浦东国际机场区域供冷系统经济运行研究总结.pdf

第2 6 卷第2 期 2 0 0 5 年4 月 能源技术 E NE RGY TE C HNOL OGY Vo l . 2 6 A p r . No . 2 2 0 0 5 区域供冷系统经济运行研究及实践 浦东国际机场区域供冷系统经济运行研究总结 刘传聚 ， 陆琼文“ ， 李伟业“ ， 刘东 ， 胡稚鸿“ ( 1 .同济大学， 上海2 0 0 0 9 2 ; 2 . 华东建筑设计研究院有限公司， 上海 2 0 0 0 0 2 ; 3 . 上海国际机场股份有限公司， 上海2 0 1 2 0 2 ) 摘要: 根据实测数据和运行纪录， 对影响供冷系统能耗的主要因素进行了深入的理论分析， 针对机场目 前的使用情况和今后的发展规划， 提出了适用的节能改造和经济运行方案， 为浦东国际 机场的节能工作提供了 依据， 二年多来的运行实践已取得了 很好的节能效果。这一成功经验对国 内的区域供冷系统的经济运行也会有参考价值。 关键词: 空调; 节能; 经济运行; 区域供冷 中图分类号: T U 8 3文献标识码: A文章编号: 1 0 0 5 - 7 4 3 9 ( 2 0 0 5 ) 0 2 -0 0 8 1 -0 3 A p p l i c a t i o n S t u d y o n E c o n o mi c O p e r a t i o n o f D i s t r i c t C o o l i n g S y s t e m -S u m m a r y o f R e s e a r c h o n D H C E c o n o m i c O p e r a t i o n i nI n t e r n a t i o n a l A i r p o r t L I U C h u m 月u ' ( 1 . ， L U Q i o n g - w e n ' ， L I W e i- y e 3 ， L I U D o n 梦， R U Z h i- h o n 扩 T o n g j i U n i v e r s i t y , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ; 2 . E a s t C h i n a 3 . A r c h i t e c t u r a l D e s i g n S h a n g h a i I n t e r n a t i o n a l A i r p o r t C o . ， L t d , S h a n g h a i 2 0 1 2 0 2 , C h i n a ) A b s t ra c t : B a s e d o n m e a s u r e d d a t a a n d o p e r a t i n g r e c o r d s o f d i s t r i c t c o o l i n g s y s t e m, p e r f o r m s t h e o r e t i c a l a n a l y s i s o f t h e m a i n e f f e c t s t h a t i n fl u e n c e i t s e n e r g y c o n s u m p t i o n i n P u d o n g I n t e r n a t i o n a l A i r p o rt . A c c o r d i n g t o t h e c u r r e n t o p e r a t i n g c o n d i t i o n a n d d e v e l o p m e n t p l a n , p u t s f o r w a r d r e a s o n a b l e e n e r g y e f f i c i e n c y r e f o r m a n d e c o n o m i c o p e r a t i o n p r o j e c t . T h i s p ro j e c t a c h i e v e d s i g n i f i c a n t e n e r g y s a v i n g e f f e c t d u r i n g t h e p a s t t w o y e a r s . I t p r o v i d e s a g o o d r e f e r e n c e f o r e c o n o m i c o p e r a t i o n o f o t h e r D H C s y s t e m i n C h i n a . K e y w o r d s : A i r- c o n d i t i o n i n g ; E n e r g y e f f i c i e n c y ; E c o n o m i c o p e r a t i o n ; D H C 浦东国际机场一期工程设计旅客流量为每年 2 0 0 0 万人次， 是目 前国内客流量最大的国际机场之 一。 整个机场采用区域供冷供热( D H C ) 的形式， 服 务范围为航站楼2 8 万耐 和综合区3 1 万m “ 供应， 半径为2 . 6 k m 。能源中心采用以电制冷为主体， 部 分汽、 电、 热联供的方式， 一期工程配置了4 台制冷 能力为1 4 M W( 4 0 0 0 R T ) 的O M型、 2 台制冷能力 为4 . 2 M W( 1 2 0 0 R T ) 的Y K型的 离心式水冷冷水 机组和4 台蒸汽双效吸收式制冷机组， 1 台4 MW 的 燃气轮机发电机， 3 台3 0 t / h , l 台2 0 t / h 的燃气/ 油蒸汽锅炉和1 台1 1 t / h 的余热锅炉。 整个系统设计冷负荷为 8 2 . 8 M W或热负荷 6 0 . 8 MW， 空调系统能耗很大。2 0 0 1 年同济大学热 能工程系浦东机场经济运行研究课题组对浦东国际 机场的主要设备性能及实际运行情况进行了仔细地 研究， 提出了 供冷系统的经济运行模式。 2 0 0 2 年4 月浦东机场结合设备检修按要求进行了叶轮切削等 技术改造， 在2 0 0 2 一2 0 0 4 年的两个制冷运行年度 ( 每年4 月至次年3 月) 内 取得了良 好的节能效果。 1 冷水机组的经济运行 浦东国际机场配置的1 4 M W 离心式水冷冷水 机组是我国目 前空调系统单机容量最大的机组， 对 这样机组的性能特点和运行管理， 国内还缺乏经验。 课题组结合对该特大型冷水机组的验收调试工 作川， 通过实测掌握了系统部分负荷调节特性， 针对 · 8 1 . 刘传聚等: 区域供冷系统经济运行研究及实践 一 浦东国际机场区域供冷系统经济运行研究总结 机场区域供冷系统的特点， 提出了节能运行建议。 图1 是O M型冷水机组的C O P值随机组负荷 率变化的曲线。 可以 看出， 冷水机组处于约8 0 %负 荷时， 机组的效率最高。因此， 根据建筑物的负荷情 况合理选择冷水机组运行台数， 使机组处于最高效 率的部分负荷状态下运行， 同时调整相应的水泵和 冷却塔的运行台数， 可以提高系统的整体运行效率。 2 . 2 冷水温度对制冷机性能的影响 气象变化和运行参数调节会影响空调运行效 果， 虽然气象参数是无法控制的， 但调节运行参数， 可以使得空调系统高效运行， 达到节能目的。图 2 是实测的O M机组仪 尸值随冷水出口 温度变化的 情况。 可以看到， 随着冷水机组的出水温度升高， C O P值逐渐增加; 这是因为冷水机组的蒸发压力和 蒸发温度可以提高， 主机的制冷性能得到改善， 制冷 量和C O P值增加。当空调负荷发生变化时， 离心 式制冷机通过调节进口导叶或转速改变蒸汽的吸人 量适应供冷量的要求， 可以提高制冷机组运行效率， 达到节能运行的目的。 7 0 9 0 机组负 荷 率， % 9 0 1 0 0 nU 一6 一一一1一一一n 八Unn八曰、 八口、口n甘气 艺n气、4 d勺切 图1 机组负荷率对机组性能的影响 2 变冷水温度的经济运行E 2 1 在实际运行过程中， 空调负荷随着旅客人数和 气候等因 变化， 实际负荷通常总是远小于设计负荷。 因此， 根据空调负荷的全年变化情况， 在部分负荷时 段适当提高制冷机的蒸发温度和冷水供水温度， 可 以提高机组的运行效率和降低运行能耗。浦东国际 机场根据空调负荷的变化特点， 作了变冷水温运行 的尝试， 取得了良 好的节能效果。 2 . 1 空调负荷的变化特点 建筑物空调负荷主要来自围护结构传热、 太阳 辐射、 人员和新风负荷， 并随着气象条件变化。表 1 是浦东机场能源中心统计的2 0 0 1 年空调系统供冷 负荷记录。可以看到全年约有 9 0 %时间在低于 8 0 %最大供冷量的工况下运行， 7 0 %时间在低于 5 0 %最大供冷量的工况下运行。 出口冷水温度/ 七 图2 出口冷水温度对机组性能的影响 2 . 3 冷水温度对空调表冷器性能的影响 通过计算不同冷水温度和流量条件下的空调系 统表冷器供冷量， 可以获得空调供冷量与冷水温度 和冷水流量之间的关系( 见图3 ) ， 并对供冷量同时 进行质调节和量调节。 1 4 0 E 1 4 0 %W 1 0 0 % W 6 0 %W 4 0 % W 2 0 %W 八口nnUC”nn 勺nUOn642 ，.IJse 岁叫女举 8 L-.04 力8 刀1 2 刀1 6 刀2 0 刀 供水温度/ 七 表1 2 0 0 1 年空调系统供冷量统计 负荷率累计时间 %比例/ % 负荷率累计时间 %比例/ % 一 负 荷 率累 计 时 间 一% 比 例 / % 5 2 . 2 1 0 5 . 1 1 5 2 6 . 4 2 0 3 4 . 5 2 5 4 3 . 2 3 0 5 3 . 7 3 5 5 6 . 8 4 0 6 1 . 8 4 5 6 6 . 5 5 0 6 8 . 3 5 5 7 Z . 2 6 0 7 4 . 9 6 5 7 6 . 8 7 0 8 1 . 1 7 5 8 5 . 6 8 0 8 9 . 8 8 5 9 3 . 8 9 0 9 6 . 4 9 5 9 9 伴 1 0 0 1 0 0 图3 冷水温、 流量对表冷器供冷量的影响 2 . 4 变水温运行方案 根据浦东国际机场2 0 0 0 年和2 0 0 1 年的运行记 录分析的年供冷量分布特点， 整个供冷季划可分为 6 个时段。 从管网系统经济运行的角度出发冷水供 回水温差基本不变， 各时段冷水流量的比例即供冷 量比例。设计的供水温度方案见表2 0 3 水泵的经济运行1 3 1 在暖通空调工程中， 水泵的运行能耗通常占空 · 8 2 · 刘传聚等: 区域供冷系统经济运行研究及实践浦东国际机场区域供冷系统经济运行研究总结 表2 变水温运行方案 时 间 黔 一二 ?* 1fAt' -C 4 月中旬6 月中旬1 0 . 0 6 月下旬7 月上旬6 . 0 7 月中旬8 月中旬5 . 0 8 月下旬一9 月上旬6 . 0 9 月中旬一9 月下旬9 . 5 1 0 月上旬一1 1 月上旬1 0 . 0 节省电费 1 0 3 . 8 万元; 整个改造约计费用 1 6 8 . 8 万 元， 简单回收周期约1 . 6 年。 调运行总能耗的2 0 0 o - 3 0 0 o ， 节能运行十分重要。 测试发现该系统水泵的设计流量和扬程偏大， 运行 中不得不减少管路阀门开度增加管路阻力消耗多余 扬程， 以确保正常运行。造成这种情况主要是因为 系统的负荷较小: 浦东机场一期工程设计的年客流 量为2 0 0 0万人次、 冷负荷 8 2 . 8 M W， 冷水流速 4 . 0 m / s ; 但是2 0 0 1 年实际客流量仅6 8 9 万人次， 加 上空调大部分运行时间不在设计的高温下运行， 实 际最大供冷量仅为 3 5 . 9 6 MW( 管网最大流速 1 . 1 2 m / s ) 。 水系统管网阻力特性测试结果表明， 在 这种最大负荷情况下( 运行 3台水泵， 单台流量 1 5 9 0 m 3 / h ) 系统仅需扬程 3 8 . 0 m H Z O ， 而实际扬 程达到7 5 . 0 m H Z O ， 也就是说4 9 . 3 %的水泵扬程浪 费在阀门上。此外， 由于水泵运行不稳定、 阀门节流 引起的噪声都会产生不良的影响。 3 . 1 水泵叶轮切削 切削叶轮直径是离心泵的一种独特调节方法， 叶轮切削后出口处参数发生变化， 当负荷较低时4 H性能曲线下降， 流量减少。考虑到实际运行情况 和将来可能出现的扩容问题， 最终确定切削比例为 8 . 1 %。如按照2 0 0 1 年运行情况， 切削后全年可节 电6 . 1 0 x 1 0 5 k Wh ， 折电费4 5 . 1 万元; 整个改造约 需费用9 . 8 万元， 简单回收周期为2 . 6 个月， 获得良 好的节能效果和经济效益。在系统的实际改造中并 没有对现有叶轮进行切削， 而是重新定制了叶轮。 虽然整个改造费用有所增加， 但为今后系统扩容保 留了可能。 3 . 2 水泵变频调节 采用变频调节水泵转速适应负荷的变化的需 要， 比叶轮切削的节能效果更为显著， 控制也更为灵 活， 但是投资较大， 特别是浦东机场离心水泵配置的 都是1 0 k V的高压电 机， 所需的高压变频器价格更 高。为了获得最佳的节能效果， 课题组设计了多套 方案进行经济性比较， 最后确定在水泵叶轮切削的 基础上， 在3 台1 # 水泵上安装变频器。与2 0 0 1 年 相比， 通过变频全年可节省电量1 4 0 . 2 X 1 0 5 k Wh , 4 区域供冷系统水蓄冷应用研究 对于间歇运行或者空调负荷峰谷差较大的空调 系统， 利用夜间低谷电制冷， 将冷量以冰或者冷水等 方式储存起来， 在空调高峰负荷时段向建筑物供冷， 可以达到减少制冷设备装机容量， 减少运行费用， 甚 至降低用电量的目的。 浦东国际机场区域供冷水系统的外管直径为 l m、 长度约 5 0 0 0 m， 蓄水量达 3 9 0 0 t 、 每摄氏度温 差可以提供1 . 6 5 G J 的冷量， 是一个极好的水蓄冷 载体。利用夜间( 2 2 : 0 0 - - 6 : 0 0 ) 的低谷电进行蓄冷， 可以降低运行费用， 同时可以减少开机时段建筑物 蓄热负荷对空调系统的影响。此外还可以对部分 2 4 h 运行的建筑物供冷。 课题组对制冷机组性能、 供水温度以及蓄冷时 间等各种影响蓄冷效果的因素进行了分析， 并制定 出相应的冷水蓄冷方案。整个的蓄冷过程共蓄冷 6 0 . 5 G 7 ， 用电6 4 4 1 k Wh ， 按照现行的分时电价标 准每天节约电费0 . 3 8 万元， 全年按2 0 0 个供冷工作 日 计算， 共节约电费7 6 . 6 万元。 5 总结 课题组根据机场建筑空调负荷的特点及运行情 况， 通过理论分析和实测， 制定了供冷系统经济运行 模式。浦东国际机场运行保障部按照课题组提供的 运行模式运行， 水泵叶轮切削、 变水温运行等节能措 施均已按要求投人使用。2 0 0 2 制冷年度， 其制冷量 单位能耗由2 0 0 1 制冷年度的1 . 1 4 5 k Wh / R T降低 为1 . 0 2 7 k Wh / R T， 节约运行费用约1 0 6 万元; 2 0 0 3 制冷年度较2 0 0 1 制冷年度节约运行费用 1 8 0 万元， 产生了良好的经济效益。 参考文献: 刘东， 刘传聚， 胡稚鸿. 浦东国际机场能源中心冷水 机组性能测试分析 J . 暖通空调， 2 0 0 2 , 2 . 陆琼文， 刘传聚. 浦东国际机场冷冻站变空调供水温度 节能运行方案研究 J 7 . 暖通空调， 2 0 0 3 , 2 . 刘传聚， 曹 静， 陆琼文. 浦东国际机场大型离心水泵 节能改造 1 l . 建筑热能通风空调， 2 0 0 2 . 1 1 . 陆琼文， 刘传聚， 曹静. 浦东国际机场供冷系统外管 网蓄冷经济性分析 J . 流体机械， 2 0 0 2 . 1 2 . 气IJrl.J|JleeJ 119曰，J日LL人 厂厂LL1lllesJ 8 3 ·