青浦供電公司蓄能系統節能改造及應用

王瑩

（上海華電源牌環境工程有限公司，上海200070）

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青浦供電公司蓄能系統節能改造及應用

王瑩

（上海華電源牌環境工程有限公司，上海200070）

摘要：基于青浦供電公司原冷熱源系統運行中存在的問題，考慮當前新增的冷負荷的需求，在不改變末端管道的前提下，對冷熱源系統進行改造。本文具體分析了冷熱源系統的改造思路、設備配置以及運行狀況，闡述了相應設備、管道及運行策略的改造狀況。從而保證改造后的系統能夠適應新的負荷要求，并能夠充分利用冰蓄冷+電蓄熱的優勢，保證系統的節能性和可靠性。

關鍵詞：冰蓄冷； 電蓄熱； 系統改造

0　引言

上海電力公司青浦供電公司，于2004年建成投運。空調面積約為10000m2，中央空調系統與大樓一起建成投運，空調系統采用的是電鍋爐蓄熱及冰球冰蓄冷系統。本項目冰蓄冷系統由于設備運行有10年左右，設備腐爛導致冰蓄冷部分無法運行，而空調主機的配比常規空調減少30%~50%的能量，所以目前按常規空調使用，整個空調效果無法為達到正常要求；另外存在由于主機老化效率降低，水泵磨損噪音大等問題，通過這次改造，恢復青浦供電公司中央空調冰蓄冷系統正常運行。以下對青浦供電公司蓄能系統的改造進行分析。

1　工程簡介

青浦供電公司調度大樓空調設計總的冷負荷為950kW，供回水溫度為7/12℃；熱負荷為650kW，供回水溫度為55/45℃；采用的是電鍋爐蓄熱及冰球冰蓄冷系統。考慮到當前存在的供冷缺口，計算得出空調設計的總冷負荷為1450kW，熱負荷為650kW。供冷系統采用應用最為廣泛和可靠的內融冰盤管式系統，供熱系統采用蓄熱和供熱一組泵的全量蓄熱系統。此次改造符合當時制定冰蓄冷系統的初衷，從而真正實現節能減排、移峰填谷。保證系統的節能平穩運行。

2　原冷熱源系統分析

2.1原系統配置

見表1。

表1　原系統配置表

2.2冰蓄冷部分改造分析

在系統選擇方面，原系統采用冰球式蓄冰裝置，屬于靜態制冰的容積式制冰方式。冰球式適用于瞬時負荷較大的場合，雖有應用簡單靈活的優點，但其融冰溫度高、乙二醇用量大、內部易短路、融冰不充分、制冰溫度低、系統運行不經濟，導致冰球系統逐步被盤管式蓄冰裝置所取代。由于不完全凍結式盤管因其優良的性能，已占市場份額達80%以上，成為冰蓄冷系統的主流。根據本建筑功能的具體情況，負荷變化不大、比較平穩，所以對于本項目，改造采用不完全凍結式蓄冰裝置，從而實現系統的可靠和穩定。

2.3電蓄熱部分改造分析

由于電鍋爐使用年限已久，電加熱元件及其它安全配件已趨老化，導致經常發生故障，蓄熱系統無法正常供應熱量。具體的問題主要包括以下幾個方面：

（1）水泵軸封漏水，噪音非常大；電鍋爐效率降低，電熱管經常壞，且高峰時段電鍋爐運行經常跳閘；蓄熱水箱保溫性能降低，散熱嚴重，且水箱有滲漏；管道銹蝕嚴重。

（2）電蓄熱在原系統設計中采用兩組泵，蓄熱水泵和放熱水泵；由于機房面積緊張，且考慮系統控制的可靠性，將該系統改為蓄熱放熱合用一組變頻泵的方式。

綜上以上原因，基于系統安全性、可靠性、經濟性的考慮，對該蓄熱系統進行滿足智能化、節能、環保等要求的技術改造。

3　改造后系統流程分析

由于末端管路不變，所以由于冷負荷的增加，需要對末端供回水溫度需要做相應的修正；系統末端采用冷熱水共用的兩管制系統，由于冷熱負荷的差別較大，為實現系統的水力平衡，修正供熱部分的溫差，使得供熱部分的流量處于較為合理的區域；供冷供熱水泵共用，需要采用變頻，來適應不同冷熱負荷的需要。

3.1冰蓄冷系統設備改造

尖峰負荷為1450kW，原供回水溫度為7/12℃，考慮到末端管路保持不變，需要加大末端供回水溫差，同時考慮到已有的保溫，確定改造后的供回水溫度為6.5/12.5℃。可以實現雙工況主機單獨制冰、主機和蓄冰裝置聯合供冷、融冰單獨供冷以及主機單獨供冷四種運行模式，從而節省運行費用，實現節能運行。針對各個設備進行分析，具體的改造如下：

（1）本系統采用2臺雙工況主機，每臺主機的制冷量為148RT，制冰量為91RT。

（2）板換換熱器：一次側（25%乙二醇體積溶液）的進出口溫度為3.5/11℃，二次側（水）為12.5/6.5℃，考慮到余量，板換的換熱量為1595kW。

（3）蓄冰裝置：蓄冰量為1490RTh，選取了兩組ITSI-S745的高分子納米復合材料導熱塑料盤管，考慮到梁下凈高為3.5m，以及圖紙中盤管所放位置的梁之間的長和款，選擇非標芯體，每臺芯體的尺寸為：5365× 2760×2726mm。

（4）冷卻塔：流量300m3/h，濕球溫度28℃，兩臺風機，每臺風機的功率為5.5kW，冷卻塔進出口溫度為37/32℃，可以滿足主機的冷卻需要。

（5）乙二醇泵：通過計算聯合供冷工況下為91m3/h，制冰工況下為88m3/h，揚程為38m，變頻運行。

（7）冷卻水泵：110m3/h，揚程為28m。

（8）定壓裝置：經過計算，膨脹量為0.15m3，工作壓力范圍為0.1~0.2MPa，選用PN800型號的定壓裝置。補液泵流量0.5m3/h，揚程為18m，一用一備。補液水箱為1m3。

系統圖如圖1所示，布置圖如圖2所示。

機房面積較為緊湊，考慮到過道，且現場某些位置有較低的橋架，故機房在盡量保證走道的前提下，充分利用高度空間，節省平面面積。

3.2電蓄熱系統設備改造

供熱系統的尖峰負荷為650kW。

（1）原電鍋爐效率低，常跳閘，難以更換零配件，需要重新配置電鍋爐，考慮到配電容量和供熱負荷的需要，電鍋爐功率為：390kW，供回水溫度為90/50℃。

（2）供熱板換：換熱量為650kW，一次側的進出口溫度為70/50℃，二次側為45/50℃。

（3）蓄熱裝置：夜間電鍋爐蓄熱8h，共蓄熱約3120kWh，蓄熱溫差為40℃（50/90℃），則蓄熱水箱體積需要：

蓄熱水箱容積為35m2（2臺）。夜間低谷電時，將白天所需的熱水在夜間（電力低谷時段）儲備供白天使用，當白天采用蓄熱水箱供熱。因低谷電時，電價較低，可有效的節約運行費用。

（4）蓄熱循環水泵：為了保證蓄熱的效果，可采用多次蓄熱，從而避免鍋爐頻繁停機，難以實現良好的溫度分層和足夠的蓄熱量。

供冷循環水泵總流量為104×2=208m3/h，可以滿足供熱時的需求。

電蓄熱的系統圖如圖3所示。

3.3蓄能系統改造后的優勢

改造后系統有以下的優勢：

（1）轉移電力高峰用電量，平衡電網峰谷負荷，起到移峰填谷，提高電力資源利用率，促進電網電力供應平衡的作用。對用戶、國家都有重大的意義。

（2）減少主機及相關設備的裝機容量可達30% ~40%，減少變配電設施的投入。

（3）設備滿負荷運行比例增大，充分提高設備利用率15%。

（4）減少一次性電力投資費用，包括電貼費、變壓器、配電柜等。

（5）利用分時電價，可節省大量空調的運營管理費用，電費節約40%以上

（6）可作為應急冷源，停電時可利用自備電力啟動水泵融冰供冷。

（7）可作為“綠色”建筑配套空調系統，符合政府建筑節能要求，同時響應貫徹國家節能減排要求及政策。

4　經濟性分析

對于本改造項目，將改造后的系統和改造前進行對比。對于冷源：改造前的冰球系統并未得到利用，仍按照常規系統應用，所以下文對改造后的冰蓄冷系統與常規系統進行對比，分析其經濟性。對于熱源：改造后僅僅是少了兩臺水泵，所以不予以分析其經濟性。

（1）冰蓄冷系統運行費用計算：

設計日運行費用：Fb=∑Py×h×fy+∑Pb×h× fb=278kW×8h×0.285元/kWh+316kW×9h×0.6× 0.976元/kWh=0.230萬元。

夏季年運行費用：Fbn=Fb×D×f=0.230萬元× 150d×0.5（運行調節系數）=17.3萬元。

表2　經濟性對比

部分負荷時，冰蓄冷系統可采用單融冰供冷模式，運行費用較常規系統具有明顯優勢，而空調系統常年運行在部分負荷，因此運行調節系數小于常規系統。

（2）常規系統全年運行費用計算：

設計日運行費用：Fc=∑Py×h×fy+∑Pb×h× fb=413kW×0.85×9h×0.976元/kWh=0.308萬元。

年運行費用：Fcn=Fc×D×f=0.308×150×0.8（運行調節系數）=37萬元。

從而可見：1）與常規系統比，冰蓄冷系統可轉移電量1265kWh/d。2）經過上表計算結果可以看出，回收年限只有3.4年，也就是說空調運行3.4a之后就處于“盈利”階段，每年可節省運行費用約25.2萬元。

5　結語

青浦供電公司冷熱源系統改造項目，基于原供冷供熱系統中的缺陷，尤其是針對為進行充分利用的原冰蓄冷系統，具體地提出了改造方案和具體的配置；同時通過實地的勘查，將原紙質圖紙和實際結合，重新對改造后的設備進行布置，充分利用原機房空間，在不影響其他橋架等設備的基礎上，對本項目進行施工作業并進行調試。從而達到系統良好運行、節省投資、節約資源的目標，保證工作區域的舒適性。通過該工程的改造設計、實施狀況可以看出，將冰球及已經廢棄的蓄能系統通過合理的改造具有良好的可實施性和經濟性。

參考文獻：

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[2]方貴銀.蓄冷空調工程實用新技術[M].北京：人民郵電出版社，2000.

[3]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

修回日期：2016-03-03

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.019

中圖分類號：TU83

文獻標識碼：B

文章編號：2095-3429（2016）02-0082-05

作者簡介：王瑩（1986-），女，河南人，碩士，中級工程師，從事空調技術設計研發工作。

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