水蓄冷系统在某汽车配件制造公司工艺生产中的应用

隋钰泉1 刘 欣1 齐晓辉1 张立闵2

（1.烟台荏原空调设备有限公司，山东 烟台 265500；2.山东贝格建筑设计有限公司，山东 烟台 264000）

摘要：通过对常规空调系统和水蓄冷空调系统在工艺生产中应用的分析，指出水蓄冷空调系统在工艺生产中应用的优势，并介绍了水蓄冷空调系统的运行策略，证明水蓄冷空调系统在一些具有较大消防水池的企业中使用的可行性。

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关键词 ：螺杆式电制冷机组；运行策略；自动控制；节能

0 引言

水蓄冷既可降低夏季空调系统用电对电网高峰负荷的冲击，又可降低空调系统的运行费用，且其初期投资较冰蓄冷系统低，所以在国外已经得到了广泛的应用，在国内南方和少数寒冷地区也在一些项目中得到了应用，并取得了很好的经济效益。

1 项目介绍

1.1 项目所在地能源供应情况

1.1.1 市政热网

该地区市政热网系统没有完善，缺乏蒸汽和热水。

1.1.2 电力供应及非居民用电情况

该地区电力供应基本充足，非居民用电实行峰谷电价政策，具体电价如表1所示。

1.2 项目负荷情况及特点

1.2.1 空调负荷

该生产线最大需冷量2 500 kW，常年（四季）常规需冷量250 kW，夏季常规需冷量1 850 kW，需冷量均为24 h需冷，昼夜无差异。

1.2.2 冷媒参数

空调冷冻水供回水温度7～12 ℃，蓄冷水温度5 ℃。

2 冷源方案可行性分析

2.1 可供选择的冷源方案

2.1.1 电制冷+水蓄冷系统方案（方案A）

该方案在此项目中初投资方面比常规电制冷方案多，而运行费用远低于常规制冷方案。

2.1.2 常规制冷供冷方案（方案B）

该方案空调系统简单，设备维护方便，初投资少。

2.2 方案A与方案B的经济分析比较

2.2.1 设备选型及一次投资估算

2.2.1.1 方案A

（1）运行策略：

根据项目所在地区的气候特点和汽车配件制造公司要求，4月—10月空调负荷为1850kW，余下月份空调负荷为250kW，生产工艺全天24 h运行，负荷无差异。运行策略满足：

1）谷电时一台668 kW螺杆式冷水机组满载蓄冷，直至达到蓄冷总量要求，两台962 kW螺杆式冷水机组正常工作，满足工艺生产需要；

2）尖峰时使用蓄冷设备供冷，使运行最经济，起到削峰填谷的作用；

3）峰电时使用两台962kW螺杆式冷水机组供冷，同时尽量让制冷机连续且在高负载下运行，以达到较高的制冷性能系数，减少频繁启停及长期低载造成的制冷机和水泵等附属设备的磨损。

（2）系统原理图如图1所示。

（3）设备选型及主要设备一次投资概算如表2所示。

2.2.1.2 方案B

（1）运行策略：

选用一台668 kW螺杆式冷水机组和两台962 kW螺杆式冷水机组持续为工艺生产供冷。

（2）系统原理图如图2所示。

图2 方案B系统原理图

（3）设备选型及主要设备一次投资概算如表2所示。

2.2.2 运行能耗及费用估算

2.2.2.1 方案A

（1）4月—10月运行费用分析如表3所示。

4月—10月中该地区室外空调计算干球温度为32.4 ℃，在实际运行过程中有50 780 h（4月—10月共计51 360 h）室外干球温度低于32.4 ℃，特别是室外干球温度低于25 ℃（含25 ℃）的小时数占到了4月—10月小时数的67.815%（共计34 830 h）。受室外气温和工厂生产影响，在整个空调运行过程中空调系统长时间处于中低负荷状态，故在水泵受变频器调节、冷却塔变频调节以及主机自控检测水温加减载等因素影响下，整个制冷站机房内运行费用会在以上计算费用的基础上减少20%左右，4月—10月的运行费用估算为：7 584.314元/天×214天（日历日）×80%≈129.843 4万元。

11月—次年3月运行费用分析如表4所示。

在11月—次年3月空调系统运行费用：1 322.06元/天×151天（日历日）≈19.96万元。

（2）运行费用总结：

根据汽车配件制造公司提供的运行数据，由于整个空调系统在运行过程中有运行时间差和汽车配件制造公司无法提供系统运行时间表等问题，上述方案运行费用是按全年无休天数计算。同时，汽车配件制造公司未能提供空调负荷为2500kW时具体的运行时间和运行方案，故在上述估算中运行费用的基础上乘以1.1的运行费用系数（该系数为估算系数，可能与实际运行有差别）。

水蓄冷空调系统一年运行费用为：（129.84＋19.96）×1.1=164.78万元。

2.2.2.2 方案B

（1）方案B中4月—10月运行费用分析如表5所示。

采用普通制冷方式一天的运行费用为7990.66元。在4月—10月空调系统的运行费用估算为7990.66元/天×214天（日历日）≈171.00万元。

方案B中11月—次年3月运行费用分析如表6所示。

采用普通制冷方式一天的运行费用为1 619.71元。在11月—次年3月空调系统的运行费用估算为1 619.71元/天×151≈24.45万元。

（2）运行费用总结：

因与水蓄冷空调系统相同的原因，常规空调系统的年运行费用在上述估算中运行费用的基础上乘以1.1的运行费用系数（该系数为估算系数，可能与实际运行有差别）。

常规空调系统一年运行费用为：（171.00+24.45）×1.1≈214.99万元。

3 综合比较分析

由上述计算可得出一年水蓄冷空调系统比常规空调系统节省运行费用214.99-164.78=50.21万元。则水蓄冷空调系统的投资回收期为：

投资回收期=水蓄冷多投入费用÷节省运行费用=64.00÷50.21≈1.27年

影响该项目投资回收期的主要原因是客户需要在24h内不间断供冷且蓄冷温度为5℃，同时受工艺生产影响没有夜间停产蓄冷的情况，这就造成在设备装机容量上需要额外增加机组以满足蓄冷需求。普通写字楼、办公楼或商场由于使用功能的影响，在夜间可以使用制冷机组进行蓄冷，无形之中就相对减少了机组的装机容量，这样在节省运行费用和初投资上就有很大的空间，投资回收期会有较大的缩短，一般在0.5～1年。

4 结语

从以上分析中，虽然项目全天24h不间断供冷，但根据数据比较可以明显看出，采用水蓄冷系统的方案从运行费用及对国家电网削峰填谷的作用上看优势明显。

当然，蓄冷系统还存在着一些问题，比如蓄冷水池的维护、自控系统的具体运行是否适合工艺生产需求等都需要进一步的讨论和研究，待业主工艺生产达到满负荷情况下进一步检测系统的合理性和稳定性。综合以上分析，总体来看，水蓄冷空调系统的制冷方案在一些项目中还是有较大的适用性，例如实行峰谷电价地区具有较大消防水池的企业、办公楼等。

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参考文献]

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[2]吴燕，曹伟生，陈建新.长春一汽技术中心研发基地大型制冷站技术探讨[C]//中国勘察设计协会建筑环境与设备分会第4届全国建筑环境与设备技术交流大会文集，2011.

[3]中国气象局气象信息中心气象资料室，清华大学建筑技术科学系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

收稿日期：2015-07-28

作者简介：隋钰泉（1988—），男，山东栖霞人，助理工程师，研究方向：机电工程系统集成化节能分析及应用。