冰蓄冷在食品综合厂房中的运用
中国轻工业武汉设计工程有限责任公司 余亮 肖能辉
摘要 食品综合厂房中车间空调设计温度与普通的民用建筑中央空调设计温度有较大差异。本文概述了杭州宏昌菇业有限公司年产 8000 吨速冻食品工程中央空调系统的设计并 分析了其经济效益 , 验证了冰蓄冷技术应用于食品综合厂房是可行的。
关键词 冰蓄冷 空调 经济效益
Application of Ice-storage for Cold in Comprehensive Food Workshop Building
By ★ Yu Liang and Xiao Nenghui
Abstract The design temperature of Workshop's air-conditioning is obviously different from the temperature of ordinary civil architecture's central air-conditioning. This text has summarized the design of the central air-conditioning of Hongchang fungus Ltd., which could produce 8000 ton deepfreeze food.We has analyzed its economic efficiency .We also has verified technology of ice-storage for cold applied to that comprehensive food workshop building is feasible.
Keywords ice-storage for cold, cold air-conditioning, economic efficiency
★ China Light Industry Wuhan Design Engineering Co.,Ltd ,China
1 工程概述
杭州宏昌菇业有限公司年产 8000 吨速冻食品工程总建筑面积为 27000 平方米 ，按功能分为：生产车间、办公楼、动力中心、餐厅。生产车间有 12 -15 ℃ 的解冻间、包装间和操作间等； 18 ℃ 的辅料库、成型间和面粉库等； 25 ℃ 的内包材消毒间和内包材挑选间。生产车间中的人 净设施区温度要求为 25 ℃ ，其空调运行仅工厂上下班及进餐时间开启。办公楼和餐厅温度要求为 25 ℃ 。餐厅空调仅中餐和晚餐时间开启。总空调建筑面积 14090 平方米 ，其中生产车间、餐厅为地上三层的建筑，办公楼为地上四层的建筑。
2 设计原则
业主对该年产 8000 吨速冻食品工程采用冰蓄冷系统的要求是可靠与节能， 18 ℃ 的辅料库、成型间等车间的送风均匀， 18 ℃ 面粉库的送风量要尽量小。本工程设计方案为： 18 ℃ （不含 18 ℃ 面粉 库 ） 、 25 ℃ 的 房间供水温度要求为 5 ℃ 。 12 -15 ℃ 的车间、 18 ℃ 面粉库 供乙二醇溶液温度要求为 -5 ℃ ，采用双工况制冷机白天供 -5 ℃ 乙二醇溶液，晚上用于制冰。 该模式可以减少制冷主机的总容量和台数，减少初投资 。各生产车间采用纯渗透式纤维织物空气分布系统，办公楼和餐厅采用侧送及平送的送风方式 . 生产车间、办公楼和餐厅均设新风及排风。
本工程根据各房间温度的不同和使用时间的不同分为五个供回水系统，它们分别为生产区 1 即 12 -15 ℃ 、 18 ℃ 面粉 库、 生产区 2 即 18 ℃ 房间 （不含 18 ℃ 面粉 库 ） 和 25 ℃ 房间 、办公区、人净区、餐厅，依次编号为系统 1-5 。
3 设计参数
各区域的温度、冷负荷、空调运行时间要求如下表 1
表 1 各区域的空调温度、冷负荷、空调运行时间
系统编号 |
分区 |
温度要求 |
供 / 回水温度℃ |
最大负荷 KW |
空调运行时间 |
|
系统 1 |
生产区 1 |
12 -15 ℃ 、 18 ℃ 面粉 库 |
-5/0 |
821 |
8:00-24:00 |
|
系统 2 |
生产区 2 |
18 ℃ （不含 18 ℃ 面粉 库 ） 、 25 ℃ |
5/10 |
1264 |
8:00-24:00 |
|
系统 3 |
办公区 |
25 ℃ |
5/10 |
213 |
8:00-20:00 |
|
系统 4 |
人净区 |
25 ℃ |
5/10 |
418 |
7:00-9:00,10:00-13:00
16:00-19:00,22:00-24:00 |
|
系统 5 |
餐厅 |
25 ℃ |
5/10 |
359 |
10:00-13:00,16:00-19:00 |
|
|
合计 |
3075 |
对于白天供冷可以看作两个系统，一是冰蓄冷系统，二是主机直供系统。由于主机直供的是生产区 1 ，该部分负荷可以看作是独立的、与冰蓄冷互不干扰，只是直供主机根据负荷的变化进行调节运行。冰蓄冷系统供冷较直供运行复杂，该部分的逐时冷负荷详见下表 2 和图 2 。
表 2 设计日逐时冷负荷表（不含直供生产区 1 ）
时段 |
冷负荷（ kW ） |
时段 |
冷负荷（ kW ） |
时段 |
冷负荷（ kW ） |
00:00 |
0 |
08:00 |
1765 |
16:00 |
1527 |
01:00 |
0 |
09:00 |
1439 |
17:00 |
1780 |
02:00 |
0 |
10:00 |
1623 |
18:00 |
1688 |
03:00 |
0 |
11:00 |
1929 |
19:00 |
1392 |
04:00 |
0 |
12:00 |
1984 |
20:00 |
1264 |
05:00 |
0 |
13:00 |
1469 |
21:00 |
1264 |
06:00 |
0 |
14:00 |
1478 |
22:00 |
1432 |
07:00 |
167 |
15:00 |
1463 |
23:00 |
1192 |
4 冰蓄冷空调系统运行策略
由于 -5 ℃ 直供系统的运行是独立的，因此运行策略中不加以描述，只描述冰蓄冷系统的运行。本工程的冰蓄冷系统按主机优先模式设计，在一年中空调的大部分使用时间内结合浙江省的电价政策按优化控制或全融冰供冷模式运行。空调设计日冰蓄冷空调运行方式如图 3 所示，运行状态如表 3 所示，具体按以下 3 种工作模式运行。
4.1 双工况主机制冰模式（ 24:00—08:00 ）
这期间为电力低谷时段， 24:00-07:00 时段 2 台或 1 台双工况主机在制冰工况下全力运行， 07:00-08:00 时段 1 台主机满足小负荷外多余的冷量制冰，至 8:00 时系统总制冰量达到 9945.827KWh ，制得的冰量储存在蓄冰装置中。
4.2 主机与蓄冰装置联合供冷模式（ 8:00—19:00 ， 21:00—24:00 ）
根据负荷的大小，由自控系统判断开启 2 台主机，以及自动调节主机和蓄冰装置各自承担的负荷，主机满足一部分负荷，其余部分由融冰补充。
4.3 蓄冰装置单独供冷模式（ 19:00—21:00 ）
这期间为高峰电价，系统避峰运行，主机全部停开，由蓄冰装置满足大楼的冷量需求，系统只需启动的相应水泵即可。
表 3 设计日负荷蓄冰系统运行状态表
时间 |
逐时负荷
KW |
系统供冷 KW |
制冰
KW |
主机供冷 |
冰槽供冷 |
总供冷 |
0:00-1:00 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1603 |
1:00-2:00 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1603 |
2:00-3:00 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1603 |
3:00-4:00 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1603 |
4:00-5:00 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1466 |
5:00-6:00 |
0 |
0 |
0 |
0 |
745 |
6:00-7:00 |
0 |
0 |
0 |
0 |
745 |
7:00-8:00 |
167 |
167 |
0 |
167 |
578 |
8:00-9:00 |
1765 |
1055 |
710 |
1765 |
0 |
9:00-10:00 |
1439 |
1055 |
384 |
1439 |
0 |
10:00-11:00 |
1623 |
1055 |
568 |
1623 |
0 |
11:00-12:00 |
1929 |
1055 |
874 |
1929 |
0 |
12:00-13:00 |
1984 |
1055 |
929 |
1984 |
0 |
13:00-14:00 |
1469 |
1055 |
414 |
1469 |
0 |
14:00-15:00 |
1478 |
1055 |
423 |
1478 |
0 |
15:00-16:00 |
1463 |
1055 |
408 |
1463 |
0 |
16:00-17:00 |
1527 |
1055 |
472 |
1527 |
0 |
17:00-18:00 |
1780 |
1055 |
725 |
1780 |
0 |
18:00-19:00 |
1688 |
1055 |
633 |
1688 |
0 |
19:00-20:00 |
1392 |
0 |
1392 |
1392 |
0 |
20:00-21:00 |
1264 |
0 |
1264 |
1264 |
0 |
21:00-22:00 |
1264 |
1055 |
209 |
1264 |
0 |
22:00-23:00 |
1432 |
1055 |
377 |
1432 |
0 |
23:00-24:00 |
1192 |
1055 |
137 |
1192 |
0 |
合 计 |
24856 |
14937 |
9919 |
24856 |
9946 |
5 自动控制
蓄冷空调系统是比较复杂的系统，根据末端负荷的不同需要，各个时间段的运行方式也不同，常规空调的手动运行模式无法很好的满足系统运行的需要，必须采用传感检测元器件和自动控制，优化系统运行策略。冰蓄冷空调系统流程图及控制如下：
控制系统通过对制冷主机、蓄冰装置、板式换热器、水泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制，调整蓄冰系统各应用工况的运行模式，使系统在任何负荷情况下能达到设计参数并以最可靠的工况运行，保证空调的使用效果。同时在满足末端空调系统要求的前提下，整个系统达到最经济的运行状态，即系统的运行费用最低，提高系统的自动化水平，提高系统的管理效率和降低管理劳动强度。本工程采用 SIEMENS 控制产品，配置负荷预测和优化控制程序，确保实现蓄冰系统的参数化与无人值守，实现系统的智能化运行。在下位机系统中配置彩色中文人机对话屏，确保系统的上、下位机控制功能、控制档次不变，中文操作界面直观友好。
6 经济效益分析
采用冰蓄冷空调系统的重大意义在于在三段式电价政策下空调系统运行过程中大量地节省运行费用。杭州地区三段式电价政策为：高峰时段 19 ： 00-21 ： 00 ， 电价为 1.290 元 /KWh ；平峰时段 8 ： 00-11 ： 00 ， 13 ： 00-19 ： 00 ， 21 ： 00-22 ： 00 ，电价为 0.957 元 /KWh ；低谷时段 11 ： 00-13 ： 00 ， 22 ： 00- 次日 8 ： 00 ，电价分别为 0.388 元 /KWh 。经过经济性比较，采用冰蓄冷整个空调系统初投资为 632 万，每年的运行费用为 108 万；采用冷水机组初投资为 473 万，每年的运行费用为 182 万，回收期为 2.15 年。本工程采用冰蓄冷经济效益显著。
7 结语
对实行三段式电价政策的杭州市 , 在低谷电价期间满时段满负荷运行制冰；平峰段尽量使用制冷主机直接供冷 ; 高峰电价期间 , 尽量少开或不开制冷主机，本工程采用的方案既减少了冰蓄冷的初投资，在充分利用低谷电价情况下，又节省运行费用。
本项目在方案确定及施工图绘制过程中均得到谭维毅 , 袁庆栋两位高级工程师的指导和帮助。在此忱致谢意。
参考文献
1 彦启森 . 冰蓄冷系统设计 .1996
2 华泽钊 , 刘道平 , 吴兆琳 , 邬志敏 . 蓄冷技术及其在空调工程中的应用 [M]. 北京 : 科学出版社 ,1997
3 严德隆 , 张维君 . 空调蓄冷应用技术 [M]. 北京 : 中国建筑工业出版社 ,1997 ________________________________________________________________［2007第1期］
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