自然分层水蓄冷空调技术应用研究论文.docx

1、自然分层水蓄冷空调技术应用研究论文自然分层水蓄冷空调技术应用研究目 录1. 引 言 32. 水蓄冷技术应用现状 32.1 工程应用现状 32.2 全国部分主要水蓄冷应用案例 32.3 蓄冷技术的优势 32.4 影响蓄冷技术推广的不利因素 33. 自然分层水蓄冷技术简介 34. 典型水蓄冷系统案例分析 34.1 浦东国际机场二期水蓄冷空调系统 34.1.1 工程概况 34.1.2 空调分时电价 34.1.3 空调冷负荷分析 34.1.4 不同制冷方案的技术经济比较 34.1.5 水蓄冷空调系统设备配置和运行策略 34.1.6 设计优化及施工 34.1.7 实际运行情况 34.2 上海某创业产业园

2、的水蓄冷空调系统 34.2.1 工程概况 34.2.2 夏季冷负荷平衡分析 34.2.3 空调系统设计特点 34.2.4 经济效益分析 35. 水蓄冷系统主要设计控制点 35.1 斜温层厚度及蓄冷水槽深度设计不合理 35.2 布水器设计难点及对策 35.2.1 雷诺数（Re）的控制 35.2.2 弗劳德数（Fr）的控制 35.2.3 孔口流速的控制 35.2.4 布水器的整体布置 35.2.5 核实蓄冷装置高径比 35.3 隔热保温和防水设计 35.3.1 隔热保温材料 35.3.2 隔热保温设计 35.3.3 防水设计 36. 水蓄冷系统主要施工控制点 36.1 水蓄冷储水罐罐底安装难点及对

3、策 36.1.1 合理的焊缝设计 36.1.2 焊缝方法的选择 36.1.3 焊接施工过程的控制 36.1.4 焊中应力消除与焊后热处理 36.2 蓄水罐充水沉降试验注意事项 36.2.1 充水试验前 36.2.2 充水试验中 36.2.3 充水试验后 36.3 蓄水罐防冷桥（防结露）的技术方法 36.3.1 罐底隔热的控制方法 36.3.2 罐壁保温的控制方法 37. 商务模式 37.1 EMC的业务特点 37.2 EMC项目的三种运作模式 37.3 EMC的服务程序 37.4 政策补贴支持 37.4.1 国家层面政策 37.4.2 上海市地方层面政策 38. 加速蓄冷空调技术发展的几点建议

4、 38.1 加强政策支持 38.2 灵活应用EMC模式 38.3 加大宣传推广力度 39. 水蓄冷技术发展展望 310. 参考文献 3摘要：本文通过对自然分层水蓄冷技术背景及应用原理介绍，结合典型水蓄冷工程应用案例的详细分析，得出自然分层水蓄冷技术设计及施工的主要控制点。同时，详细阐述了水蓄冷技术应用案例的合同能源管理商务模式，且提出水蓄冷工程的发展建议和展望，为水蓄冷的工程应用提供借鉴。关键词：自然分层水蓄冷；斜温层；布水器；合同能源管理；政策补贴；1. 引 言随着我国经济的高速发展和人民生活水平的提高，电力能源供应紧张已日益显著。在我国电网中，用电负荷在时间和强度上的差别明显，部分城市和地

5、区在夏季的峰谷电力差已达到40%【1】。这一方面增加了发电装备的装机容量，降低了发电装备的平均效率，同时由于发电装备容量调节较为困难，对电网的安全运行构成了威胁。为此，蓄冷技术应运而生，成为电力“削峰填谷”的一种有效方法。从1995年起，我国各地根据国家有关部委的要求，逐步推行了分时电价制度，并出台了一系列鼓励用户移峰填谷的优惠政策。2012年7月3日，财政部和国家发改委关于印发电力需求侧管理城市综合试点工作中央财政奖励资金管理暂行办法的通知，明确指出“对通过移峰填谷技术的永久性节约电力负荷和转移高峰电力负荷，东部地区每千瓦奖励440元，中西部地区每千瓦奖励550元”，这无疑给蓄冷技术应用注入

6、一针强心剂。在蓄冷技术中，水蓄冷技术具有初投资少，系统简单及维修方便等特点，在国内诸多大型工程中暂露头角【2】。水蓄冷系统是以水作为蓄冷介质在夜间低谷电时段将冷量存储起来，白天用电高峰时段将储存的冷量释放出来，以满足建筑物空调或生产工艺的需要，减少总装机容量，也提高了电网侧发电效率。目前，水蓄冷装置的蓄冷水槽结构设计主要有自然分层型、迷宫式、多槽式和隔膜式，其中，自然分层型具有高效、低投入的特点，得到广泛应用。2. 水蓄冷技术应用现状2.1 工程应用现状我国在上世纪70年代开始，即在体育场馆建筑中采用水蓄冷空调技术，根据天津大学张永铨教授多年对我国蓄冷技术应用情况统计【3】，截止至今年（201

7、2年）年初，已有建成投入运行和正在施工的水蓄冷工程178个，项目分布在20多个省市，广泛实施于机场、酒店商场、电子、食品、医院等各行业。主要的水蓄冷工程分布地域如下：地区广西广东北京上海江苏湖北其它数量33331715191942合计178表1 主要水蓄冷工程分布地域表其中采用我国自主专利技术的10多个，供回水温差由原来的5提高到10甚至更大，使蓄冷密度由原来的5.8KW/m3提高到11.6 KW/m3或更大。水蓄冷工程在机场、酒店宾馆、产业园区等应用广泛，节能效果明显。典型案例如上海浦东国际机场T2航站楼能源中心（区域供冷工程）、上海虹桥机场扩建工程（候机楼空调工程）、桂林两江国际机场、深圳

8、宝安国际机场、南宁明园新都酒店（五星级酒店）、江苏省常熟喜来登酒店（五星级酒店）及上海国际工业设计中心等。但是，从总体上来看，无论工程数量和技术水平方面与美国、日本等发达国家都还存在很大差距，设计单位和用户对蓄冷技术尚缺乏系统的了解和运行管理经验。因此，迫切需要及时总结蓄冷技术在我国应用的经验或教训，增强政策扶持力度，使之在我国的经济发展中发挥出更大的作用。2.2 全国部分主要水蓄冷应用案例建筑类型/行业案例名称备注机场、交通类上海浦东国际机场T2航站楼能源中心区域供冷上海虹桥机场扩建工程候机楼空调上海虹桥交通枢纽中心桂林两江国际机场候机楼空调/EMC深圳宝安国际机场昆明机场酒店、宾馆类南宁明

9、园新都酒店五星级南宁明园饭店四星级广西天妃商务酒店四星级桂林帝苑酒店五星级/EMC桂林桂湖饭店四星级/EMC桂林观光酒店四星级南京金丝利喜来登酒店五星级/EMC苏州建屋酒店四星级/EMC江苏省常熟喜来登酒店五星级/EMC商场、超市类武汉中商广场大型商场/EMC武汉中南商业大楼大型商场/EMC南昌丽华购物广场江苏太仓华旭财富中心石家庄万达广场江西萍乡洪城大厦科技、电子工业类上海美维电子有限公印刷电路厂/EMC高德（无锡）电子有限公司EMC上海环旭电子北京XX数据中心长沙LG曙光电子汕尾信利半导体有限公司二期成都亚光电子其它类上海尚德太阳能电力有限公司（一期）无锡尚德太阳能电力有限公司电装（广州南

10、沙）有限公司天津中新生态城济南奥体中心宜兴竹海度假村表2 全国主要水蓄冷案例天津大学环境科学与工程学院的张永铨教授对中国蓄冷技术的发展进行了长期关注，做了大量的蓄冷工程统计工作。其中，有相当比例的水蓄冷工程案例采取了合同能源管理EMC的商务模式，关于合同能源管理EMC商务模式的业务特点、运作模式、服务程序及政策扶持情况等内容，将在后面章节详细介绍。2.3 蓄冷技术的优势为了解决夏季用电峰谷差扩大的问题，做好迎峰度夏、有序用电工作，全国各级地方政府与供电部门开展了形式多样的电力需求侧管理活动。蓄冷空调技术作为一项重要的电力需求侧管理技术，其自身优势明显，可归纳为以下几点【4】。a) 实现电力负荷

11、的移峰填谷，优化电网负荷曲线；蓄冷系统通过转移制冷设备的运行时间，充分利用夜间低谷电力，减少白天峰值用电量，优化电网负荷曲线，成为电力移峰填谷最有潜力的途径，兼具经济效益和社会效益。b) 减少空调冷热源设备的安装容量；诸如机场、车站、大型办公写字楼晚上没有空调负荷的大型公共建筑采用蓄冷中央空调后，可减少制冷设备的安装容量，同时可节省运行费用。c) 作为备用冷源在供电不足的情况下满足建筑物的空调要求；d) 优化资源配置，延缓电力建设；e) 扩大原有空调系统的供冷能力。2.4 影响蓄冷技术推广的不利因素正是由于蓄冷空调技术有诸多优势，从20世纪30年代该技术诞生以来，在世界各地得到了巨大发展和广泛

12、应用。该技术在美国、法国、日本及韩国等发达国家和地区已得到大批工程应用。而在我国，虽有一批蓄冷技术空调应用，也取得了一些成绩，但蓄冷技术依旧难逃“叫好不叫座”的迷局，通过对用户工程项目的分析以及政策、推广机制的研究发现，影响蓄冷空调技术推广应用的不利用因素主要有一下几点：a) 项目建设投资成本较高，投资回收期较长，影响用户的积极性；通过作者本人在上海的水蓄冷工程实践经验，空调面积在4万平米以下体量的建筑，采用水蓄冷系统初投资比常规空调系统高30%左右，静态投资回收期为4.5年左右（同时还得兼顾考虑建筑类别、当地峰谷电价差及建筑功能等因素的综合影响）。如果考虑蓄冷设备占地所损失的经济效益，投资回

13、收期将会更长，此将直接影响一些缺乏资金的用户采用该技术。b) 峰谷电价差对蓄冷空调技术的推广应用构成障碍；经过分析我国各地电价，尤其是长三角地区电价，峰谷电价比目前大多浮动在3:14.5:1【5】，相比美国、日本、韩国等发达国家的峰谷电价比动辄10:1左右，我国的峰谷电价差政策性拉大还有很长的路要走。c) 蓄冷技术应用补贴政策姗姗来迟影响该技术的推广；直到今年2012年7月份才出台电力需求侧管理城市综合试点工作中央财政奖励资金管理暂行办法，且明确指出“对通过移峰填谷技术的永久性节约电力负荷和转移高峰电力负荷，东部地区每千瓦奖励440元，中西部地区每千瓦奖励550元”。在此之前，一定程度上影响了

14、用户采用蓄冷空调技术的积极性。d) 学术界对蓄冷空调技术的一些认识也是该技术推广应用的障碍之一【6】；目前，学术界有部分人认为蓄冷空调技术为非节能技术，理由是蓄冷工况时空调机组的制冷效率会下降，同时在系统中存在能量的二次转换及蓄冷罐的能量损耗，而将用户产生的“节电效益”纯粹归功于分时电价。3. 自然分层水蓄冷技术简介水蓄冷（chilled water storage system）是用水作为蓄冷介质，利用水的显热热量蓄冷的空调蓄冷方式。水被冷水机组冷却并储存在蓄冷水槽内，用于满足空调时的供冷需要（水蓄冷系统基本原理图详见图1）。水蓄冷系统的蓄冷温度一般为46，蓄冷温差为58，大温差水蓄冷系统的

15、温差可达12。当然，提高蓄冷温差的同时，需提高水蓄冷系统的蓄冷效率，防止冷水与热水的混合以减少能量损失。通常，水蓄冷系统蓄冷水槽结构设计有4种方式：自然分层型、迷宫式、多槽式和隔膜式，其中，自然分层型具有高效、低投入的特点，得到广泛应用。图1 水蓄冷系统基本原理图自然分层水蓄冷是利用水的不同温度下的密度不同实现自然分层。在3.98时，水的密度最大，而大于3.98时，水的密度随着水温的升高而减小。在自然分层水蓄冷中，通过水的密度特性使温度在46的冷水聚集在蓄冷水槽下部，而6以上的热水自然地聚集在蓄冷水槽的上部，来实现冷热水的自然分层，为将冷热水隔开而不相掺混的水层为斜温层。图2 自然分层水蓄冷水槽及斜温层示意图如上图所示，在蓄冷水槽中设置了上下两个均匀分配水流的布水器，为了实现自然分层，要求在蓄冷和释冷过程中，热水始终从上部布