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冰蓄冷技术在地铁车站空调系统中应用的可行性分析
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摘 要:结合目前地铁车站自身的特点,通过技术经济比较分析地铁车站空调系统采用冰蓄冷技术,可以节省初期投资和运行电费。（参考《建筑中文网》）
关键词:冰蓄冷;地铁车站;可行性
0 前言
目前国内许多大中型城市实际处于“电力告急电量有余”的状态,即在高峰时段电力供应紧张,而综合当日其它时段全天的电量供应却相对宽裕。该时段宽裕的电量若不能得到有效地使用,实际造成了能源的浪费,从而最终导致经济损失。因此国家能源部门的指导方向是控制高峰时期的用电量,鼓励其他时段的电力消耗,争取将用电低谷时期的电力填补高峰时期的电力不足,即“移峰填谷”。
1 冰蓄冷空调系统的概述
冰蓄冷空调系统是在空调负荷很低的时间制冰储存,在空调负荷高峰时化冰取冷,从而全部或局部转移制冷设备的运行时间,达到节能和节电的目的。冷水机组在全天的一部分时间里制冷满足空调负荷,一部分时间里制冰蓄冷能。
2 地铁车站采用冰蓄冷空调系统的优点
近几年我国轨道交通事业蓬勃发展,地铁电力耗能非常巨大,近几年我国出现电力危机的情况下,如何来保证轨道交通正常功能的同时,降低其大量的能源消耗、合理改变用电方式已成为迫切需要认真解决的问题,而冰蓄冷空调正是应运而生的产物。与常规制冷系统相比,冰蓄冷具有以下优点:
(1)均衡电力负荷,实现“削峰填谷”,有利于电网管理和充分利用能源。
(2)减少地铁电力系统的总容量(空调制冷用电约占地铁总用电量的30%~40%),相应地减少了其它配套专业设备的初期投资和运行费用。
(3)冰蓄冷系统始终处于满负荷运行状态,客观上提高了系统设备运行效率,避免了常规制冷系统长期处于“大马拉小车”的低效率运行现象,有利于降低能耗和运行成本。
(4)在不降低其运行效率的情况下,冰蓄冷系统通过调整流过蓄冰罐的流量,容易满足低负荷期间的供冷要求。同时也容易实现短时间内提供大于设计负荷的供冷量,以应付突发的高峰负荷和偶然的异常高温气候现象。
(5)车站逐时负荷在24h中是不断变化的,地铁某典型车站的日负荷变化曲线如图1,从曲线可以看出,日负荷呈马鞍形分布,有早晚两个峰值(上下班高峰时间),采用常规制冷系统时,此时要求机组满负荷运转,而此时正值用电高峰时段,故常规制冷系统运营费用较高,且加剧了城市用电紧张的局面。而采用冰蓄冷系统可以有效地解决上述问题。
3 冰蓄冷系统控制策略
常用的冰蓄冷控制策略有3种形式:制冷机优先、蓄冰槽优先以及优化控制。
(1)制冷机优先:制冷机优先就是尽量让制冷机满负荷运行,如果冷负荷大于制冷机额定制冷量,完全靠融冰来负担不足的部分。这种方式的缺点是:在冷负荷较小时,冰槽使用率极低,不能有效的削减电负荷高峰和降低用户电费。
(2)蓄冰槽优先:蓄冰槽优先就是尽量利用蓄冰槽融冰来负担冷负荷,当冰槽不能完全满足负荷时,依靠制冷机来担负不足部分冷负荷。这种策略最大限度的利用蓄冰槽,但因要保证冷源能负担每天的峰值负荷,冰槽不能融冰太快,需要对负荷进行预测决定各时刻的最大融冰量,此刻控制策略实现起来比较复杂,并非最经济的运行方式。
(3)优化控制策略:优化控制策略等同于蓄冰槽优先,但又同时兼顾高峰融冰供冷要求,它通过计算机模拟将蓄冷量合理的分布于每小时,保证最大限度的节约电费。
由于第3种控制策略既可以较大限度的利用冰槽供冷,同时又兼顾了高峰时刻的负荷要求,因此在实际应用中一般采用第3种控制策略。
4 冰蓄冷空调系统与常规制冷系统的经济性比较
地铁的车站大部分为地下车站,在夏季均要由冷水机组来制冷。下面以一典型的车站为例来做比较,其全天负荷分布曲线如下图2所示,其尖峰负荷为1790kW。
(1)若采用冰蓄冷空调系统来设计该车站的空调系统,则方案如下:
由于部分负荷蓄冷可以有效的削减高峰负荷,且初投资也较低,故此处按部分负荷蓄冷来考虑。设计时考虑充分发挥制冷主机的作用,使其昼夜运行,晚上制冰,白天供冷,以达到制冷主机容量最小的目的。
(2)若用常规制冷方式来设计该车站的空调系统,则方案如下:
为了满足尖峰负荷需要,选择2台标准工况冷量为1173kW的制冷机组,其主要设备的配置如表2所示。
(3)运行费用比较:
该地区的分时电价为高峰时段(8:00~11:30,18:30~23:00)0.79元/度,平段(7:00~8:00,11:30~18:30)0.53元/度,低谷时段(23:00~7:00)0.28元/度,峰谷电价比为2.82:1。
①冰蓄冷方案:晚上23:00~5:00主机全力制冰;05~23:00主机根据蓄冷空调的控制策略融冰加制冷。假设空调的年负荷系数为0.7。故供冷运行费用为:
438kW×6h×0.28元/kWh=736元(23:00~5:00)
471kW×2h×0.28元/kWh=264元(5:00~7:00)
471kW×8h×0.53元/kWh=1977元(7:00~8:00,11:30~18:30)
471kW×8h×0.79元/kWh=2977元(8:00~11:30,18:30~23:00)
每年的6月至9月为该地区的空调季节,共110天。
年运行费用:(736 264 1977 2977)×0.7×110=458458元
②常规制冷方案:假设制冷机组两台全开的时间是5:00~23:00,23:00~5:00只开一台供车站设备管理用房空调系统。
故供冷年运行费用为:
(579×(2×0.28 8×0.79 8×0.53) 289.5×6×0.28)×0.7×110=533213元故由上面分析可知,如果采用冰蓄冷系统,每年可节省7.5万元的运行费用。
③初投资比较
由表1、表2可见冰蓄冷空调系统设备费为247.3万元,常规制冷空调系统设备费为184.6万元,考虑到冰蓄冷系统增加了蓄冰设备,机房面积比常规制冷要大约200m2左右,按每m2造价0.25万元考虑,则冰蓄冷系统比常规制冷系统初投资增加的费用为:
247.3 200×0.25-184.6=112.7万元。
投资收回年限为:112.7/7.5=15年
5 结论
冰蓄冷技术是一种投资少、见效快的调荷措施;是一项促进能源、经济、环境协调发展的实用制冷技术。采用冰蓄冷中央空调系统既有经济效益,同时也有社会效益。由上面的运行费用估算可知,冰蓄冷中央空调与常规的制冷方式相比,每年可节约运行费用7.5万元。另一方面,冰蓄冷空调具有移峰填谷的作用,对于缓解电力供应的紧张局面具有很大的作用。冰蓄冷是提高能源利用率和解决电力峰谷差的有效途径,因此冰蓄冷也是今后一个发展方向。
综上所述,对于地铁车站采用冰蓄冷中央空调的方案,结合地铁的实际情况,是有条件和可行性的。
参考文献
[1]严德隆,等.空调蓄冷应用技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]严德隆,张维君.蓄冷式空调技术手册[M].电子工业部第十设计研究院.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200806/8890.htm
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