水蓄冷节能方案.docx
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水蓄冷节能方案
水蓄冷改造方案
1项目概述
项目名称：
水蓄冷节能项目。
项目地点：
项目内容：
对大厦原400m3消防水池进行改造，以作空调蓄冷之用。
并增加必要的设备和切换阀门，将其接入到大厦原制冷站的工艺系统中。
增加自动化运行管理系统，以实现自动化运行。
技术特征：
水蓄冷与原空调系统不直接连接，系统安全可靠；水蓄冷空调系统的蓄冷水池与原冷水机组可并联运行，进一步提高空调的可调节能力；自动化运行，将显著提高大厦制冷站的运行效率，大大节约运行费用。
项目工期：
20天。
合作模式：
合同能源管理模式。
经济效益：
年降低运行成本25.5万元。
2项目背景
建筑总面积为50000m2。
A座
B座
建筑面积m2
25000
25000
总层数
18
18
地上层数
16
16
地下层数
2
2
标准层面积m2
1435
1435
大厦的A座和B座共用一套空调系统。
制冷站主机、辅机设备使用时间长，设备老化，系统运行效率低。
空调系统每年5月7日开机运行，至9月30日停机。
每天提供空调的时间为早上7:
00至晚上19:
00。
3设计依据
本水蓄冷改造系统方案设计依据包括：
针对项目现场情况，我们参照和严格执行国家相关规范如下：
●《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）
●《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
●《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）
●《容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法》（GB/T10870-2001）
●《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303-2002）
●《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）
●《工业企业通信设计规范》（GBJ42-81）
●《电气装置安装工程施工及验收规范》（CBJ232—92）
●《分散型控制系统工程设计规定》（HG/T20573-95）
●《信息技术互连国际标准》（ISO／IECl1801—95）
●《电控设备第二部分——装有电子器件的电控设备》（GB3797-89）
●《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）
4设计原则
本项目设计符合以下设计原则：
1.先进性
水蓄冷技术是国家引导和鼓励的大力发展的技术之一，本项目的设计中采用先进技术以保障项目在未来五年内的先进性。
2.安全性
系统是一个高可靠性的系统，采用成熟技术和可靠设备，能适应现场环境条件，确保消防功能和空调供应。
4.经济性
优化设计，精心实施，力求使本项目的初次投资和整个运行生命周期获得最佳性价比，以适应业主的近期需求和远期发展。
5.实用性
运行管理方便，维护工作容易。
6.高效率性
水蓄冷技术的高效率性是重要指标，制冷效率高、蓄冷效率高。
5能耗基准
5.1电价
2010年大厦的分时峰谷电价如表1所示：
表1分时峰谷电价表
时段
电价
（元/kWh）
尖峰
每年7月、8月、9月实行尖峰电价政策。
1.368
高峰
10:
00~15:
00；18:
00~21:
00
1.253
平峰
7:
00~10:
00；15:
00~18:
00；21:
00~23:
00
0.781
低谷
23:
00~7:
00
0.335
5.2制冷站能耗
的制冷站部分安装有专项的电表，计量的能耗包括制冷机、冷冻水泵、冷却水泵、和冷却塔。
2008年、2008年、2010年制冷站的总耗电量如下图：
6项目技术方案
水蓄能技术就是在电力负荷低的夜间，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，蓄能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。
采用蓄能空调技术，业主并不一定节电，但能为业主节省运行费用，更重要的是有利于国家电网的安全运行。
因此，国家把它作为一种节能环保的技术来大力推广。
6.1系统原理
本系统的设计，根据空调的特点和现有空调系统情况，量身定制水蓄冷系统。
利用大厦原有制冷设备。
大厦原有开利离心式冷水机组3台，最炎热季节使用2台即可，全年有1台设备闲余。
因此方案设计利用闲余的制冷设备用来进行水蓄冷。
经过比较方案后，优先选择把原制冷设备中的一台单独做为水蓄冷专用的制冷设备的方案。
集中制冷系统采用大温差供冷设计。
供水温度6℃，回水温度13℃。
利用大厦的消防水池进行水蓄冷技术，解决占地问题。
利用大厦的消防水池进行水蓄冷，不占用大厦的空间。
经济：
充分利用国家的分时电价政策，可以大大节省运行费用。
削峰填谷，减少变压器用电峰值。
实用：
可以使用常规冷水机组，适用于常规供冷系统的扩容和改造。
节能：
夜间气温降低，冷却效果好，系统满负荷运转时间较多，从而提高冷机的工作效率。
环保：
由于白天开的冷机较少，所以噪音很小，而且清洁无污染，操作方便。
运行调节灵活的系统形式。
蓄冷水池与冷水机组并联，可实现四种运行模式：
⏹冷水机组单独供冷
⏹冷水机组单独蓄冷
⏹蓄冷水池单独供冷
⏹冷水机组和蓄冷水池联合供冷
系统原理图
6.2设计参数
设计蓄冷负荷
根据开利离心机的高效率点，确定蓄冷负荷。
初步确定蓄冷负荷465RT。
设计工况空调系统参数
室外温湿度：
38/30℃
系统侧供回水温：
14/7℃
蓄冷侧供回水温：
13/6℃
6.3蓄冷水池
本项目蓄冷水池利用大厦的消防水池改造而来。
消防水池进行保温和防水改造，并安装布水系统。
隔断式布水系统如下图所示。
特殊设计的隔断式布水系统，在保障了布水有效分层的同时，确保了消防水池的消防功能。
不仅能够保障在灾情情况下消防水泵系统启动时整体水池的储水可用，而且也完全不影响消防水泵在通常情况下的短时间用水，这包括了保障消防喷淋系统压力，以及消防水泵周期性巡检等情况。
蓄冷水池参数如下：
蓄冷容积
400m3
蓄冷温度
13/6℃
蓄冷量
930RTh
蓄冷水池的蓄冷和释冷过程，皆由专门设计的自控系统控制，使水缓慢均匀的流入和流出蓄水池，避免紊流，提供稳定的空调出水温度。
6.4控制系统
采用可靠的工业控制系统，对水蓄冷系统以及原空调系统接口进行集中自动控制。
系统结构
系统网络结构模式是集散型控制的方式，由信息管理层网络、过程控制层网络和末端设备层网络组成。
系统通过工业以太网和现场工业总线进行通讯。
工控机和控制柜为TCP/IP协议，控制系统各设备间为现场总线，控制系统和冷水机组通过协议进行通讯。
系统通过授权，实现远程监测管理。
监测参数
控制系统对设备运行状态和系统运行参数进行监测，并对蓄冷量和制冷量进行计量。
⏹冷水机组、冷却塔、水泵的运行状态
⏹冷冻水温度、压力
⏹冷却水温度、压力
⏹蓄冷水池温度分布
⏹水蓄冷冷量
⏹集中制冷中心供冷量
控制内容
设备群控：
冷水机组、水泵、冷却塔、蓄冷水池的顺序控制，以及运行时刻表安排自动控制。
水蓄冷控制：
蓄冷量控制，以及蓄冷过程控制和释冷过程控制。
故障报警
控制系统应提供故障报警与保护功能,确保制冷站的安全运行。
报警方式为声、光报警及软件画面显示报警提示等。
报警及保护内容如下：
⏹设备故障
⏹蓄冷水温报警
⏹控制系统和传感器故障
6.5安装工程
本项目的改造工程内容包括消防水池改造、设备管道安装工程、和电气控制系统安装三部分：
1）对大厦消防水池进行保温改造和安装布水系统。
2）在大厦的制冷站内安装水蓄冷系统的换热机组和蓄冷水泵。
将大厦原有制冷机中的一台进行管路改造，作为水蓄冷专用。
3）通过电动阀门切换蓄冷和释冷的运行。
安装控制系统以实现全自动化运行。
6.6主要设备清单
本项目主要的设备以及工程内容包括如下：
序号
主要设备清单
参数
单位
数量
1
蓄冷水池保温
容量400m3
个
1
2
蓄冷水池布水器
容量400m3
套
1
3
蓄冷水泵
流量200m3/h，扬程15m
台
1
4
板式换热器
换热功率300RT
台
1
5
电动碟阀
DN200
个
5
6
控制系统
西门子PLC控制
套
1
7
控制管理工控机
台
1
8
制冷站水蓄冷管理软件
套
1
8项目工期
本项目为在已经正常运行的大厦内进行的改造工程，所有工程施工不能影响大厦的正常办公和运行。
除了部分新建外，还有大量的与已有空调系统接驳的工程内容，因此整体工期较长，预计为从进入现场施工到安装工程完毕需要20天，系统运行调试需要7天，完全达到预期理想效果的调试则需要跟踪大厦空调系统运行进行，预计为一个月左右。
项目计划进度如下：
9节能效益分析
本项目实施后，预期的收益主要有：
1）水蓄冷移峰填谷，取得节省运行费用的效益；2）水蓄冷释冷运行的调节能力好，可以大幅减少原有离心式冷机在低效部分负荷的运行时间，从而产生显著的节能收益。
节能效益还受到大厦未来使用空调的需求的影响，与空调面积、建筑使用功能、室外天气炎热程度等因素相关。
移峰填谷效益
本项目每天的移峰填谷总冷量为930RTh。
大厦采用开利离心式电制冷机，按制冷机平均运行效率为5核算，则每天的移峰填谷总耗电为654kWh，消减高峰用电负荷327kW。
北京市7月、8月、9月执行尖峰电价，5月和6月执行正常的高峰电价。
因此总体移峰填谷效益为9.53万元。
7/8/9月
5/6月
合计
蓄冷电价
0.335元/kWh
0.335元/kWh
释冷电价
1.368元/kWh
1.253元/kWh
每天移峰填谷总电量
654kWh
654kWh
运行时间
92天
55天
147天
移峰填谷效益
6.22万元
3.31万元
9.53万元
制冷站整体效率提高效益
由于原有离心式制冷机在部分负荷时的效率较低，而大厦的空调负荷基本都在1.5台机组额定负荷一下，因此整体能耗水平较高。
通过水蓄冷的调节作用，在空调初期和末期时期可以大量减少一台机组的低负荷运行时间，在空调高峰时期可以大量减少第二台机组的低负荷运行时间。
从而整体上降低制冷站的运行能耗。
制冷站年耗电为80万元。
经过水蓄冷的优化运行，可提高整体效率20%左右，年节电16万元。
实施水蓄冷改造后，总体效益为25.5万元。
10项目总结
水蓄冷改造项目是针对现有空调系统实施改造，利用大厦原有的消防水池，建设高效的水蓄冷系统，与原空调系统有机融合运行。
这套水蓄冷系统采用了先进的水蓄冷技术，并通过工业化控制系统实现自动运行，技术先进，适合应用。
此项目年节约效益为25.5万元，消减高峰用电负荷327kW，具有很好的经济效益和社会效益。
采用EPC合同能源管理模式，具有很好的可行性和较好的投资价值。
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