【正文】 、可靠的運行策略，進一步達到節(jié)約運行能耗和運行費用的目的。 空調(diào)分時電價自2002年起，浦東國際機場開始實行分時電價制，其電價標準是22:00～6:00為谷電時段，8:00～11:00和18:00～21:00為峰電時段，；其余為平電時段。圖4 浦東國際機場分時電價情況分布圖蓄冷空調(diào)系統(tǒng)最大的優(yōu)勢在于能夠降低電網(wǎng)高峰負荷，減少運行電費，但與常規(guī)空調(diào)相比需要增設蓄冷設備以及自動控制設備等，從而相應增大了系統(tǒng)的初投資和維護量。 空調(diào)冷負荷分析，屬于亞熱帶季風氣候，四季分明，日照充分，氣候溫和濕潤。夏季受東南溫暖及潮濕的季候風影響而炎熱。冬季寒冷而干燥。最熱月份（即七月及八月，期間空調(diào)冷負荷達到一年中的高位置）及最冷月份（即一月）的平均溫度分別為28℃及4℃，其中七月及八月最高干球溫度近乎38℃。圖5 上海市年平均干球溫度分布圖浦東國際機場二期工程能源中心的主要服務對象是東航站樓區(qū)域，提供冷源和熱源。整個能源中心供冷供熱負荷詳見下表：功能分區(qū)夏季冷負荷（KW）冬季熱負荷（KW）T2航站樓8016047153交通中心56263512T3航站樓2109612600近期 區(qū)域8578650665遠期 區(qū)域2109612600表3 浦東機場二期能源中心供熱、供冷負荷表從上表可知，（24400RT）。因此，采用蓄冷空調(diào)技術，既可以起到電力削峰填谷的作用，又能大幅度降低空調(diào)冷源的運行費用。 不同制冷方案的技術經(jīng)濟比較根據(jù)對上海浦東機場一期空調(diào)實際運行情況的分析，得出其二期的空調(diào)負荷的大致分布情況（詳見下表）。負荷率（%）100755025合計分布時間（d）24606036180表4 浦東機場二期航站樓近期區(qū)域工程全年空調(diào)冷負荷分布表從上表可知，空調(diào)系統(tǒng)全年有86%的時間是在負荷率不足75%的工況下運行。1. 蓄冷介質(zhì)選擇目前工程應用中常用的蓄冷介質(zhì)為水和冰，當然也有共晶鹽，但共晶鹽蓄冷系統(tǒng)由于使用上受到蓄冷介質(zhì)相變次數(shù)的限制，在蓄冷/釋冷過程中換熱性能較差，系統(tǒng)初投資和運行費用較高，國內(nèi)難以推廣應用。從上表可以看出，水蓄冷系統(tǒng)可以直接與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)匹配，制冷機組蓄冷時蒸發(fā)溫度會大于0℃，機組性能系數(shù)較高。但是由于機場地處郊區(qū)，地域遼闊，可以很容易解決這個問題。浦東機場冷量需求大，非常適用于水蓄冷方式。冰蓄冷系統(tǒng)的蓄冷裝置有盤管內(nèi)融冰、盤管外融冰、封裝冰、制冰滑落式、冰漿或冰晶式等多種類型。水蓄冷系統(tǒng)中蓄冷裝置的選擇主要考慮如何盡量減少蓄冷水槽內(nèi)的混合損失，降低槽體蓄冷/釋冷過程能量損耗。其中，溫度分層式蓄冷即利用水溫在4℃及以上時，水溫升高密度減小的原理，達到冷熱水自然分層的效果。溫度分層水蓄冷罐一般有圓柱形和長方形兩種，當然，相同體積的蓄水量情況下，圓柱形的表面積與體積較小，冷損失較少，投資相對也較低。月e) 年運行天數(shù)180天f) 本表中初投資未包括系統(tǒng)管道及末端裝置費用g) 初投資中其他一欄包括機房面積的土建費及蓄冷罐占用土地費機房設備用電功率（KW）225651710611850機房設備配電容量（KVA）265472012513941初投資（萬元）機房設備概算86011336010233機房配電設施費212416101115其他137214561528總計120971642612876年運行費用（萬元）基本電費812616427機房運行電費247620091096機房維護費用8011080總計336827351603表6 三種方案的經(jīng)濟性比較從上表可知，在三種方案中，水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的初投資比常規(guī)電制冷空調(diào)系統(tǒng)高779萬元（%），比冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)低3550萬元（%）。通過比較靜態(tài)投資回收期可得，水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)電制冷空調(diào)系統(tǒng)相比，；冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)電制冷空調(diào)系統(tǒng)相比，；從經(jīng)濟效益角度考慮，與常規(guī)電制冷空調(diào)和冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)相比，水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的初投資、年運行費及靜態(tài)投資回收期均較理想；從社會效益角度考慮，水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)允許蓄冷率大，削峰填谷效果好，平衡電網(wǎng)負荷能力強。 水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設備配置和運行策略1. 系統(tǒng)配置經(jīng)過技術經(jīng)濟比較及技術論證，本工程采用了溫度分層型水蓄冷技術，蓄冷水槽采用鋼制圓柱形罐體，需冷量為17%（即蓄冷量為58560RTh，設計日全天總冷量為328700RTh），下圖所示為系統(tǒng)示意圖。根據(jù)對上海氣象資料的分析，制定水蓄冷的運行策略。本項目根據(jù)項目特點分100%、75%、50%及25%四個百分檔次進行負荷平衡分析，具體負荷平衡分析過程詳見下圖：圖9 100％設計日水蓄冷空調(diào)運行策略圖10 75％設計日水蓄冷空調(diào)運行策略圖11 50％設計日水蓄冷空調(diào)運行策略圖12 25％設計日水蓄冷空調(diào)運行策略 設計優(yōu)化及施工1. 設計優(yōu)化本工程的蓄冷罐罐體依據(jù)國家石油儲槽設計和施工標準進行建設。當水蓄冷溫差為8℃時，蓄冷量29280 RT槽體為鋼板焊接而成，蓄冷罐頂部和底部各有一套均流布水裝置，分別均勻布置有約5327個突出的圓柱形布水口，各布水口中心間距339 mm。為承擔此荷載，結(jié)構(gòu)在該布水裝置的上下設計了兩層水平支架，將其連成整體，并設計了環(huán)形桁架作為其支撐，使水平支架的跨距減少一半，整體剛度和穩(wěn)定性顯著增加。倒裝法施工時水平支架又起到加強罐頂及頂圈板的作用；為滿足設備的布水蓄冷要求，布水各構(gòu)件連接，均采用焊接連接方式。圖13 浦東國際機場二期能源中心蓄冷罐現(xiàn)場圖2. 防腐和絕熱措施本工程的蓄冷罐與普通儲罐相比，罐體的絕熱要求更高。罐底內(nèi)敷10 mm瀝青沙，罐頂由靜止空氣隔層保溫。 實際運行情況1. 溫度監(jiān)測為了監(jiān)測蓄冷罐中的水分層的溫度，控制、計量冷量，需要在蓄冷罐內(nèi)垂直方向的不同高度設置溫度傳感器，蓄冷罐高22米，每隔500 mm設置一個溫度傳感器，總共43個。通過監(jiān)控系統(tǒng)實時采集溫度信號，了解蓄冷罐中不同高度水溫情況，并通過計算得到蓄冷罐中冷量變化值。從圖中可以看出，蓄冷罐體內(nèi)分層狀況良好，斜溫層厚度基本控制在1～，蓄冷效率較高，且運行過程中保持穩(wěn)定。尚不足之處在于：水蓄冷溫度5℃，回水溫度12℃，溫差7℃。圖14 2008年7月8日～2008年7月9日蓄冷圖15 2008年7月9日釋冷3. 運行結(jié)論根據(jù)2007年運行調(diào)試和2008年實際運行數(shù)據(jù)分析，證明本項目的超大型水蓄冷系統(tǒng)設計和運行均非常成功，完全實現(xiàn)了利用低谷電力的設計意圖，并實現(xiàn)了系統(tǒng)的高效節(jié)能運行。經(jīng)過運行得知，浦東機場水蓄冷項目的斜溫層厚度為1～，占蓄水深度的約7%；b) 蓄冷罐從蓄冷到釋冷結(jié)束需要放置一定時間，因此大型蓄冷罐的保溫效果是另一個重要指標。c) 機場水蓄冷項目蓄冷溫度5℃，回水溫度12℃，溫差7℃。d) 機場水蓄冷項目蓄冷水罐從蓄冷完成到釋冷結(jié)束，按給定條件運行時，蓄冷和釋冷的效率可達到95％以上。造成此原因在于目前最大負荷只有17000RT左右（近期功能區(qū)域最大設計冷負荷為24400RT，即目前最大負荷占最大設計負荷為70%），造成實際節(jié)約費用比理論計算減少25％左右。本創(chuàng)意園區(qū)由老工業(yè)廠房全新改造而成，各個建筑的維護結(jié)構(gòu)均進行了節(jié)能處理，空調(diào)負荷經(jīng)過詳細校核設計，采用節(jié)能策略，利用負荷系數(shù)法計算出建筑物的逐時負荷，最終確定本園區(qū)夏季最大冷負荷為出現(xiàn)在15:00，為3220KW；冬季最大熱負荷為1992KW。圖16 夏季設計日冷負荷逐時分布圖從上圖可以看出，白天負荷較為集中，綜合考慮上述因素，本項目非常適合應用水蓄冷技術，削峰填谷，大大節(jié)省后期空調(diào)運行費用。圖17 上海夏季電價分布圖 夏季冷負荷平衡分析蓄能（蓄冷/熱）工程應用，關鍵是進行空調(diào)負荷的平衡分析，一般需分幾個百分檔次，以實現(xiàn)電力低谷段最大限度將冷量蓄存、電力高峰段最大限度減少電力消耗。圖18 夏季100%設計日冷負荷平衡圖圖19 夏季50%設計日冷負荷平衡圖 空調(diào)系統(tǒng)設計特點經(jīng)過詳細的技術論證，本創(chuàng)意園區(qū)空調(diào)設計方案采用“地源熱泵+水蓄能（蓄冷/熱）空調(diào)復合系統(tǒng)”，主機選用依據(jù)夏季冷負荷平衡分析得出，即2臺制冷量1100KW的蓄冷主機（熱泵型）和1臺550KW的空調(diào)主機（熱泵型）；夏季最大蓄冷量為16800KWh，故采用2只900m3的鋼制蓄能罐進行夏季蓄冷冬季蓄熱（夏季最大蓄冷量時需要采用2個鋼制罐同時蓄冷，冬季最大蓄熱量只需采用1個鋼制罐體進行蓄熱）。本項目的水蓄能系統(tǒng)采用了自然分層形式，在水蓄能罐內(nèi)設置上下兩層布水器，該布水器為此項目專門設計，布水器形式和結(jié)構(gòu)為專利產(chǎn)品，具有優(yōu)良的布水性能，極大地減少冷熱水混合擾動，蓄能/放能效率高。a) 初投資對比：從上圖中可以看出，本復合空調(diào)系統(tǒng)比常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)增加了蓄能罐裝置（含上下布水器）、板式換熱器、蓄冷/放冷泵及整套自控裝置等；但另一方面，也相應減少了約20%總裝機容量及3000m2 的地埋管面積等。項目規(guī)格數(shù)量單價（萬元）投資（萬元）地源熱泵主機1100KW2 地源熱泵主機550KW1 室外地埋管工程雙U610 蓄能罐體工程900m32 罐內(nèi)布水器工程上/下各一，按1項1 水蓄能自控系統(tǒng)　1 蓄能/釋能泵　4 板式換熱器1總計表8 本項目空調(diào)系統(tǒng)主要設備初投資表項目規(guī)格數(shù)量單價（萬元）投資（萬元）地源熱泵主機1750KW2 139室外地埋管工程雙U755總計表9 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)主要設備表從以上兩表可以得出，=?？照{(diào)供冷期/供暖期分別按每年150天和100天計，運行電費中不含末端空調(diào)設備運行電費，具體運行電費比較詳見以下兩表。詳細的項目經(jīng)濟整體評估詳見下表：序號經(jīng)濟指標計算結(jié)果1增加的初投資2年運行費用節(jié)省3項目壽命4設備折舊費5內(nèi)部收益率%6投資回收期備注：設備折舊按50年計，綜合稅率以23%計。斜溫層厚度內(nèi)的水溫度近似直線上升。穩(wěn)定的斜溫層能防止蓄冷水槽下部冷水和上部溫水的混合，故蓄冷水槽在蓄冷水期間內(nèi)斜溫層厚度的變化是衡量蓄冷水槽蓄冷效果的主要指標。斜溫層厚度計算公式為：ε=1h8H式中：ε:有效蓄冷率；h:斜溫層厚度，m；H:蓄冷水槽的有效深度，m；分析以上公式可知，提高蓄冷水槽的蓄冷率的方法可通過減小斜溫層厚度，也可增加蓄冷水槽有效水深。因此，在水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的改造過程中，需對蓄冷水槽槽體尺寸及斜溫層厚度等情況綜合考慮，并進行仔細核算，方能保證改造后的水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有盡可能高的有效蓄冷率及良好的運行效果。目前，布水器在工程實踐中主要有：應用于圓形蓄冷水槽的○型及正多邊形布水器、應用于方形蓄冷水槽的H型。大多數(shù)工程應用中，布水器的設計均為專門設計，定制施工，同時，布水器的專利技術應用較多，作者本人即有一個布水器國家專利及一個布水器專利申請（國家知識產(chǎn)權局已申請受理）。雷諾數(shù)Re和弗勞德數(shù)Fr是布水器設計的重要依據(jù)，同時結(jié)合布水器孔口的最低流速設計及布水器的整體布置，該四項設計參數(shù)將直接影響到布水器的布水效果及蓄/釋冷效果；另外，還需核實蓄冷裝置的整體高徑比。Re數(shù)的表達式如下：Re=qν式中：Re：布水器出口雷諾數(shù)； q：布水器單位長度的體積流量，m3/(m一般地，對于較淺的蓄冷水槽，建議Re= 200～400或更?。惠^深的蓄冷水槽（深度＞5m），建議Re=400～850；深度≥12m時，Re值可放寬至2000左右。有效長度越長，Re數(shù)值越低，但會增加制造成本，導致工程成本的增加，應用中應綜合考慮。Fr數(shù)的表達式如下：Fr=qghi3(ρiρa)/ρa式中：Fr：布水器出口弗勞德數(shù)； q：布水器單位長度的體積流量，m3/(m進入蓄冷水槽內(nèi)的水流以較低流速平穩(wěn)地到達蓄冷水槽底部。一般工程實踐取Fr=1，為保證布水器的布水效果，往往Fr應取小于1。許多研究結(jié)果表明，根據(jù)流體力學，布水器的孔口尺寸與間距應該使單位長度的水流接近均勻，水流離開孔口后在很短的距離內(nèi)與周圍流體融合。為了減少孔口處的動壓與動量，保持布水器內(nèi)靜壓均勻。由于溫度分層型蓄冷水槽在下部布水器與槽底之間、上部布水器與水面之間容易形成死水域，減少蓄冷水槽的有效蓄冷容積，因此上部布水器應接近水面、下部布水器應靠近蓄冷水槽的底面布置。蓄冷水槽高度與直徑的比值稱為蓄冷水槽的高徑比?！?。如將槽的高度控制在7～15m時，能夠獲得合理的利用容積，一次投資費用較省。值得注意的是，高徑比的增加將限制了布水器的長度，使布水器的設計難度加大，從而增加了布水器的費用。 隔熱保溫和防水設計對水蓄冷水槽進行隔熱保溫，不僅可以減少熱損失、提高蓄冷能力、防止水蓄冷水槽外表面結(jié)露，而且可以避免由于熱應力而引起的槽體結(jié)構(gòu)損壞。水蓄冷水槽的允許冷量損失為每天蓄冷量的1%～5%，該項損失的大小取決于槽體的表面積、槽壁的熱導率和槽周圍的介質(zhì)溫度。℃）；