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常州宾馆冰蓄冷空调系统设计

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常州宾馆冰蓄冷空调系统设计
王 琳 陈志承 徐齐越 戴彬彬 清华同方人工环境工程公司
1 工程概述
常州宾馆位于江苏省常州市中心地区, 现属三星级旅游涉外饭店, 为适应当地经济高速
发展, 需要扩大规模, 完善功能配套, 故需要对常州宾馆进行扩建工程, 扩建后集客房、 餐
饮、 娱乐为一体, 满足常州市举办重要活动以及旅游客房的需要。因此, 其扩建后将在当地
具有重要的社会价值和经济效益。
宾馆建筑概况如下: 保留原有建筑面积为7000m2, 扩建部分主体建筑高22.3m, 地上6
层, 地下1 层, 建筑面积为29450m2( 地上面积23800m2, 地下部分5650m2) 。改建后总的
建筑面积为36450m2, 除2400m2 的商场需要单独供冷外, 均由集中冷热源系统提供。总的
空调面积为29380m2。
原有冷热源状况: 蒸汽吸收式溴化锂机组一台, 制冷量为100 万kcal/小时, 已运行4
年, 近几年的实际供冷能力约为90 万kcal/小时( 298RT) 左右。原有4t/h 蒸汽锅炉2 台,
夏季为溴化锂机组提供蒸汽, 冬季为采暖系统提供热源。
空调负荷状况: 夏季空调设计日峰值冷负荷为1174RT( 4129kW) , 宾馆客房夜间需要
供冷, 最小冷负荷为206RT( 725kW) ; 冬季总热负荷为3139 kW。
2 工程设计简述
常州宾馆改扩建工程的空调系统末端设备根据房间使用功能、 特性的差别采用不同形
式: 客房、 餐饮、 桑拿、 办公室等小隔间场所采用的是风机盘管加新风的形式; 宾馆大堂、
大餐厅、 舞厅、 游泳等层高较高、 开间较大的场所采用全空气系统, 由变风量组合式空调机
组对空气进行热湿处理, 经过低速风管送到各处。夏季冷冻水供回水温度7/12℃; 冬季空
调热水温度60/50℃。
因江苏省经济比较发达, 经济生活活跃, 造成了电力供需不平衡, 电网运行波动性大,
对电力系统的安全稳定运行极为不利。为了很好的缓解电网的供需矛盾, 江苏省推出了拉大
峰谷电价差距的政策。就电力系统而言, 这项政策充分利用现有电力设施缓解国民经济发展
中日益严重的电力供求矛盾; 对于用户而言, 峰谷电价政策将给用户带来极其可观的经济回
报, 表1 给出了常州市的分时电价政策:
表1 常州市分时电价表
电价类别 高峰段 平峰段 低谷段
时间段
7:00-11.00
17:00-21:00
12:00-16:00
22:00
23:00-7:00
蓄能空调电价(元/KWh) 0.974 0.649 0.325
常规空调电价(元/KWh) 0.884
3 夏季供冷方案论证
一般情况下宾馆类的商业建筑由于客房所占比例高, 夜间供冷负荷较大, 因此采用冰蓄
冷空调系统是否具备经济效益要仔细做技术经济分析。
具体到常州宾馆而言, 需要24 小时保证提供空调的客房和大堂, 其面积占总空调面积
近50%, 其夏季夜间供冷负荷占设计日峰值冷量的17%; 办公用房、 会议、 餐饮、 健身休闲、
桑拿等间歇使用的商业用房面积约为50%, 其空调使用有明显的间歇性; 而且原有一台溴化
锂制冷机能够作为基载冷机, 提供客房等的夜间负荷需要, 因此完全有必要采用冰蓄冷空调
系统。另外常州市夏季潮热, 需要空调供冷期长, 每年从5 月初持续到9 月底; 随着室外气
象参数的变化, 在非典型设计日的过渡季节, 更可利用冰蓄冷节约空调的运行费用。
下面结合常州宾馆的夏季空调冷负荷情况, 对采用冰蓄冷系统的经济效益进行了详细的
分析。常州宾馆典型设计日逐时冷负荷分布见图1:
从图1 中可知, 典型设计日峰值负荷出现在14: 00～15: 00, 数值为1174RT, 累计设计
日全天总冷负荷为16352RTh。
3.1 冰蓄冷空调系统方案
根据本工程的特点, 为了节约初投资及减少机房占用面积, 冰蓄冷空调系统采用了负荷
均衡的部分负荷冰蓄冷方式, 采用了主机上游的内融冰串联系统, 详见冰蓄冷系统原理图( 图
2) 。
经过详细的计算比较, 选择如下设备:
1) 双工况制冷机: 采用烟台顿汉布什生产的WCFX-36 型立式全封螺杆式制冷机2 台,
单台空调工况制冷量为307RT。
2) 内融冰盘管: 选用清华同方生产的RH 系列产品, 由于蓄冰槽布置在冷站内, 冷站层
高有限, 仅为4.2 米, 故根据本工程条件, 设计非标盘管RH-ICU106F 型32 台, 总蓄冷量为
3 392RTh。
利用主机上游内融冰串联式系统能够提供连续稳定的大温差一次侧冷冻水( 清华同方内
融冰盘管取液温度为3.5℃~4℃) , 同时考虑到利用峰谷电价差以减少空调系统运行费用,
在空调设计日内的电力高峰时段, 尽量在满足取冰率的情况下, 充分利用蓄冰槽进行供冷,
其它不足部分由双工况冷机+溴化锂制冷机进行补充; 在电力平峰时段, 蓄冰槽连续均衡释
冷, 不足冷量由双工况冷机+溴化锂制冷机承担; 在夜间的电力低谷时段, 双工况冷机满负
荷开启进行蓄冰, 而且在蓄冰开始的前3 个小时, 经过夜间循环泵旁通一部分冷量和溴化锂
制冷机一起承担宾馆的夜间负荷。设计日负荷分配情况详见图3:
3.2 常规电制冷空调系统方案设计
常规电制冷设备选型比较简单, 只需要根据设计日最大冷负荷进行设计就能够满足空调
系统的供冷需要。在常规系统方案中依然使用现有的溴化锂机组, 只需要增加冷量为876RT
的制冷机即可满足要求, 经过比较, 选择烟台顿汉布什生产的WCFX-51B 型立式全封螺杆式
制冷机2 台, 单台空调工况制冷量为453RT。
3.3 经济效益分析
采用冰蓄冷空调系统的重大意义在于( 在分时段电价政策下) 空调系统运行过程中大量
地节省运行费用, 在下面的经济效益分析中将按照夏季空调负荷出现的规律和时间来作定性
的分析。
由于空调负荷的大小与当地的室外气象参数密切相关, 根据常州市的气象参数特点, 因此在
经济分析中制冷站设备的运行费用以100%负荷出现时间占总空调日的15%, 75%负荷出现时
间占45%, 50%负荷出现时间为25%, 25%负荷出现时间为15%来计算, 常州市的空调供冷期
按5 个月考虑, 运行费用的比较见表2:
表2 运行费用比较表( 单价: 万元)
冰蓄冷系统 常规电制冷系统
负荷比例 天/年
天运行费用 年运行费用 天运行费用 年运行费用
100% 负荷 23 1.21 27.20 1.58 35.61
75% 负荷 68 0.90 60.66 1.011 68.22
50% 负荷 36 0.56 20.98 0.71 26.54
25% 负荷 23 0.30 6.92 0.44 9.81
汇总 150 115.75 140.19
从表2 可见, 冰蓄冷系统比常规电制冷系统每年节省24.44 万元运行费用。
根据常州宾馆的空调冷负荷情况设计的两种冷站系统方案, 原则上都能够很好的满足该
工程的夏季空调负荷需求, 可是由于此两种系统的设计思路不同, 造成包括空调冷源系统的
空调设备、 变压器等变配电设备在内的设备初投资和运行费用的差异, 表3 是结合设备投资
对冰蓄冷系统进行经济效益分析:
项目 冰蓄冷系统(A) 常规电制冷系统(B) A-B
设备初投资 363.35 295.77 67.58
设备安装 80.00 74.00 6.00
年运行费用 115.75 140.19 -24.44
电力设备投资 A比B 电力设备装机容量小115KVA,折合电力投资11 万元
投资回收年限 A对于B 的回收年限为2.5 年
说明: 投资回收年限=( 冰蓄冷初期总投资-其它系统形式初期总投资) /( 冰蓄冷年运
行费-其它系统形式年运行费)
结合设备投资、 工程安装、 年运行费等综合考虑, 冰蓄冷系统只需2.5 年即可收回投资,
考虑到长期可持续性发展的因素, 可见本工程采用冰蓄冷方案是合理的, 从而能够实现经济
效益的最大化。
4 冬季供热系统
常州宾馆改扩建后冬季总热负荷为3139 kW, 宾馆当前有2 台4t 的蒸汽锅炉, 原来在
夏天为吸收式溴化锂制冷机提供汽源, 冬天为采暖系统提供热源。考虑到当前冷站所在的地
下一层为人防结构, 机房空间有限, 故本工程的冬季空调采暖系统采用板式换热器, 向空调
末端系统提供60℃供50℃回的的空调热水, 一次蒸汽源侧采用斯派莎克公司提供的专业蒸
汽换热系统及设备, 来保证进入板换的蒸汽流量、 压力稳定, 系统安全平稳运行。
5 施工图设计中发现的问题
5.1 基载冷机——溴化锂制冷机系统
由于溴化锂制冷机是常州宾馆的原有设备, 原有一套相匹配的冷冻和冷却水泵, 现在根
据改扩建工程的规划, 空调系统的冷热站集中设在新楼的地下一层机房, 经过对原有冷冻和
冷却水泵的参数进行较核发现, 旧有水泵与冰蓄冷系统的水泵设计参数( 水泵扬程) 不匹配,
如仍旧应用在冰蓄冷系统中会影响到水泵的出力, 不能满足末端系统的要求。因此设计过程
中对溴化锂制冷机相应的冷冻和冷却水泵重新进行了选型。
5.2 乙二醇泵的选择
因为浓度为25%的乙二醇水溶液的物理特性, 密度、 粘度大于水, 而比热小于水, 因此
在选择以水溶液为设计参数的设备时, 如水泵等, 其流量及扬程均应选择比相同冷量及温差
条件下的空调冷水要大, 查阅相关资料后可知, 系统中乙二醇的循环量应附加10%, 而乙二
醇水泵的扬程应附加20~30%。
由于本工程中空调冷热站的面积早已划定, 且其所在的地下室是人防建筑, 因此面积变
更十分困难, 因此冷站内设备布置空间稍显狭窄, 勉强满足安装和日常检修维护空间的要求。
参考文献
1 严德隆, 张维君. 空调蓄冷应用技术. 中国建筑工业出版社
2 彦启森, 赵庆珠. 冰蓄冷系统设计. 全国蓄冷空调节能技术中心、 清华同方股份有
限公司人工环境工程公司
3 潘云钢. 高层民用建筑空调设计. 中国建筑工业出版社
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