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區域供冷系統在中關村西區的實際應用

10-04 19:38:58  瀏覽次數:530次  欄目:暖通空調
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  摘要:主要介紹了北京中關村以冰蓄冷為冷源區域供冷系統中一期工程制冷站的工藝設計,主要設備的選型、構造、技術特點、設計參數以及外管網設計,對制冰用乙二醇的要求和水處理方案。闡述設計者在工藝設計中的所采用的先進技術,為使系統運行費用最為節省所作的努力。

  關鍵詞:冰蓄冷 外融冰 雙蒸發器 雙工況

  1、北京中關村西區項目概況

  北京中關村西區位于北京市海淀區海定鎮,是中關村科技園的核心區,將建成為中關村高科技產業發展服務的以高科技為特征的商貿中心區。中關村西區建設實行土地一級開發,前期立項、規劃設計、拆遷安置、與區內的全部市政設施和配套設施(七通一平)及地下空間開發,由土地一級開發主體——北京科技園建設股份有限公司完成,根據市場需求與市政府確定的產業政策,進行土地招商。

  中關村西區總占地面積51.44公頃,規劃地上建筑面積100萬平方米,地下建筑總面積約50萬平方米。西區用地主體功能以金融資訊、科技貿易、行政辦公、科技會展為主,并配有商業、酒店、文化、康體、娛樂、大型公共綠地等配套公共服務功能。

  由上述可知,西區建筑的使用特質為商業建筑,多年的研究分析表明,商業建筑空調系統具有如下特點:(1)空調系統主要在白天運行,夜間只有小部分系統運行,既白天使用系數高;(2)空調負荷較大,且空調逐時負荷與電力峰谷供應一致;(3)總體負荷系數低。這樣的土地開發運作與建筑規模,這樣的空調負荷與系統運行特點,必然促使一級開發商在區內建設冰蓄冷區域供冷系統,引進區域供冷系統運營商,共同開發建設經營以冰蓄冷為冷源的區域供冷系統,為二級開發商提供空調用冷水,二級開發商可節省自建冷站的投資,節省的冷站面積可供使用或出租,吸引二級開發商。冰蓄冷利用高峰低谷電力差價使運行費用減少,降低了最大用電容量費用;區域供冷提高了冷水供應的可靠性和有效性,有利于環境保護;同時規模效應和低溫空調冷凍水的穩定供應保證了與二級開發商自建冷站的競爭力。

  中關村西區建設中采用了外融冰式蓄冷的區域供冷技術,為區內地下空間和地上建筑提供空調冷凍水。制冷站建設采用模塊方式,可按不同開發階段和冷水需求情況進行建造,利于資金安排,也能準確地把制冷站設置在最大負荷的建筑物附近,西區計劃建兩個外融冰式蓄冷制冷站。兩根DN500主供回水管附設在易于維護和管理的地下綜合管廊內,主供回水管為環狀管網,兩個制冷站均與環狀管網相接,每個制冷機房通過環狀管網相互聯結,這樣的系統則能達到最大的有效性和360天24小時不間斷提供1.1℃空調冷凍水的可靠性。地下空間的商用區與地上各建筑物的換熱站與環狀管網相接,13.3℃的空調回水(二次水)經板式換熱器與一次水1.1℃/12.2℃進行熱交換,二次水的供水溫度為2.2℃,穩定可靠的區域低溫供冷技術,具有保護區內環境、節約能源、節約初期投資、降低運轉成本、平衡電網負荷等獨特的優點。

  2、一期工程制冷站的主要設備與工藝設計

  2.1 根據西區的項目進展情況,先進行一期工程制冷站建設。冷站設計與建造由北京璦瑪斯區域供冷技術開發有限公司承擔,設計由Tom.Brady先生主持。冷站主要設備見表1,設備性能參數與工藝設計如下:

  一期制冷站主要設備 表1  

序號  設備名稱與型號  主要參數  數量  總功率
KW  1  水冷式離心式冷水機組(基載主機)YK-VHTDJ45DHES  制冷量2000冷噸(7034.4KW)
輸入功率1289KW  1  7034.4  2  水冷式雙工況螺桿式冷水機組FRICK RWB-856E  冷水工況:制冷量2130冷噸(7500KW) 輸入功率1420KW 2950RPM
冷冰工況:制冷量1634冷噸(5753KW) 輸入功率1379KW 2950RPM  3  4260  3  鋼筋砼蓄冰池  42(L)x13.4(B)x4.5(H)m  1     4  TSC-306S/918S
TSC-340S蓄冰盤管  1.076MWH
1.195MWH  60
30     5  主冷凍水主循環泵
ITT Goulds
3410L 10x12-12  流量 829立方米/小時
揚程 18.3米水柱
輸入功率 56KW
轉速 1450轉/分  4  224  6  冷卻水循環泵
ITT Goulds
3410L 12x14-12  流量 1410立方米/小時
揚程 33.5米水柱
輸入功率 150KW
轉速 1450轉/分  4  600  7  冷凍水輸送泵
ITT Goulds
3410L 10x12-12  流量 654立方米/小時
揚程 50.3米水柱
輸入功率 112KW
轉速 1450轉/分  5  560  8  乙二醇輸送泵
ITT Goulds
3410L 10x12-12  流量 1327立方米/小時
揚程 38.1米水柱
輸入功率 186KW
轉速 1450轉/分  3  558  9  冷卻塔BAC 331132AKV  流量 716立方米/小時
輸入功率 56KW  8  448 

  2.2 西區內有晝夜24小時的供冷需求,一期夜間谷值負荷2600KW,預計夜間總負荷不會小于7034KW,所以設置基載機組24小時連續供冷,承擔夜間這部分負荷,由于基載機組的COP值較高,所以這樣做既節省初投資又可降低運行費用;d主機制冷量2000冷噸,低谷電價時運行,同時也承擔峰值負荷,運行參數如下:蒸發溫度3.6℃,冷凍水進出口溫度12.2/4.4℃,流量779立方米/小時;冷凝溫度35.8℃,冷卻水進出口溫度30/35.3℃,流量1363立方米/小時立方米/小時。

  2.3 螺桿式壓縮機在低溫工況下運行穩定,制冰時COP值較其它型機組高,故在蓄冰系統中較多采用螺桿機。選用的RWBⅡ雙工況雙蒸發器螺桿式壓縮機是采用最新科技專利技術-采用的可變內容比技術,使機組內部壓縮比隨時與系統壓速比相匹配,避免過壓縮或欠壓縮造成的能量損失,是最可靠最節能的機組,其設計壽命在設計工況下超過100000小時。由壓縮機、冷凝器、蒸發器三部分構成,連接管件廠家附帶,現場組裝。該機組體積龐大,壓縮機運輸重量為25328公斤,蒸發器53110公斤,冷凝器23772公斤,機組總的運輸重量為102.2噸,廠內整體組裝運輸困難。機組承擔白天制冷和夜間制冰,運行參數如下:壓縮機制冷時制冷量2130冷噸,吸氣溫度與壓力為4.4℃和552Kpa(絕對壓力),排氣溫度與壓力為61.8℃和1427Kpa(絕對壓力),蒸發溫度3.6℃,冷凍水進出口溫度12.2/4.4℃,流量829立方米/小時; 冷凝溫度35.8℃,冷凝熱量8887.6KW,冷卻水進出口溫度30/35.3℃,流量1451立方米/小時。制冰時制冷量1634冷噸,吸氣溫度與壓力為-4.9℃和411Kpa(絕對壓力),排氣溫度與壓力為65.6℃和1382Kpa(絕對壓力),蒸發溫度-5.7℃,25%乙二醇進出口溫度0/-4℃,流量1131立方米/小時; 冷凝器參數與制冷時一致。

  2.4 鋼筋混凝土蓄冰槽占地面積582平方米,容積2619立方米,進口三元乙丙防水材料內防水,橡塑保溫材料外保溫,蓄冰槽上部設行人馬道,供維護與檢查。

  2.5 冷卻塔與冰盤管由美國BAC公司提供,冷卻塔主體結構為鍍鋅鋼板,防護板壁與進風百葉由抗腐蝕防紫外線的強化玻璃鋼材料制成。動力風機轉動系統采用特殊的抗腐蝕材料結構和先進的工藝制成,確保長期的無故障使用壽命。熱交換層由聚氯乙烯(PVC)制成,利用BAC專利的技術制成的帶整體擋水板的高效換熱層能保證水與空氣最大的接觸時間和最小的空氣壓降,而且能在較小的風機電耗下確保高效傳熱,其熱力特性均由美國冷卻塔學會(CTI)按照協會標準進行認證。BAC的蓄冰盤管由鋼帶連續卷制成管直縫焊接制造,外經為26.67毫米,盤管組裝在鋼架上,整體裝配完成后,浸沒在試壓水槽內,管內注入2.415MPa的壓縮空氣(盤管的額定工作壓力1.05Mpa),進行氣壓試驗,至少15分鐘,水槽內無氣泡為合格,然后盤管機組整體外表面熱浸鍍鋅。盤管機組共計15組,每組由6個模塊構成,共90個盤管模塊,設計充冷時間10小時,總的蓄冷量為28560冷噸時。蓄冰槽底部每組盤管的下面都配有DN40PVC多孔攪動空氣分配管,設計2臺空壓機,每臺流量360立方米/小時,全壓為62000Pa,釋冷時壓縮空氣攪拌系統開啟,這樣融冰均勻,換熱效率高,在全部的釋冷周期內,釋冷溫度能平穩保持1.1℃。每組盤管都配有電子冰層厚度感應器,出廠時感應器已經校準好了,在每一個制冰循環中,一旦冰層厚度達到設計值時,感應器發出信號,供液閥關閉,停止制冰。要求盤管水平安裝在冰槽的地面上,在盤管支撐型鋼與防水層之間放置20毫米厚由橡膠和軟木合成的墊塊或在防水層上做10公分厚的豆石混凝土。水泵全部來自美國ITT.

  2.6 制冰時采用抑制性乙二醇為載冷介質,抑制性乙二醇具有良好的傳熱性與低溫性及抗腐蝕性,從陶式化學(中國)投資有限公司購買,普通乙二醇比水的腐蝕性大得多,因此保持抑制性乙二醇的化學穩定性十分重要,必須定期(半年或是在季節性啟動和停機時)取樣檢查乙二醇水溶液的抑制性濃度,如有必要應予以調整,恢復原有的抗腐性能。乙二醇水溶液的另一特點是膨脹遠比水大得多,這兩點在設計與使用中要給于關注。

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