56科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2012NO.08Science and Technology Innovation Herald工业技术科技创新导报随着我国经济快速发展,用电需求日益紧张。
尤其近几年来,每逢夏季高温阶段,拉闸限电现象时有发生。
根据电力部门预测,严峻的用电形势未来几年仍将持续,电力缺口依然存在。
我国的大中城市在高峰用电期间空调用电约占整个用电负荷的30~40%。
因此,如何节约电能成为当务之急。
目前冰蓄冷空调系统可以实现“移峰填谷”的优点引起了许多大型用电企业的重视。
冰蓄冷空调是利用夜间低谷电力制冰,贮存冷量在白天用电高峰时段放出冷量取代或补充制冷,从而得到削峰填谷的作用。
蓄冷空调系统可均衡电网峰谷负荷,提高生产设备运行经济性,在电力部门实施峰谷分时电价政策下,调峰运行可节省运行费用,并在电力需求紧张时更优化地保证生产任务正常进行,提高能源的利用率。
在冰蓄冷系统中,有全部蓄冷,见图1和部分蓄冷,见图2。
而大多数实际工程中采用部分蓄冷的方式,只有少数工程中在其使用情况特殊,或者该地区电力奇缺的情况下才采用全部蓄冷的方式[2]。
全部蓄冰模式如图1所示,其蓄冷时间与空调制冷时间完全错开,在夜间主机在电力低谷期全负荷运行,制得空调所需要的全部冷量。
在电力高峰期,主机不需要运行,所需冷负荷全部由融冰来满足。
全部蓄冷时,蓄冷设备要承担空调所需要的全部冷量,故其运行费用虽然很低,但系统的储冰容量、主机及配套设备容量均较大,系统的初期投资也较高。
部分蓄冷模式如图2所示[2],是指在夜间低谷电价期间制冷设备运行,存储部分冷量,白天空调期间由一部分空调负荷由蓄冷设备承担,另一部分则由制冷设备承担,在设计中制冷机可以昼夜运行。
此类模式虽然运行费用较全量储冰高,但系统的储冰容量、主机及配套设备容量均较小,系统的初期投资也较低。
是理想的冰蓄冷系统。
冰蓄冷空调系统有很多常规空调无法比拟的优点,但它的初投资比常规空调的大,因此对冰蓄冷空调进行经济性研究是冰蓄冷空调技术应用的前提[3]。
结合南京某军工企业实际,依据建筑物使用功能、土建条件、空调负荷分布特点、电力峰谷时段及电费计价结构等,考虑冰蓄冷技术改造成本与经济效益的分析,本企业选择部分储冰模式。
本文将详细阐述对该企业部分冰蓄冷空调的改造设计及其经济效益分析,为其他大型用电企业进行冰蓄冷空调改造设计提供参考依据。
1工程概况本企业加工车间厂房总建筑面积为27400m 2。
空调面积21000m 2。
空调设计日峰值冷量为3348kW 。
本系统冷源使用常规电制冷空调机组,每台制冷量为1953kW,共2台同型号冷水主机。
车间主要功能是以精密机械加工,精度计量以及办公为主。
机密设备生产以及产品计量检测要求环境温度为22±1℃、湿度50%~60%。
办公区域为26℃。
每周一至周六空调运行时间为8:00~20:00。
生产任务紧急时,部分区域需24小时空调运行。
2部分冰蓄冷系统改造由于本企业是军工生产单位,其产品制造的特殊性,需在适合的温度环境生产检验。
每当夏季高温季节江苏省南京地区将拉闸限电,对本企业保障性生产影响非表2全年部分冰蓄冷运行电费①作者简介:孙洋(1983-男,江苏南京,本科,助理工程师。
主要工作:暖通空调设备运行管理、制冷技术。
冰蓄冷空调改造设计及经济性分析①孙洋(中国航空工业金城集团南京机电液压工程研究中心江苏南京211102摘要:本文对南京某企业水冷机组空调系统进行了部分冰蓄冷改造,文中主要介绍了部分冰蓄冷设计模式及系统改造方法。
结合工程现状,参考分时电价,分析比较了冰蓄冷空调的改造投资和经济效益。
关键词:冰蓄冷改造移峰填谷经济性分析中图分类号:T B 6文献标识码:A 文章编号:1674-098X(201203(b-0056-02图1全部蓄冰模式图2部分蓄冰模式表1江苏省南京地区各时段电价57科技创新导报Science and Technology Innovation Herald 工业技术2012NO.08Science and Technology Innovation Herald 科技创新导报常严重。
不仅如此,前期车间总体设计时未考虑备用空调设备,随着多年的空调系统运行,其主机制冷效率降低加之本企业逐年购置新的热源设备以及建筑物的损耗,均对空调系统运行与管理的要求逐渐提高。
与实际供冷负荷相比,原有设计的总冷负荷不能满足目前及未来的供冷需求。
如果其中1台机组或冷却、冷冻泵以及其他系统设备出现故障,且短时间内不能修复,将对车间供冷造成严重影响。
本企业机械加工车间原系统是水冷中央空调,冷源采用常规螺杆机组制冷。
夏季高温时段,2台大机组的6台压缩机满负荷运行制冷量为3906kW/h。
每日8:00开机,20:00关机共12个小时全负荷运行。
运行时间段均在白天用电高峰时刻,既不节能又增大电网负荷。
依据江苏省南京地区各个时段电价表(表1,如能将表中的低谷电的时段充分利用起来,将大大降低空调运行的耗电成本。
结合本企业的实际情况,在原有的水冷空调系统上加装1套冰蓄冷装置。
冰蓄冷与常规空调区别较大,一般制冷机只有一种制冷工况,而冰蓄冷采用双工况制冷方式,即制冷工况和蓄冰工况。
本企业部分冰蓄冷空调改造设计见表2。
该改造工程必须使用将现有的冷水螺杆机组增加制冰工况,改造为双工况机组,才能为冰蓄冷空调系统提供冷源。
经技术改造分析,此类螺杆机组要先更换电子膨胀阀以及升级控制软件后方可改造为双工况制冷源。
在使用常规制冷工况时只需正常开机,由制冷机提供冷源即可,在夜间低谷电价时段使用制冷机制冰模式,通过储冰罐将冷量储存起来以供白天高负荷时使用。
在夜间制冰时,制冷机通过菜单页面设置为制冰模式,设置完成后制冷机将自动转换其它功能。
夜间蓄冰过程是使冷媒(乙二醇在制冷机与蓄冰罐之间运行,蓄冰方式采用内融冰盘管不完全冻结方式。
在原控制基础上改造加装西门子集成系统控制PLC(可编程控制器,以调整蓄冰系统各应用工况的运行模式,在最经济的情况下提供稳定的输出负荷,实现系统的智能化运行,从而发挥冰蓄冷空调在用电上“削峰填谷”的优势。
依据江苏省南京地区实行的电价政策(表1与冰蓄冷融冰供冷量[4]设计了100%设计日冷负荷运行策略如图3所示。
具体有以下3种工作模式运行:(1主机单制冰时段(24:00~7:00:此时段为电价低谷段,双工况主机满负荷运行制冰储存,以备白天电价高峰时使用。
同时夜间少量冷负荷由基载主机提供。
(2融冰+主机供冷时段(8:00~20:00:此时段内尽量使用融冰制冷,同时主机全部或部分满负荷运行,尽量提高主机效率,同时节约电费。
(3制冷机单供冷时段(16:00~19:00:此时段在部分负荷下,冷负荷完全可以由主机提供,充分利用平段电价制冷。
在低负荷时(不大于30%总负荷,高电价时段可采用单融冰供冷运行策略,冷负荷完全由融冰满足,当建筑物冷负荷降低时,可延长单融冰时段,最大限度节约电费。
3部分冰蓄冷系统改造经济性分析3.1改造投资计算改造投资主要考虑土建,设备购置费,设备安装费用等。
冰蓄冷空调系统在现有水冷螺杆机组空调系统上改造冰蓄冷系统设备对原水冷系统机组以及水系统、风管系统及动力泵配置上基本无须作较大的改动。
土建使用原有机房空间。
蓄冷空调系统的改造投资为:B =F +A +Z (1式中B -----蓄冷空调改造投资F -------蓄冷空调设备投资,包括水冷空调系统制冷机组改造费用,以及蓄冷设备的投资费用。
A设备运行费用和调试费用。
Z建安费。
Z =J +R ,其中J 为土建材料、机械费用,R 为建安人工费。
根据公式(1计算本企业部分冰蓄冷空调系统设备改造费用一次性投资约164.4万元。
因设备运行费用和调试费(A用已包含在蓄冷空调设备投资(F中,建安费(Z为企业自有资源可忽略不计。
3.2运行费用计算冰蓄冷空调系统的设备配电容量一般比常规空调系统配电容量要小,并且由于电力部门还实行三段峰平谷分时电价政策,冰蓄冷空调系统是利用夜间谷段的低价电蓄冰,在日间电力高峰时段放冷,可以比常规空调系统节约电费。
由于现标准每年的电价基本保持不变。
空调运行电费计算为:G =E (H Q f +M Q p +LQ g /□(2式中H 、M 、L 为尖峰、平段、低谷的电价。
G为空调运行电费。
E为空调运行时间。
Q f ,Q p ,Q g 为上述时段的空调负荷。
□为系统性能系数。
根据本企业多年来空调运行状况分别计算按100%、80%、60%和30%负荷的时间。
并根据实际运行设定全年工作日为150天,运用公式(2进行计算,结果见表2。
将部分冰蓄冷空调与水冷空调运行方案进行经济分析,通过分析可知,对于本改造设计而言水冷空调改造为部分冰蓄冷空调系统,改造投资增加约164.4万元,每年可节省电费约40万元,改造投资回收期约为4.1年。
本部分冰蓄冷空调设计方案如采用优化控制,实际运行费用将低于上述费用。
并且,目前公认冰蓄冷增加的投资在5年内可收回[5],值得推广应用。
4结语本冰蓄冷系统改造设计对现有的制冷设备进行改造,在全年供冷时期,尤其在拉闸限电生产时,可以融冰定量供冷,避免因拉闸限电造成的经济和信用损失,充分发挥冰蓄冷的“移峰填谷”作用,不仅缓解了高峰用电时的电力配备问题,而且节约了空调运行开支,还可为企业提供备用的冷源。
本冰蓄冷系统改造设计每年可节省电费约40万元,改造投资可在约5年内收回,经济效益和社会效益明显。
参考文献[1]程瑞瑞,何天皇,龚彦.冰蓄冷空调系统的改造及应用[J].制冷,2005[2]陈仕泉.冰蓄冷系统中的两种运行模式[J].福建建筑,2005[3]华佳,树森.冰蓄冷在纺织厂空调系统中的应用分析[J].中国建设信息:供热供冷,2008,图3100%设计日冷负荷运行策略图数,必须是整数。
最后,通过脉冲输出指令PLS启动脉冲的输出。
如果采用Q 0.1作为高速脉冲串输出,对应的特殊寄存器分别是S M B 68、S M W 78和S M D 82。
3结语本文给出了利用S 7-200P L C通过步进电机驱动器进行步进电机控制的方法,详细的介绍了系统的硬件组成和软件编程。
通过P L C 的编程,可以非常方便的实现步进电机的正转、反转和速度控制,该方法操作简单,可靠性高。
采用P L C 对步进电机进行控制,通过改变控制参数可以非常方便的进行步进电机的控制。
参考文献[1]吴志敏,阳胜峰.西门子PLC 与变频器、触摸屏综合应用教程[M].北京:中国电力出版社,2009.[2]廖常初.PLC编程及应用(第三版[M].北京:机械工业出版社,2008. (上接55页。