三洋能源（北京）有限公司
冬季自由制冷系统
方案和报价
中国电子系统工程第四建设有限公司
2010－08
三洋能源（北京）有限公司 冬季制冷系统
一、冷冻水系统及冬季制冷运行状况
1． 系统概述
现需系统改造部分为风冷冷水机组系统设计，冷源由放置于室外的风冷机组供给，通过一次泵把水和乙二醇的混合溶液送至板换与二次泵提供的二次水进行热交换然后送达到要求区域。需改造部分为两台“克莱门特”风冷机组。
系统配备有：
A． 克莱门特风冷冷水机组
R-21 制冷量845KW 电机功率470KW 1台； R-22 制冷量814KW 电机功率272KW 1台； B． R21系统泰拉尔一次泵 18.5KW
1台；
C． R21系统泰拉尔二次泵 22KW 1台； D． R22系统格兰富一次泵
15KW 1台；
E． R22系统格兰富二次泵 22KW 1台。 整个冷水系统至今已经运行达5-10年。系统现已经存在一些问题，大部分设备也老化。
冷水机组的故障增加，而且在近几年机组的效率和出力都有明显的衰减。
运行维修费用增加，计算时增加效率降低的影响，采用自然制冷，可以减少运行时间、维修工作量。
2． 冬季制冷概述
原系统已考虑到冬季冷气的需求，在冬季运行两台风冷冷水机组供冷，但这样带来的是运行成本的居高不下，经济效益降低。
目前，对于冬季制冷时的两台机组总负荷的50%-100%，每年冬季运行时间4-5个月。
二、冬季制冷优化方案
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1． 冷水系统冬季制冷优化方案
在普遍的应用中，中央空调冷水系统作为工厂的冷源，通常在炎热的夏季为工厂提供冷气，达到一个舒适的室内环境。但对于某些工厂一些区域即使在冬季也会温度较高，需要冷气。对于三洋能源（北京）有限公司，四季一些区域为保证生产和生活需要，系统冬季也提供冷水。系统依靠运行冷冻机组制冷，但对于北京地区，冬季室外温度较低，通常有3~4个月室外温度在5℃以下，室外可以作为一个天然的冷源，可以直接利用室外空气冷却水，不用开启机组，达到制冷目的，使用冷冻机组会造成不必要的能源浪费。
1). 使用自然制冷系统作为冬季供冷，即使用开式冷却塔作为冷源； 2). 使用板式换热器：在冷水系统中冷却水与冷冻水间利用板式换热器，冬
季开启开式冷却塔，直接使用冷却水给冷冻水降温。由此，本方案设计使用此种方式。
3). 在以上自然制冷方式中，开式冷却塔及室外管路的冬季防冻是一个关
键，在冷却塔设置电加热防冻、室外管路使用电伴热防冻，在低温时电加热、电伴热启动。
4). 在以上自然制冷方式下增加控制系统，控制所有冬季制冷系统，包括：
冷却水泵、冷却塔、冷冻水泵及板换。
5). 在以上自然制冷方式下增加控制系统，控制所有冬季制冷系统，包括：
冷却水泵、冷却塔及板换。
系统可在冬季全天及过渡季夜间使用此方式； 节约能耗，减少冷水机组使用时间，降低故障率；
系统可达到自动控制操作、监控冬季制冷系统所有设备，冬季制冷系
统自动根据冷量需求调节；
系统简单，与夏季运行工况互不影响；
2． 系统设计及计算
1). 根据三洋能源（北京）有限公司现需改造系统的常年的使用情况，冬季的
平均冷负荷约为1410kw，即现有二台冷冻机组满负荷的85%。 2). 增加一台开式冷却塔及一套板式换热器。板式换热器换热量按照
1659*1.5=2500KW选取。根据计算，在室外湿球温度在1℃以下时，选用的冷却塔冷量达到2500KW，能够满足系统供冷需求。
3). 开式冷却塔参数：根据冷负荷和经过热交换后能提供9℃以下冷冻水选取
（因为冬季的气候情况室内负荷会随之降低，并且该冷冻水是用于空调使用，所以冷冻水供水温度达到9℃就可满足冬季负荷要求）。
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流量302m3/h，风机18.5kw*2。
4). 增加两台冷却泵（一用一备），两台冷冻泵（一用一备）。
水泵参数：根据闭式冷却塔有关参数选取。冷却水泵流量333m3/h，扬程32m，电机功率45kw，一用一备；冷冻水泵流量333 m3/h，扬程45m，电机功率90kw，一用一备。都是工频运行。
5). 冬季自然制冷主要依靠的是室外的空气的自然冷源（利用开式冷却塔），
因此室外条件（主要是室外湿球温度）是供冷的决定因素。根据通常运行方式，当室外湿球为1℃ 时，对于以上板换式自然制冷，冷塔出水能够达到7℃。对于北京，室外湿球温度低于1℃的天气每年约有2500小时以上（冬季全天及过渡季夜间）。
6). 冬季、过渡季的冷气需求实际要比夏季低，因此冬季的冷冻水供水温度可
以稍高，达到10℃左右也能接受。同时可以相应提高冷却水出水温度，可应用在更多的供冷时间内。
7). 有关管道尺寸：根据管道水阻力曲线选取管道为DN200。
8). 开式冷却塔冬季防冻，冷却塔设置电加热防冻，设置积水槽内无水自动报
警，自动切断电加热器电源系统。室外管路设置电伴热防冻。 相关设备选型参数和设计图纸见附件。
3． 节能计算
理论投资回收期计算：
依据北京市工业用电0.57元/千瓦时计算。根据开式冷却塔提供7度出水（因为是冬季运行所以该温度可适当提高）的要求及室外气候条件分析建议按照11月20日至3月10日开启自由制冷模式共111天即2664个小时的使用时间来计算。
(1) 现有系统能耗分析：
① 根据提供的目前冬季系统运行的大概情况及分析建议按照满负荷的85%风冷冷水机组冬季运行工况计算；
② 设备参数R-21电功率470kw，一次泵18.5kw；R-22电功率272kw，一次泵15kw。
综上得到在这111天内的现有系统电费估算为：
（470+18.5+272+15）*85%*0.57*24*111*0.8(系数)=800755（元） 注：计算中考虑到不同室外温度情况下机组效率的变化。
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(2) 改造后系统能耗分析：
① 改造后的系统耗能设备为开式冷却塔，冷却、冷冻水泵（都是一用一备）
② 开式冷却塔风机电功率37kw（因变频，所以按85%耗能计算），冷却水泵45kw。
综上得到在这111天内的电费估算为：
（37*85%+45）*0.57*24*111=116087（元）
电加热：9kw/个，共4个，使用时间80天（根据防冻控制说明的温度控制点及气象资料得到），费用：9*4*84*24*0.7=50803元，
电伴热：17W/米，共120m，使用时间70天（根据防冻控制说明的温度控制点及气象资料得到），费用：0.017*120*70*24*0.7=2400元 总计：50803+2400=53203元
所以每年节能费用为：800755-116087-53203=631465（元）
投资费用为：1477575元（见附件方案报价） 乙方最终回收金额为1477575*1.5=2216362元
甲方预计投资回报周期为：初投资估算费用/每年节能费用=2.4（年） 乙方预计投资回收期为：最终回收金额/每年节能费用/65%=5.4（年） 乙方月回收金额为=631465/111*该月运行天数（元） 实际投资回收期计算
如甲方不能认可理论计算回收期。因甲方无法提供上一年度冬季冷冻机实际耗电量，为保证双方的公平公正，可与我单位协商，确定冬季两个平均温度比较一致的两天，其中一天单独运行自由冷却系统计量其耗电量A，另一天关闭自由冷却系统，单独运行冷冻机并计量其耗电量B,把节电量B-A作为每日节电量的标准，根据该冬季运行天数C计算该年的总的节电量D。
D=C*(B-A)元
A=一天单独运行自由冷却系统耗电量
B=一天关闭自由冷却系统，单独运行冷冻机耗电量 C=该冬季运行天数 D=该年的总的节电量
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如D*0.57/631465≥80%乙方按照原理论计算631465*65%收取每年节能款 80%>D*0.57/631465≥60%乙方按照原理论计算631465*65%*80%收取每年节能款 60%>D*0.57/631465≥40%乙方按照原理论计算631465*65%*60%收取每年节能款 D*0.57/631465≤40%乙方按照实际D*65%*0.57元收取每年节能款 乙方月回收金额=按照上述标准确定的年回收金额/111*该月运行天数(元) 乙方回收年限为直至乙方回收金额总和达到2216362元止。
三、改造方案配置及运行方式
1．系统方案配置
本方案是在现有设备基础上增加冬季制冷设备，及配套控制系统。 详见系统图纸。 冬季制冷系统控制范围：
一台冷却水泵、一台冷冻水泵（增加） 一台开式冷却塔（增加） 两台变频器（增加） 控制器系统
2．系统方案运行方式
1). 机组切换说明：当冬季室外气温低于10℃时，手动停止原风冷冷水机组及
原水泵的运转；开启自由制冷系统。
冷却塔运行说明：当温度感测器TS1感测冷却塔出水温度低于7℃时，停止冷却塔风机的运转；温度过低时通过开启二通阀门调节，减少冷却水通过开式冷却塔；高于9℃启动冷却塔风机运转。
防冻控制说明：在冷却塔积水槽内设置电加热器，室外水管路设置电伴热带。当积水槽内的水温低于4℃时，启动电加热器；当室外水管路内的水温低于5℃时，启动电伴热，水温达到7℃时，停止电伴热。 当积水槽内的水温达到7℃时，关闭电加热器；
设置积水槽内无水自动报警，自动切断电加热器电源系统。 2). 冬季制冷运行控制模式：
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a. 将系统转换至冬季制冷模式，打开控制器，关闭相应冷水机组阀门； b. 打开板式换热器电动阀门，开启冷冻及冷却水泵各一台，控制系统监测 所有数据；
c. 自控系统读取冷冻水数据，控制冷冻水温在设置的范围内。自控系统控 制冷却水流量及冷却水塔风扇的转速，从而维持冷冻水温。 d. 自控系统监视各设备的状态，并在故障时报警。
e. 在系统长时间无法达到系统要求的冷冻水温，则输出报警，指出需要启 动机械制冷模式。
f. 手动关闭冬季制冷模式，启动常规机械制冷模式。
3). 夏季制冷运行时，由于系统与冬季制冷系统无关，关闭板式换热器手动阀门，及冬季制冷控制模块，将水泵及冷却塔置为原有模式。在原有方式下正常开启夏季制冷工况。
四、方案报价
见附页1
五、主要设备样本
见附页2
六、施工进度计划
见附页3
附件：冬季制冷系统图、机房位置简图
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