢材料作为换热器材质，取换热系数为14.7w/m计算得到板式换热器换热面积：

m2考虑换热效率后，计算如下:

m2式中板式换热效率为0.8。

故选择BR1.6型换热器，选取换热面积为380m2.4.6循环泵的选型计算

（1）乙二醇泵在确定冰蓄冷系统循环泵的流量和扬程时，应当从管路流动阻力（包括设备阻力）和所需的流量作为依据，还要同时考虑与此相关的载冷剂的浓度、温度、密度、比热、粘度等参数。

由于载冷剂比较贵，运行时要严格控制泵的泄漏量，对于泵的密封性要求比较高，常采用优质的机械密封泵。

一般蓄冰时，载冷剂温度为-6-4，对于泵和密封材料，应考虑具备耐低温的要求。

泵的流量计算乙二醇泵流量计算公式如下:

m3/s=202m3/h=56.3L/s=59kg/s式中:

G:

乙二醇水泵计算流量，m3/sQ0：

输送的冷量，kW:

乙二醇供、回水温度时密度，kg/m3Cp：

乙二醇供、回水温度时比热，kg/m3t：

乙二醇供、回水温度，-6/-2.3泵的扬程计算在闭式蓄冷系统中，计算泵的扬程应考虑回路中设备及管路压降。

主机的压降一般为80-100KPa，蓄冷装置的压降一般为30-100KPa；

蓄冷回路管道压力降取经验数据，一般为每米管0.06-0.15KPa；

板式换热器压力降一般为50-100KPa。

泵的扬程计算公式如下:

对于泵的扬程计算，一般不采用裕量系数。

泵的功率计算泵的功率计算公式如下，并取其效率=0.80

（2）冷冻水泵泵的流量计算冷冻水泵流量需根据热平衡方程得到系统所需的冷冻水流量进行确定。

其中板式换热器的供水温度为3.5，回水温度为13.5；

冷冻水泵取最大负荷时所需的最大冷冻水泵处理能力。

式中:

冷冻水泵计算流量，m3/sQ0：

冷冻水供、回水温度时密度，kg/m3Cp：

冷冻水供、回水温度时比热，kg/m3t：

冷冻水供、回水温度，3.5/13.5泵的扬程计算冷冻水回路管道压力降一般为每米管0.06-0.15kpa，板式换热器压力降一般为50-100kPa，空调末端设备压力降一般为50-100kPa。

泵的扬程计算公式如下对于泵的扬程计算，一般不采用裕量系数。

泵的功率计算泵的功率计算公式如下，并取其效率=0.80（3）冷却水泵泵的流量计算根据冷凝器负荷（即制冷系统制冷量）计算，冷却水量计算公式式中：

冷却水总水量（m3/h）;

输送的冷量（KW）；

水的进出口温差，通常冷却塔进水温度37、出水温度32，取温差5。

；

泵的扬程计算冷冻水回路管道压力降一般为每米管0.06-0.15kpa，设备阻力一般为50-100kPa，冷却塔喷嘴喷雾压力一般为5mH2O，冷却塔中水的提升高度1.2mH2O泵的扬程计算公式如下对于泵的扬程计算，一般不采用裕量系数。

泵的功率计算泵的功率计算公式如下，并取其效率=0.80型号，流量125m3/h，扬程32m4.7冷却塔的选择与冷却塔补水计算

（1）冷却塔的选型冷却塔的水量计算冷却塔是使水在塔内与空气进行热湿交换而得到降温，采用开放逆流式并配有风机，使空气与待处理的冷却水强制对流，以提高水的降温效果。

根据制冷机样本直接查取所需冷却水水量值或者计算得出冷却水量，乘以一定的安全裕量计算G值，然后根据G值从产品样本选择型号和规格。

计算公式如下：

Q冷却塔排走热量，kWc水的比热，kJ/（kgoC），常温时c=4.1868kJ/（kgoC）冷却塔的进出水温差，oC；

取45oC不同机型冷凝器的单位产冷量的散热量，可按下式估算:

螺杆式制冷机组：

Q=（1.21.3）Q0根据冷却塔的选型原则，本设计拟选用两台相同的冷却塔，按每台机组承担956.25kW的能量来计算，则系统总共所需冷却水量为：

每台冷却塔的冷却水量：

冷却塔的风量计算：

ts1夏季空气调节室外计算湿球温度,查得26ts2=ts1+5=31查焓湿图得Is1=82.75kJ/kg，Is2=108.2kJ/kgQc=2Qc1=2295KW所以：

G=360022954.2（108.2-82.75）=77294.4kg/h=59918.1m3/h（空气密度为1.29kg/m3）根据干湿球温度、冷却水量和供、回水温度、冷却塔选型表即可选定冷却塔，选用SC-140UL两台，其主要技术参数如下表：

冷却塔技术参数表型号参数T=28冷却水量（m3/h）T=27冷却水量（m3/h）主要尺寸（mm）风量（m3/h）机径机率（KW）重量（kg）水力噪声dB（A）径mt=5t=8t=5t=8高度大径mm）重转重04Pam0m6mDBNL3-1505012712955373284000400695125.98.528.6.6

（2）冷却塔补水计算根据相关资料，电制冷时，冷却塔的补水按冷却水量的1%2%计算；

吸收式制冷补水按冷却水量的2%2.5%计算。

考虑到安全系数，本设计冷却塔补水按冷却水量的3%计算。

补水量为：

G=1173%=3.51m3/h4.8分水器、集水器的选择集水器和分水器实际上是一段大管径的管子，只是在其上按设计要求焊接上若干不同管径的管接头，一般是为了便于连接通向各个环路的许多并联管道而设置的，分水器用于供水管路上，集水器用于回水管路上，在一定程度上也起到均压作用。

集水器和分水器的直径，可按并联接管的总流量通过集水器和分水器时的断面流速V=1.01.5m/s来确定。

流量特别大时，允许增大流速，但最大不宜超过4m/s。

集水器和分水器都用无缝钢管制作。

选用的管壁和封头板的厚度以及焊接作法应按耐压要求确定。

集水器和分水器应设温度计、压力表，底部应有排污管接口，一般选用DN40，两者之间应设均压管，配管间距应考虑两阀门手轮之间便于操作。

供回水集管的管径按其中水的流速为