本實(shí)用新型涉及區(qū)域能源供冷管網(wǎng)領(lǐng)域,特別涉及一種分布式變頻三級(jí)泵區(qū)域供冷系統(tǒng)。
背景技術(shù):
目前,隨著國際能源緊缺、科技進(jìn)步和城市化發(fā)展及改造,區(qū)域供冷系統(tǒng)作為城市或區(qū)域能源規(guī)劃及分布式能源站建設(shè)的組成部分之一,已有將近40年的應(yīng)用歷史。隨著分布式能源系統(tǒng)納入“十三五”規(guī)劃綱要,其對(duì)國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要性不言而喻。
區(qū)域供冷系統(tǒng)是為了滿足某一特定區(qū)域多個(gè)建筑物的空調(diào)冷源要求,由專門的供冷站集中制備冷水,并通過區(qū)域管網(wǎng)進(jìn)行供給冷凍水的供冷系統(tǒng)。供冷站制備的低溫冷凍水,經(jīng)供冷管網(wǎng)輸送至用戶板換間,經(jīng)熱交換后輸送回供冷站,循環(huán)動(dòng)力往往由冷凍水二級(jí)泵提供。隨著工程實(shí)踐項(xiàng)目的大規(guī)模推廣,區(qū)域供冷系統(tǒng)因遠(yuǎn)距離輸送低溫冷水所帶來的問題越來越明顯,受制于制冷主機(jī)效率及空調(diào)末端系統(tǒng)換熱能力,區(qū)域供冷輸送的低溫冷凍水較小的供回水溫差導(dǎo)致輸送能耗高、管網(wǎng)投資大、管網(wǎng)的冷損失多。同時(shí),冷水管網(wǎng)循環(huán)動(dòng)力往往由供冷站的冷凍水循環(huán)水泵提供,冷凍水循環(huán)水泵選型依據(jù)滿足末端最不利環(huán)路資用壓頭原則,近端用戶采用節(jié)流措施消除多余壓頭,循環(huán)水泵以全流量高揚(yáng)程運(yùn)行。這導(dǎo)致大量冷凍水泵輸送能耗被節(jié)流調(diào)節(jié)裝置白白浪費(fèi)掉了,同時(shí)水泵運(yùn)行發(fā)熱所造成的冷損失也相當(dāng)嚴(yán)重。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足,提供一種分布式變頻三級(jí)泵區(qū)域供冷系統(tǒng),其能夠?qū)崿F(xiàn):(1)減少冷站側(cè)水泵揚(yáng)程,減少輸送能耗;(2)避免使用節(jié)流措施控制管網(wǎng)壓頭;(3)減少因水泵造成的冷量損失,提升系統(tǒng)運(yùn)行效率與經(jīng)濟(jì)性;(4)降低系統(tǒng)工作壓力,提升安全性。
本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種分布式變頻三級(jí)泵區(qū)域供冷系統(tǒng),包括區(qū)域供冷站、供冷輸送管網(wǎng)、用戶分布泵、用戶換熱間;所述三級(jí)泵包括冷凍水一級(jí)泵、冷凍水二級(jí)泵、冷凍水三級(jí)泵,其中冷凍水一級(jí)泵為區(qū)域供冷站提供循環(huán)動(dòng)力,冷凍水二級(jí)泵為供冷輸送管網(wǎng)提供動(dòng)力,冷凍水三級(jí)泵即用戶分布泵,其中區(qū)域供冷站制備的冷凍水通過供冷輸送管網(wǎng)輸送到用戶分布泵,用戶分布泵根據(jù)需要從供冷輸送管網(wǎng)抽取冷凍水至用戶換熱間,冷凍水經(jīng)過用戶換熱間進(jìn)行熱交換后輸送回供冷輸送管網(wǎng)。近端滿足壓力需求的可直接通過用戶入口裝置接入供冷輸送管網(wǎng)。
所述區(qū)域供冷站設(shè)置有內(nèi)循環(huán)系統(tǒng),所述內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)包括制冷機(jī)組循環(huán)裝置、蓄冷循環(huán)裝置;其中制冷機(jī)組循環(huán)裝置與蓄冷循環(huán)裝置運(yùn)行蓄冷工況時(shí)串聯(lián)連接,運(yùn)行供冷工況時(shí)可串聯(lián)或并聯(lián)連接。
所述制冷機(jī)組循環(huán)裝置包含吸收式制冷主機(jī)、離心式電制冷主機(jī)、第一循環(huán)水泵、供冷換熱器;蓄冷循環(huán)裝置包含蓄水裝置、蓄冰池、蓄冰盤管、第二循環(huán)水泵、蓄水板換、融冰板換;蓄冷時(shí),吸收式制冷主機(jī)與離心式電制冷主機(jī)串聯(lián),制取的低溫冷凍水通過第一循環(huán)水泵輸送至蓄水裝置;運(yùn)行制冰工況時(shí),離心式電制冷主機(jī)通過第二循環(huán)水泵將低溫載冷劑輸送至蓄冰池,然后蓄冰盤管進(jìn)行蓄冰;供冷時(shí),通過蓄水板、融冰板換進(jìn)行供冷。制冷機(jī)組循環(huán)裝置可運(yùn)行供冷工況通過輸送管網(wǎng)進(jìn)行供冷,也可運(yùn)行蓄能工況通過蓄能系統(tǒng)進(jìn)行蓄冷。供冷工況時(shí),需輸送大溫差冷凍水,此時(shí)蒸汽吸收式制冷主機(jī)需作為制冷上游與下游離心式電制冷主機(jī)或融冰裝置串聯(lián)運(yùn)行,離心電制冷主機(jī)也可與融冰裝置串聯(lián)運(yùn)行。蓄能工況時(shí),吸收式制冷主機(jī)需與離心式電制冷串聯(lián)制取低溫冷凍水進(jìn)行蓄水,雙工況離心式電制冷主機(jī)需運(yùn)行制冰工況進(jìn)行蓄冰。
所述供冷輸送管網(wǎng)與區(qū)域供冷站的分水器相連接,所述冷凍水二級(jí)泵包含順序連接的管網(wǎng)出站閥門、管網(wǎng)路由、管網(wǎng)檢查井,所述冷凍水三級(jí)泵包含順序連接的用戶閥門井、用戶支路、變頻三級(jí)泵、用戶入口裝置,其中用戶入口裝置與用戶換熱間串聯(lián)。各用戶系統(tǒng)之間并聯(lián);同時(shí)位置相近的用戶也可以分組并聯(lián)后與三級(jí)泵串聯(lián),以減少三級(jí)泵數(shù)量。各循環(huán)水泵均配備有變頻調(diào)速裝置及控制單元。
一種分布式變頻三級(jí)泵區(qū)域供冷系統(tǒng)的工作過程如下:
S1、在供冷區(qū)域設(shè)置三級(jí)泵,所述三級(jí)泵包括冷凍水一級(jí)泵、冷凍水二級(jí)泵、冷凍水三級(jí)泵,其中冷凍水一級(jí)泵為區(qū)域供冷站提供循環(huán)動(dòng)力,冷凍水二級(jí)泵為供冷輸送管網(wǎng)提供動(dòng)力,冷凍水三級(jí)泵即用戶分布泵;
S2、區(qū)域供冷站制備的冷凍水通過供冷輸送管網(wǎng)輸送到用戶分布泵,用戶分布泵根據(jù)需要從供冷輸送管網(wǎng)抽取冷凍水至用戶換熱間,冷凍水經(jīng)過用戶換熱間進(jìn)行熱交換后輸送回供冷輸送管網(wǎng)。
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),利用變頻泵的變頻運(yùn)行代替?zhèn)鹘y(tǒng)集中動(dòng)力式輸配系統(tǒng)中的節(jié)流調(diào)節(jié),利用階梯輸送的方法實(shí)現(xiàn)冷水的按需輸送。
用戶板換間板換一二次側(cè)均裝有溫度、壓力傳感器及變送器。三級(jí)泵頻率根據(jù)用戶二次側(cè)回水溫度變頻運(yùn)行,用戶側(cè)回水溫度上升時(shí),說明用戶冷負(fù)荷變大,需增大三級(jí)泵流量,提升運(yùn)行頻率;反之,減小三級(jí)泵頻率。各用戶支路之間裝有自力式壓差控制閥,以維持支路供回水壓力差穩(wěn)定。
分布泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)二級(jí)泵系統(tǒng)相比,冷站內(nèi)水泵揚(yáng)程會(huì)降低,在管網(wǎng)中的某一點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)供水壓力等于回水壓力的現(xiàn)象,這一點(diǎn)稱為零壓差點(diǎn),冷站內(nèi)水泵揚(yáng)程選取的不同,零壓差點(diǎn)出現(xiàn)的位置也相應(yīng)不同。研究分析零壓差點(diǎn)在不同的位置時(shí),對(duì)應(yīng)的冷站內(nèi)水泵揚(yáng)程為多少、哪些用戶側(cè)因剩余壓頭不足而需要設(shè)置三級(jí)水泵,進(jìn)而在此基礎(chǔ)上得到零壓差點(diǎn)在不同位置時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行耗電量以及初投資成本,最后再與傳統(tǒng)的二級(jí)泵系統(tǒng)相比,即可得到年運(yùn)行節(jié)約費(fèi)用以及投資回收期最短(與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比)的零壓差點(diǎn)位置,即可得到最優(yōu)的分布泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式。
本實(shí)用新型所述分布式變頻三級(jí)泵區(qū)域供冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法依據(jù)以下順序的步驟實(shí)現(xiàn):
一、根據(jù)管網(wǎng)路由,確定零壓差點(diǎn)可能存在的位置
二、確定管網(wǎng)路由基本設(shè)計(jì)參數(shù),各用戶負(fù)荷、設(shè)計(jì)流量、所需資用壓頭等
三、零壓差點(diǎn)在不同位置時(shí),確定用戶三級(jí)泵設(shè)計(jì)方案
四、確定管網(wǎng)的最優(yōu)零壓差點(diǎn)位置以及相應(yīng)的三級(jí)泵設(shè)計(jì)方案,計(jì)算相應(yīng)的節(jié)電率、成本節(jié)約率。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、本實(shí)用新型針對(duì)傳統(tǒng)水系統(tǒng)弊端,在用戶側(cè)設(shè)置分布泵,并且根據(jù)環(huán)狀管網(wǎng)的水利特性合理搭配用戶側(cè)水泵以及冷站側(cè)水泵的揚(yáng)程,不僅可以減小用戶側(cè)的剩余壓頭,避免能量的浪費(fèi),更能較大程度的降低冷站內(nèi)部輸送水泵的揚(yáng)程,從而減少全流量的輸送能耗,節(jié)約運(yùn)行耗電量。本實(shí)用新型將分布泵成功的應(yīng)用于區(qū)域供冷系統(tǒng)中,極大程度地緩解管網(wǎng)輸冷高能耗的現(xiàn)狀。
2、本實(shí)用新型所述分布式變頻三級(jí)泵區(qū)域供冷系統(tǒng),可充分減少傳統(tǒng)供冷管網(wǎng)中全流量高揚(yáng)程二級(jí)泵引起的能量浪費(fèi)及冷損失,極大程度降低冷站內(nèi)部輸送水泵的揚(yáng)程,并隨著變頻調(diào)速裝置的控制,可進(jìn)一步減少輸送能耗,節(jié)約運(yùn)行耗電量。經(jīng)濟(jì)性提升的同時(shí),可使管網(wǎng)承壓下降,提升安全性及使用壽命。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型所述一種分布式變頻三級(jí)泵區(qū)域供冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-1為相鄰用戶分組并聯(lián)后接入三級(jí)泵的示意圖;圖2-2為用戶與三級(jí)泵串聯(lián)后各用戶之間并聯(lián)的示意圖。
圖3為圖1所述供冷系統(tǒng)的分布泵水壓圖。
圖4為本實(shí)施例中冷站管網(wǎng)路由圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
如圖1所示,本實(shí)施例的分布式變頻三級(jí)泵區(qū)域供冷系統(tǒng)包括輸送管網(wǎng)、用戶分布泵、用戶,供冷站生產(chǎn)的冷水所述通過所述輸送管網(wǎng)1(供水管11,回水管12)及用戶支管2(供水管21,回水管22)分布泵3(方案一31,方案二32)送至用戶4。
如圖2所示,所述用戶分布泵系統(tǒng)組成分兩種形式:相鄰用戶分組并聯(lián)后接入三級(jí)泵,圖2-1;用戶與三級(jí)泵串聯(lián)后各用戶之間并聯(lián),圖2-2。
具體實(shí)施例中所述分布式變頻三級(jí)泵區(qū)域供冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法依據(jù)一下步驟實(shí)現(xiàn):
一、根據(jù)管網(wǎng)路由,確定零壓差點(diǎn)可能存在的位置。
分布泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)二級(jí)泵系統(tǒng)相比,冷站內(nèi)水泵揚(yáng)程會(huì)降低,那么在管網(wǎng)中的某一點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)供水壓力等于回水壓力的現(xiàn)象,這一點(diǎn)稱為零壓差點(diǎn),冷站內(nèi)水泵揚(yáng)程選取的不同,零壓差點(diǎn)出現(xiàn)的位置也必然不同,根據(jù)管網(wǎng)路由及水泵揚(yáng)程,可確定零壓差點(diǎn)可能存在的位置。
某些零壓差點(diǎn)位置因出現(xiàn)“大流量小揚(yáng)程”而導(dǎo)致無水泵型號(hào)可以匹配,剔除不符合實(shí)際情況的零壓差點(diǎn)位置。
如果零壓差點(diǎn)的位置過于靠前,很有可能導(dǎo)致末端用戶側(cè)水泵入口處由于冷凍水靜壓過低而產(chǎn)生汽蝕,為了避免這種情況的發(fā)生,可以通過提高冷站內(nèi)水泵回水管上定壓裝置的定壓值來解決。
二、確定管網(wǎng)路由基本設(shè)計(jì)參數(shù),各用戶負(fù)荷、設(shè)計(jì)流量、所需資用壓頭等。
根據(jù)用戶空調(diào)負(fù)荷及管網(wǎng)供回水溫差,確定各用戶支管設(shè)計(jì)流量、管徑、流速等參數(shù);根據(jù)用戶支管參數(shù)及用戶板換間參數(shù),計(jì)算局部阻力及沿程阻力等,確定用戶所需資用壓頭。明確用戶支路設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)各用戶的逐時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù),可以得到該環(huán)路在一年的供冷時(shí)間內(nèi),在不同負(fù)荷工況下(10%負(fù)荷工況,20%負(fù)荷工況,......,100%負(fù)荷工況)的時(shí)間頻率和負(fù)荷頻率。
三、零壓差點(diǎn)在不同位置時(shí),確定用戶三級(jí)泵設(shè)計(jì)方案。
根據(jù)可能存在的零壓差點(diǎn)位置,研究分析零壓差點(diǎn)在不同的位置時(shí),對(duì)應(yīng)的冷站內(nèi)水泵揚(yáng)程為多少、哪些用戶側(cè)因剩余壓頭不足而需要設(shè)置三級(jí)水泵,如圖3;哪些用戶適宜采用哪種三級(jí)泵結(jié)構(gòu)形式,如圖2,選擇圖2-1方案1用戶側(cè)僅設(shè)置一用一備兩臺(tái)三級(jí)泵或圖2-2方案2根據(jù)用戶側(cè)板換個(gè)數(shù)設(shè)置三級(jí)泵。
圖2中,從水力平衡的角度來看,由于方案2水泵臺(tái)數(shù)是與用戶側(cè)板換個(gè)數(shù)一一對(duì)應(yīng),所以方案2可以比較好的避免板換之間水力失調(diào)現(xiàn)象。不過從運(yùn)行費(fèi)用的角度來看,方案1可以帶來更好的運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約。
圖4所示為本實(shí)施例中冷站管網(wǎng)路由圖,圖中A~K各個(gè)節(jié)點(diǎn)均可能成為零壓差點(diǎn)所在位置,以此環(huán)路為研究對(duì)象,冷站0制備的冷凍水經(jīng)管網(wǎng)1輸送至用戶41~411,管網(wǎng)通向每個(gè)用戶的節(jié)點(diǎn)A~K均可成為零壓差點(diǎn)。
各用戶處所需設(shè)置分布泵的揚(yáng)程是在管路阻力計(jì)算的基礎(chǔ)上得到的,不同于各用戶側(cè)支路管道,管網(wǎng)干管流量為系統(tǒng)總流量,根據(jù)傳統(tǒng)的阻力計(jì)算方法,可以得到干管總阻力損失,但是對(duì)于各用戶在干管的阻力損失,目前尚無明確計(jì)算方法,考慮到阻力損失與流量平方的正比關(guān)系,為計(jì)算各用戶在干管的阻力損失,特引入當(dāng)量阻力系數(shù)Sr,具體定義如下:
當(dāng)量阻力系數(shù)Sr=P管網(wǎng)干管/∑Gi2;
其中:P管網(wǎng)干管—管網(wǎng)干管總阻力(供回水)損失;
∑Gi2—管網(wǎng)各用戶流量平方和;
故根據(jù)上述定義,第i用戶在干管的阻力損失為:
P=Sr*Gi2;
四、確定管網(wǎng)的最優(yōu)零壓差點(diǎn)位置以及相應(yīng)的三級(jí)泵設(shè)計(jì)方案,計(jì)算相應(yīng)的節(jié)電率、成本節(jié)約率。
理論上零壓差點(diǎn)位于其他用戶處都是可行的,要得到零壓差點(diǎn)的最優(yōu)位置,需要對(duì)剩余的這幾種情況進(jìn)行對(duì)比分析,考慮到分布泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)的二級(jí)泵系統(tǒng)相比,最大的特點(diǎn)就是可節(jié)約水泵的運(yùn)行耗電費(fèi)用,經(jīng)計(jì)算分析水泵在部分負(fù)荷下的實(shí)際功率,可以得到零壓差點(diǎn)不同用戶處時(shí),分布泵系統(tǒng)全年節(jié)約耗電量以及節(jié)電率。此外由于需要在用戶側(cè)設(shè)置三級(jí)泵同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致水泵設(shè)備初投資的增加,水泵設(shè)備維修管理費(fèi)用的增加以及在用戶側(cè)安置三級(jí)泵需要支付的土地租用費(fèi)用等等,因此可以從運(yùn)行費(fèi)用及初投資費(fèi)用的增量(與傳統(tǒng)二級(jí)泵系統(tǒng)相比)這兩個(gè)方面來對(duì)零壓差點(diǎn)在不同位置下的分布泵系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。測算零壓差點(diǎn)在不同位置時(shí)系統(tǒng)節(jié)電率、年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用以及初投資節(jié)約費(fèi)用,系統(tǒng)的運(yùn)行耗電量以及初投資成本,最后再與傳統(tǒng)的二級(jí)泵系統(tǒng)相比,即可得到年運(yùn)行節(jié)約費(fèi)用以及投資回收期最短(與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比)的零壓差點(diǎn)位置,即可得到最優(yōu)的分布泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式。
上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制,其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化,均應(yīng)為等效的置換方式,都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。