超大型水蓄冷空調(diào)技術(shù)在機(jī)場項(xiàng)目中效果分析及其相對節(jié)能減排效益

蘇文 周鐘 柴井峰

摘 要：通過技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)性比較，在浦東機(jī)場二期能源中心采用了自然分層的水蓄冷方案。通過實(shí)際數(shù)據(jù)分析，得出水蓄冷方案非常適合占地面積限制較少、空調(diào)系統(tǒng)間歇運(yùn)行、空調(diào)負(fù)荷大且峰谷差也較大的場所，提出了相比于冰蓄冷空調(diào)方案的節(jié)能減排效益。

關(guān)鍵詞：水蓄冷；自然分層；運(yùn)行效果；節(jié)能減排

1 項(xiàng)目概況

上海浦東國際機(jī)場是我國交通樞紐重要的門戶機(jī)場之一。20世紀(jì)末建成的一期工程，旅客年吞吐量已逾2000萬人次，已不能滿足要求。隨著我國國力的日益強(qiáng)盛，國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，二期航站樓工程49萬m2二期航站樓東廳與3萬㎡交通中心2004年開始籌建，于2008年建成。機(jī)場的供冷、供熱設(shè)施也是配套工程重要的一環(huán)，必須重點(diǎn)保證。二期能源中心供冷供熱的服務(wù)面積為62萬m2，其中近期為航站樓東廳49萬㎡，交通中心3萬㎡，遠(yuǎn)期為航站樓南廳10萬㎡。

2 水蓄冷方案的介紹

在太平洋能源公司的鼎力支持重點(diǎn)指導(dǎo)下，經(jīng)過多次嚴(yán)格的評審本工程最終采納了超大型水蓄冷的供冷方案。最終方案的主要設(shè)備性能參數(shù)見下表。

3 蓄冷水罐實(shí)際運(yùn)行情況

圖1為浦東機(jī)場二期能源中心3#蓄冷水罐2014年8月12日上午10點(diǎn)45分02秒時(shí)，能源站記錄下來的3#蓄冷罐運(yùn)行時(shí)沿高度方向的水溫變化圖。從罐底（0m）測溫點(diǎn)到12m高處的測溫點(diǎn)溫度都在5℃左右，此部分為尚未釋放出的冷量，從12m處的測溫點(diǎn)溫度開始升高，一直到13.5m處的測溫點(diǎn)的溫度逐步穩(wěn)定在12℃左右，13.5m處的測溫點(diǎn)往上的冷水溫度穩(wěn)定在12℃左右，12～13.5m測溫點(diǎn)間的冷水溫度過度層即為斜溫層，厚度僅為1.5m。

浦東機(jī)場蓄冷水罐實(shí)際運(yùn)行過程中相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

（1）三重精細(xì)布水器參數(shù)：本項(xiàng)目中布水系統(tǒng)水流的費(fèi)朗特?cái)?shù)（Fr）和雷諾數(shù)（Re），Re≤900，F(xiàn)r≤0.7。蓄冷水罐（單罐）進(jìn)出水流量約1500m?，蓄冷罐內(nèi)水流為層流，符合設(shè)計(jì)要求。

（2）斜溫層厚度：斜溫層最大數(shù)值在1～1.5m，占蓄水深度的7%，但在實(shí)際運(yùn)行中通過與主機(jī)聯(lián)合供冷可將斜溫層的冷量釋放出來，真正做到全部利用。

（3）罐體冷損：在蓄冷完成后放置3d，最大溫升只有0.2℃，24h的冷損不到1%，整體發(fā)泡保溫效果非常好。

（4）大溫差供冷：目前本項(xiàng)目為了保證運(yùn)行安全，采用蓄冷溫度5℃，回水溫度12℃，溫差7℃。

（5）放冷率：蓄冷水罐從蓄冷完成到放冷結(jié)束，在給定條件運(yùn)行時(shí)，充放冷的效率可達(dá)到93%。實(shí)際運(yùn)行中斜溫層的冷凍水與主機(jī)直接制作的冷凍水混合后送至末端全部得到了充分利用，水蓄冷的運(yùn)行效率幾乎接近100%。

4 實(shí)際運(yùn)行效果

全年供冷量約22600000RTH，為設(shè)計(jì)全年供冷量30644600RTH的73.8%。而實(shí)際運(yùn)行的最大小時(shí)負(fù)荷約17100RTH，相對設(shè)計(jì)的24400RTH也為70%，基本吻合，證實(shí)了設(shè)計(jì)過程的一系列的推算是合理的，同時(shí)表明了方案設(shè)計(jì)計(jì)算負(fù)荷留的余地偏大。

全年蓄冷量13085000RTH（供冷電耗為0.90kWH/RT）則蓄冷耗電量即移峰填谷的電量為11770000kW。根據(jù)一天之內(nèi)小時(shí)負(fù)荷曲線的變化規(guī)律，夏季峰段與平段總負(fù)荷基本一致，也就是其用電量也基本一致。據(jù)此我們可推斷出11770000kWH移至峰段的電量約為7620000kWH，移至平段的點(diǎn)4147000kWH，浦東機(jī)場的平谷峰電價(jià)分別為0.661、0.227、1.032元/kWH。最終可計(jì)算出每年節(jié)約直接運(yùn)行費(fèi)用為7934000元。

由于實(shí)際運(yùn)行的冷負(fù)荷明顯小于方案僅為設(shè)計(jì)的73.8%，且實(shí)際運(yùn)行中蓄冷罐蓄冷溫差由12～4℃降至12～5℃等原因，蓄冷量降至87.5%，修正后的理論年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)為830萬元，考慮到其他損耗后，實(shí)際節(jié)約運(yùn)行費(fèi)793萬元是合理的。

5 節(jié)能減排效應(yīng)

當(dāng)能源系統(tǒng)決定采用移峰填谷的蓄冷空調(diào)方案后，采用水蓄冷相對冰蓄冷，能效有一個(gè)很大的提高，相對節(jié)電約30%～40%，所節(jié)約的電功率實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)節(jié)能減排的重要措施，以T2航站樓能源中心為例，移峰填谷電量為11770000kWh，扣除25%的輔助水泵、冷卻塔的用電量，制冷主機(jī)用電為9416000kWh。以下針對兩種系統(tǒng)中耗電最大的主機(jī)電量進(jìn)行分析，水蓄冷主機(jī)與冰蓄冷主機(jī)能效的差異有3個(gè)方面的因素：

（1）冰蓄冷主機(jī)相對水蓄冷主機(jī)的蒸發(fā)溫度大幅度降低，能效比要降低25.2%左右。

（2）同一機(jī)型的制冷主機(jī)，設(shè)計(jì)為雙工況時(shí)，其空調(diào)工況效率明顯低于僅設(shè)計(jì)為單工況的基載主機(jī)，雙工況主機(jī)效率低7.2%，由于運(yùn)行中雙工況主機(jī)走空調(diào)工況的負(fù)荷及時(shí)間均超過制冰工況（一般情況下蓄冷供冷率通常在30%～40%），能效比較時(shí)按其等同于蓄冷總負(fù)荷是偏保守的，且造價(jià)比單工況主機(jī)高5%以上。

（3）冰蓄冷單獨(dú)及與雙工況主機(jī)聯(lián)合供冷時(shí)，冷凍水的供水溫度可比水蓄冷略低，如可由水蓄冷的5～12℃，優(yōu)化成4～12℃。其提高的能效約相當(dāng)3%。

綜上因素，冰蓄冷主機(jī)比水蓄冷主機(jī)的能效要降低了（25.2%-3%+7.2%-3%）=26.4%，反之水蓄冷系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，其能效比要高于冰蓄冷35.8%。

按照水蓄冷系統(tǒng)主機(jī)相對于冰蓄冷系統(tǒng)主機(jī)其節(jié)電以35.8%計(jì)，則節(jié)電3370900kWh，按照每節(jié)約1kWh電量，將節(jié)約0.374kg標(biāo)煤，減排0.997kg CO2、0.03kg SO2、0.015kg氮氧化物計(jì)算，水蓄冷系統(tǒng)相比冰蓄冷系統(tǒng)每年節(jié)約1260噸標(biāo)煤，減排3360.8噸CO2、101噸SO2、50.6噸氮氧化物，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益相當(dāng)可觀。

6 結(jié)論

水蓄冷相對冰蓄冷有幾大優(yōu)勢在條件（主要是占地面積空間）允許的情況下應(yīng)優(yōu)先采用水蓄冷：

（1）初投資低（通常比冰蓄冷低30%～40%）

（2）節(jié)約運(yùn)行費(fèi)效率顯著，以二期能源中心為例，每年實(shí)際可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)近800萬元（相對常規(guī)制冷），冰蓄冷實(shí)際節(jié)約效果的文獻(xiàn)罕見報(bào)道，若水蓄冷兼水蓄熱，其效益更是倍增。

（3）水蓄冷尤其是溫度自然分層型，運(yùn)行極為方便可靠，溫度分層及斜溫層的控制均已成熟。

（4）節(jié)能減排效果顯著，當(dāng)能源系統(tǒng)須采用蓄冷空調(diào)時(shí)，水蓄冷方案代替冰蓄冷其效率提高可達(dá)35.8%，也就是節(jié)電35.8%，以二期能源中心測算，水蓄冷想對冰蓄冷可節(jié)電3370900kWh，相當(dāng)于減排1260噸標(biāo)煤，減CO2 3360.8噸。發(fā)電廠夜間負(fù)荷增加，可以提高發(fā)電機(jī)組的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]孫紅.昌北國際機(jī)場冰蓄冷空調(diào)工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].建筑節(jié)能，2013，（1）：71-73.

（作者單位：1.深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司；2.華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司；3.上海國際機(jī)場股份有限公司；4.中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司）