动力工程设计实践综述

动力工程设计实践综述

李　骥

摘　要：本文对动力工程专业在工程设计中较为常见的问题进行了总结，并对该专业容易忽视的问题和较为前沿的方向进行了阐述，目的是为同行提供一些有益的经验，抛砖引玉，便于大家在未来的设计实践中，集思广益，把握热点，少走弯路，共同进步。

1．动力工程设计要点

1.1　同时使用系数和负荷系数

问题提出：

动力系统设计如果不考虑各种负荷的同时使用系数、负荷系数，会导致系统设备台数增加和系统加大，从而导致电力及土建面积的增加，造成无谓浪费。因此，在负荷计算时引入同时使用系数与负荷系数可以保证系统的设计参数与实际运行工况相符合。

解决方法：

动力专业的设计人员对工艺生产状况有一个初步了解，业主和工艺设计人员对生产状况往往比较了解，因此，应该在设计中与他们沟通，从而获取较为准确的生产系数。

动力专业的设计人员应该向工艺、暖通、给排水人员了解生产、空调、生活负荷的使用的时间段、负荷随生产的变化情况、随季节的变化情况，综合各种因素后再确定负荷系数与同时使用系数。

最终的负荷往往只有简单算术叠加的20%～30%

以蒸汽供应系统为例，设计计算时，不能将生产、空调、生活的蒸汽负荷的最大值直接叠加，这样会使蒸汽系统和设备能力偏大，造成工程建设一次费用和后期运行费用的大幅度加大。

负荷计算公式如下：

∑Q=F1×E1×Q1+ F2×E2×Q2+ F3×E3×Q3+…+ Fn×En×Qn

式中F1~Fn为同时使用系数，E1~En为负荷系数

1.2　动力系统设计与使用负荷

问题提出：

动力系统的设计既要考虑最大负荷，也要考虑最小负荷，特别是最小负荷往往在工程设计中容易被忽视。不管是热力系统还是冷冻水系统，不管是空分制氮系统还是电解水制氢系统，几乎所有的动力设备对最小出力都有限制，比如锅炉一般不宜低于铭牌出力50%，离心式冷冻机一般不宜低于40%。即使有的离心冷冻机厂家通过旁流技术可以到10%，螺杆式冷冻机可以10%~100%无级调节负荷，但是，这些耗费全厂相当动力的设备长期不在经济负荷下运行也是一种浪费。

解决方法：

在小型工厂设计时，动力系统主要设备的台数一般宜设计为2~4台之间，大型工厂一般宜设计为4~16台之间。工厂的最小负荷应该至少与一台设备经济出力相匹配。

如果最小负荷出现时间较短，且选取与该负荷相适应经济出力的机组有困难，可以让一台机组能够达到的最小出力与最小负荷相匹。

如果负荷情况不明确，可以参考类似工厂情况按工艺情况等比例确定。但是在设计说明中，应该说明并建议业主分阶段采购与安装动力设备，防止因为设计条件不清楚和实际情况的改变而导致的工程浪费，通过后期的实践摸索达到最佳的运行工况。

1.3　动力系统与项目所在地海拔

问题提出：

在西南与西北等高海拔地区，大气压力低于沿海及中部低海拔地区，较低的大气压力导致空气密度降低，在鼓风机、引风机、空气压缩机与空气介质相关的设备和系统设计时必须考虑海拔的因素。

解决方法：

空气密度的计算方法

ρ=ρ0×（1−0.02257H）×4.256

式中：

ρ：对应海拔高度为H处的空气密度

ρ0：海平面处的空气密度

H：项目所在地的海拔高度

当H=2千米时，空气密度=0.96，约为标准密度的80%。在选择空压机、鼓风机时，流量必须扩大20%～25%，在设计说明中应该表明项目所在地的海拔高度、大气压力、大气温度等一系列气候条件，以便设备供货商校核设备的设计参数，如流通面积是否满足高海拔地区的要求，但是，电机耗电不会变化。

1.4　动力系统与项目所在地气候

问题提出：

在华北、东北、西北等三北地区，冬天气候偏低，动力系统设计必须考虑气候的影响。

解决方法：

空气压缩机的入口空气不能在室外低温状况下进入空气压缩机，应该在室内抽风会对室外低温空气进行加热处理，暖通专业应根据室内发热量和当地空气参数确定是否室内进行采暖设计。

压缩空气储罐不应该放置在室外，防止压缩空气中的排水管道结冰，从而导致排水不畅。

冷却塔及冷却水池应该设计蒸汽或电气加热装置。

锅炉从室外的抽吸的空气应该经过蒸汽或烟气加热后再进入锅炉炉膛辅助燃烧。

如果冷冻机在冬天间隙运行，在对循环冷却水加热的同时，可以在启动时通过冷却水泵的预转动，将冷却水温度升高到12～17℃以上，而后再启动冷冻机。

1.5　压缩空气系统排气与消声装置

问题提出：

压缩空气系统的储气罐的安全阀排气管和有（无）热再生空气干燥装置再生气排气管道噪声很大，尖叫刺耳。

解决方法：

储气罐的安全阀排气管和有（无）热再生空气干燥装置再生气排气管道必须排至室外，且在管道上加装消声器

1.6　空压机、真空泵、工艺设备与冷却水

问题提出：

空压机、真空泵、工艺设备冷却水流道较窄，工程实践中常发生流道生锈堵塞的情况。

解决方法：

空压机、真空泵、工艺设备这些小通道的设备宜使用封闭式冷却水系统，不宜使用开式的常温冷却水系统，主要原因是常温冷却水暴露在大气环境中，水质较差，开式冷却水系统的管道和设备腐蚀和堵塞较为严重。因此，上述系统的冷却水的水质应该为软化水或反渗透水，管道设备宜为普通不锈钢。

1.7　特种气体系统与UPS电源

问题提出：

特种气体的性质较为特殊，一种气体基本上都具有易燃、自燃、有毒、腐蚀、窒息性的一种或多种性质，为防止误操作导致的安全事故，应急状态下的安全操作十分重要。

解决方法：

特种气体系统的控制系统应配置UPS电源，在地震、突然停电、火灾情况下，UPS电源可以保证特种气体系统的管理与探测信息不丢失，并在短时间内完成各种切断工作。

1.8　特种气体系统与氮气吹扫

问题提出：

特种气体系统在进行强度试验、气密性试验、泄漏量试验时都要使用氮气，在系统检修前后都要使用氮气进行置换本质气体和空气，并吹扫特种气体系统，操作不当会导致特种气体污染氮气系统。

解决方法：

特种气体系统用氮气要采用专用瓶装氮气通过氮气吹扫盘进行吹扫，严禁从工艺氮气管路上连通吹扫氮气管道，这样可以避免特种气体在与氮气系统连接时对工艺氮气的污染，从而带来安全与产品质量隐患。

1.9　热力管道

问题提出：

在工程实践中，有时会出现工厂的热力管道在运行时发生强烈振动。

解决方法：

热力管道运行时发生振动一般有三个原因：

一是管道支吊架设计不合理，固定支架数量不够或设计参数有误（管道在三维方向的力、力矩计算数据错误），动力专业人员可根据手册上的计算公式进行简化计算或提交应力设计人员采用计算机程序计算后确定合理的支架数量，并将推力提交结构人员设计管道支吊架。

二是在管道水压试验完成后，未将管道中的余水放干净，蒸汽通入时导致水锤现象发生，设计说明应该指明将需要水压试验管道中的水放干净。

三是蒸汽阀门突然打开，导致对管道的瞬间冲击。较大蒸汽管道应该并联一个小管径的蒸汽阀门，运行时应该先打开小管径的阀门，再慢慢打开大管径的蒸汽阀门。

1.10　热水系统的汽蚀

问题提出：

在工程实践中，工厂热水系统有时在运行时，连接的管道发生振动，流量剧烈下降。

解决方法：

热水因为某种原因温度升高超过对应压力下的汽化温度，导致循环水泵或管道中的水发生汽化，水泵产生汽蚀现象，管道发生振动，热水循环受阻，管道中无热水流出。解决方法是控制热水的温度，如换热器一定是循环被加热侧的热水系统，再循环加热侧的热水系统，两侧的水温必须控制在压力对应的汽化温度之下。

1.11　系统检测仪表

问题提出：

许多工厂没有设计和安装足够的管道仪表，无法判断系统的运行工况。

解决办法：

为了及时掌握系统的运行工况，并能在系统运行不正常时，找出系统问题所在，给出解决问题的办法，在动力系统工程设计时，必须配置足够的压力表、温度计、流量计、液位计、成分分析仪、PH计、浓度计等仪表，且这些仪表必须进行整定，使读出的数据为正确的数据，仪表数据如同人体的生理化验指标，是工程师判断问题的依据。比如：为何流量不够，热水管道为何产生汽蚀，管道为何产生振动都可以通过数据找到原因。

1.12　工艺设备流量不足

问题提出：

在冷冻水、常温冷却水、工艺冷却水总量满足使用要求的情况下，设备的流量不足。

解决办法：

设备流量不足主要有两个原因。

一是系统管路流量不平衡造成各设备进入流量不相等，一些设备流量不够，可以通过设计流量平衡阀解决。

二是设备调节阀开度与设计值不一致，部分设备流量大，温差小，造成其他设备缺水。用温度与温差两个参数控制调节阀，使温度与温差处在正常的设计范围。

1.13　水泵流量不足

问题提出：

在水泵的实际出力明显低于水泵的铭牌出力，这种情况在开式吸水的状况下尤为明显，水泵的流量不足造成了工艺主系统的运行不正常。

解决办法：

加大水泵吸水管的管径，保证水泵吸水管内水流速度控制在0.5m/sec以下（开式吸水工况），闭式系统的吸水速度可以提高到1~1.5m/sec。

2．压力管道技术

2.1　压力管道定义的歧义

《特种设备安全监察条例》（2003国务院373号令）定义：

压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为：

（1）最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者/可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、/最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质；

（2）且公称直径大于25 mm的管道。

《压力管道安全管理与监察规定 》（1996国家质检总局）定义：

① 输送GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》中规定的毒性程度为极度危害介质的管道；

② 输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类介质的管道；

③ 最高工作压力大于等于0.1MPa（表压、下同），输送介质为气（汽）体、液化气体的管道；

④ 最高工作压力大于等于0.1MPa，输送介质为可燃、易爆、有毒、有腐蚀性的或最高工作温度高于等于沸点的液体的管道。

本规定不适用于下述管道；

（1）设备本体所属管道；

（2）军事装备、交通工具和核装置中的管道；

（3）输送无毒、不可燃、无腐蚀性气体，其管道公称直径小于150mm且其最高工作压力小于1.6MPa的管道；

（4）入户（居民楼、庭院）前的最后一道阀门之后的生活用燃气管道及热力点（不含热力点）之后的热力管道。

压力管道遵守的定义：

按照工程界的惯例，当两个规范或标准有冲突时，请按照时效性和高级别的原则选取。

《特种设备安全监察条例》2003国务院颁布。

《压力管道安全管理与监察规定》1996国家质检总局颁布。

按照《特种设备安全监察条例》的定义执行。

2.2　公用工程管道的定义的歧义

《压力管道安全管理与监察规定》中说明对于公用工程管道的描述有不一致的地方。

描述一：本规定不适用于下述管道4）入户（居民楼、庭院）前的最后一道阀门之后的生活用燃气管道及热力点（不含热力点）之后的热力管道。

描述二：第39条（2）公用管道系指城市或乡镇范围内的用于公用事业或民用建筑内的燃气管道和热力管道。

在实际工程应用中，一般是按照第39条（2）定义公用工程管道。

2.3　压力管道常用术语

（1）工作压力：管子、管件、阀门等在正常操作条件下承受的压力。

（2）设计压力：管道组成件压力设计是所用的压力。管道的设计压力不应低于压力与温度耦合构成的最苛刻条件下的压力。最苛刻条件为强度计算中管道组成件需要最大厚度与最高公称压力时的参数。在理论确定设计压力有困难时，设计压力为1.1倍工作压力或工作压力加1。

控制阀和减压阀前后的管道、开停车操作、两股流体的回合都可能造成同一管道在不同时间处在不同压力与温度组合的状态，用不同温度下的压力作为计算依据，求出最大值。

（3）工作温度：管道在正常操作压力下的温度。

（4）设计温度：管道组成件压力设计是所用的温度，在理论确定设计温度有困难时，设计温度为工作温度加30℃。

（5）环境温度：管道在正常工作压力下周围环境的温度。

2.4　氧气管道的设计要点

（1）氧气管道、阀门、管件、仪表、垫片及其附件应脱脂处理。

（2）氧气管道不应该使用快开、快闭型阀门，严禁采用闸阀。填料宜为聚四氟乙烯。

（3）氧气管道的流动速度一般应控制在6～15 m/s，目的是防止产生静电，带来安全隐患。

2.5　安全阀设计要点

（1）安全阀的开启压力为最大工作压力的1.1倍或设计压力较大值。

（2）安全阀的最大泄放压力不宜超过管道设计压力的1.1倍，火灾事故时，不宜超过管道设计压力的1.2倍。

（3）哪些管道上应设置安全泄放装置?

设计认为可能产生超压的部位，比如蒸汽发生器等产汽设备出口、低沸点液体容器出口管道、可能产生不凝性气体积聚的管道。

2.6　管道应力

电子工厂的常用管道的实际情况是：低温（5～200℃）、低压（≤1.6MPa）、管径范围（DN10~1400mm）。

一般多采用经验或简单计算。

热油管道的温度=300℃，采用计算机程序计算。

管道发生的事故案例：

DN500以上的大直径冷冻水管推倒管道支架

直埋地下蒸汽管道破坏地面

蒸汽管道脱离支架

蒸汽管道推开支墩

管道应力分析计算

1）管道各点的一次应力（外加荷载作用产生的应力）

2）管道各点的二次应力（管道变形受到约束而产生的应力）

3）管道对机器、设备管口的推力力矩在允许范围

4）管道对支吊架和土建结构的作用力在允许范围

5）往复机泵有频率避开共振区

6）管道的位移量要满足管道布置的要求

管道应力分析分类表：

设计中，可以根据下表，迅速确定采用那一种方法对压力管道进行应力计算。

2.7　管道柔性分析

2.7.1　柔性分析的目的

管道柔性是反映管道变形难易程度的概念，管道柔性设计的目的是保证管道具有足够的柔性，防止管道因为热胀冷缩、端点附件位移造成：

（1）管道应力过大（二次应力）

（2）管道连接处产生泄漏

（3）管道推力与力矩过大使所连接设备管口破坏

（4）管道推力或力矩造成支架破坏

2.7.2　改变管道柔性的方法

改变管道走向

选择补偿器

选用弹簧支吊架

2.7.3　柔性计算的判定方法

符合下列公式的管道可以不进行柔性计算：

D·Y/（L-U）2≤208.4

D：管子外径，Y：管段总位移，L：管子展开长度

U：固定点之间的直线距离。

（1）不需要进行柔性计算的管道

（2）通过柔性计算的管道

（3）不合格或无把握的管道应该进行应力计算

2.7.4　需要进行柔性计算的管道

2.8　低温低应力管道的选材

《工业金属管道设计规范》局部修订条文对低温低应力工况的定义：≤−20℃，环向应力≤1/6屈服应力，且不大于50MPa。

碳钢材料在低温低应力工况下，最低使用温度可降至−70℃并免做冲击试验。参照GB150的规定，根据低温低应力工况下使用温度降低量，20号钢管如加厚，在应力很低的情况下，可用于低于−20℃的寒冷地区及冷冻系统中。

3．压力容器技术

3.1　压力容器定义的歧义

《特种设备安全监察条例》（2003国务院373号令）定义：

压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为：

（1）最高工作压力大于或者等于0.1 MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于2.5 MPa⋅L的气体、液化气体/和最高工作温度高于或者/等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；

（2）盛装公称工作压力大于或者等于0.2 MPa（表压），且压力与容积的乘积大于/或者等于1.0 MPa⋅L的气体、液化气体和/标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等。

《压力容器安全技术监察规定》（1999国家质检总局）定义

本规程适用于同时具备下列条件的压力容器：

（1）最高工作压力（Pw）大于等于0.1Mpa（不含液体静压力，下同）；

（2）内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m，且容积（V）大于等于0.25 m³；

（3）盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点液体。

按照工程界的惯例，当两个规范或标准有冲突时，请按照时效性和高级别的原则选取。

《特种设备安全监察条例》2003国务院颁布。

《压力容器安全技术监察规定》1999国家质检总局颁布。压力容器的定义按照《特种设备安全监察条例》执行

3.2　压力容器设计要点

（1）压力分级

低压0.1MPa≤P＜1.6MPa

中压1.6MPa≤P＜10MPa

高压10MPa≤P＜100MPa

超高压P≥100MPa

P为设计压力

（2）压力容器上的安全装置

《容规》第31条压力容器的设计压力不得低于最高工作压力，装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。

（3）压力容器分类

第三类压力容器

第二类压力容器

第一类压力容器

EDRI所涉及的压力容器：化工工艺多为第二类压力容器，公用工程多为第二类与第三类压力容器

（4）压力容器设计主要法规与规程

《锅炉压力容器安全监察暂行条例》

《压力容器安全监察规程》

《钢制压力容器》GB150-1998

《管壳式换热器》GB151-1999

（5）钢制压力容器液压试验压力

内压容器

P=1.25p [σ]/[σ]t

外压与真空容器

P=1.25p

试验用水的氯离子含量≤25mg/l，温度≥5~15℃。

（6）钢制压力容器的气压试验

容器过大，无法进行承受水的重量

结构复杂

结构复杂，用水不合适

温度≥15℃。

时间≥30min.

（7）压力容器气密性试验

介质毒性为极度、高度危害的介质

气密性试验在压力试验合格后进行

温度≥5℃

时间≥30min

（8）压力容器开孔补强

等面积法、密集补强法

等面积法：开孔壳体上的补强范围取2倍开孔直径

壳体上开孔之间的中心距离为2倍平均接管直径的距离

当壳体上相邻开孔的距离小于2倍最大接管直径的距离时，可以采用联合补强的方法。

（9）低温低应力工况

压力容器的设计温度低于等于−20℃，但其拉伸薄膜应力小于等于标准常温屈服点的1/6，且不大于50MPa，的工况，这时，若其温度加50℃，大于−20℃时，可以不必遵守低温压力容器的规定。低温冷冻机采用碳钢材料制作

（10）设计文件要注明

材料选用要求

压力试验、气密性要求

安全部件要求

接管位置要求

4．地源热泵与冰蓄冷技术

4.1　地源热泵

（1）热泵形式

空气源热泵、水源热泵、地源热泵

（2）普通空调是一种违反自然法则的行为，夏天向高温热空气排出热量，冬天向低温冷空气索取热量，必然会付出代价，大气成为空调冷热的垃圾场，如何减少这种代价就是我们空调节能的课题。

（3）卡诺循环：

ηc＝1−T2/T1，卡诺循环的效率只与两个热源的热力学温度有关，如果高温热源的温度T1愈高，低温热源的温度T2愈低，则卡诺循环的效率愈高。因为不能获得T1→∞的高温热源或T2=0K（−273℃）的低温热源，所以，卡诺循环的效率必定小于1。这就是热电系统要尽可能提高锅炉蒸汽出气温度TI的原因。

（4）逆向卡诺循环

最简单的制冷循环是逆向卡诺循环。由四个过程组成：

1-2—绝热膨胀；2-3—定温吸热；

3-4—绝热压缩；4-1—定温放热。

因此，逆向卡诺循环的制冷系数可表示为

ε=T2/T1−T2

T1=房间空调温度

T2=环境温度−空气、水源、地源）

逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关，只取决于冷源（即被冷却物体）的温度T2和热源（即环境介质）的温度T1；降低T1，提高T2，均可提高制冷系数。因此，在保证必须的冷冻条件的情况下，为了避免无谓地消耗过多的机械功，制冷装置空调房间的温度应该尽量地接近环境温度。

（5）地源热泵的理论依据

地下土壤温度12~13℃，及T2是恒定的，空气的情况则不同，随着季节的变化，空气温度夏天为35℃，冬天为0℃。假定空调房间的温度为20℃，无论在夏天或冬天与空调温度与土壤环境温度都较空气环境温度接近，所以，效率较高。

（6）地源热泵的COP值：3～4.5。

（7）地源热泵系统的优点

① 高效节能，实现能源再生利用

夏季高温差的散热和冬季低温差的取热，使地源热泵系统换热效率较高。在产生同样热量或冷量的时候，只需小功率的压缩机就可实现，其耗电量仅为普通中央空调与锅炉系统的40%～60%。

② 绿色、环保无污染

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，减少40%以上，地源热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉，无燃烧产物排放。

③ 设备初投资增加，但运行维护费用低廉

地源热泵系统初投资，比燃煤锅炉供暖系统，高出1～3倍，比热电联产集中供热系统，高出34%～150%。地源热泵技术的投资增量回收期约为4～10年。

④ 地源热泵与空气源热泵是同类型的空调设备，区别是空气源的温度一年四季是变化的，从低温空气中抽取热能，向高温空气中释放热能，这样的环境使空气源热泵的运行工况十分不利，效率较低。

（8）地源热泵系统在应用中须解决的问题

① 地源热泵系统对土壤换热器材质的要求较高，埋设换热器需要较大的场地，系统投资也较其他方式要高，一般应用于面积较小的居住类单体建筑。

② 对土壤环境的影响。土壤埋管式热泵系统的运行，势必引起土壤环境温度的剧烈变化，其影响范围内的土壤微生物环境也将出现剧烈变化。土壤换热器的埋置深度的大小，将影响建设投资的大小。

③ 地下水源热泵系统要有丰富和稳定的地下水资源。采用地下水热泵系统之前，应进行详细的水文地质调查，并先打勘测井，以获取地下温度、地下水深度、水质和出水量等数据。如果地下水位较低，成井的费用增加，水泵的运行能耗也将增加。在某些水文地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度，从地下抽出来的水经过换热器后很难再被全部回灌到含水层内，造成地下水资源的流失。

④ 地表水源热泵受丰水、枯水等自然条件的影响较大，由于地表水温度受气候的影响较大，与空气源热泵类似，当环境温度越低时热泵的供热量越小，而且热泵的性能系数也会降低。一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关，需要根据具体情况进行计算。

⑤ 由于土壤的传热系数较低，土壤源热泵的热岛效应非常明显，2~3年后的传热效率会大幅下降。

⑥ 从环保的层面讲，埋入地下的管道为不可降解的化学材料，将对土壤造成永久性的破坏。

⑦ 土壤源热泵传热效率较低，因此，垂直闭环埋管系统所需占地面积约为空调采暖面积的30%～40%。

（9）相关数据

① 垂直埋管比水平埋管换热器占地面积少73%左右。

② 垂直埋管单U管的每米换热量约为40W左右，双U管的每米换热量约为80W左右。

③ 根据埋管形式的不同，一般有单U形管，双U形管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管、套管式管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（＞80m）。

（10）结束语

地源热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少温室效应气体二氧化碳和其他燃烧产生的污染物的排放，是一种高效节能、无污染的可再生能源系统，是可持续发展的建筑节能新技术。

推广地源热泵技术需要政府制定鼓励使用新型可再生能源的经济政策。

4.2　冰蓄冷技术

（1）冰蓄冷技术使用原因

夏季空调用电量占的比例愈来愈大，发达地区空调用电量已达到城市用电量的30%～40%，城市电力供需矛盾十分尖锐，夏天电力供应紧张，冬天机组闲置，这种现象对工程建设和社会资源而言都是极其不合理的。

（2）空调负荷不平衡的解决办法

冰蓄冷技术的关键是将部分或全部的空调用电从白天高峰期转移到夜间低谷期，均衡城市电网负荷，达到削峰补谷的目的。

（3）冰蓄冷技术方案

① 全蓄冷

制冷机仅在离峰时制冷，在离峰期间的制冷量可以满足峰、谷期间空调期间所需总冷负荷。

② 部分蓄冷

制冷机在部分峰值和离峰期间均运行制冷，冰蓄冷和制冷机同时向空调系统供冷。

（4）冰蓄冷的使用条件

① 项目所在地供电部门提供峰谷电价，且差价较大（3倍）。

② 项目24小时在谷期的空调冷负荷远大于峰期的冷负荷。

（5）结论

① 冰蓄冷制冷系统的装机容量近乎减少一半，可以节省变电所增容费和制冷机主机及其配套设备的投资，同时增加了蓄冰设备。

② 从运行方面看，这空调系统的用电量起到了移峰填谷、均衡城市电网负荷的作用。

③ 蓄冷系统所增加的投资与制冰设备的形式，制冰系统的运行模式等因素有关，应合理优化搭配。

④ 如果电力部门进一步拉开昼夜电价差，蓄冷空调系统具有广泛的意义。

⑤ 如果蓄冰制冷系统配有低温送风系统把常规的送风温差（8℃左右）提高到13℃以上，则送风风量可减小40%左右，将提高蓄冰空调系统的整体经济性。

⑥ 采用蓄冰空调系统时应进行设计工况和运行工况的经济分析，并对各工况进行优化，以达到最大的经济分析。

5．热电联产与分布式能源供应

5.1　热电联产

热电联产是指发电厂（社会电厂或企业电厂）向不同用户同时提供或分别提供电力和热力能源的生产系统。

5.2　集中式能源供应

能源供应分为集中式能源供应和分布式能源供应模式。集中式能源供应是指社会化的大型能源供应系统，电力通过国家或省级电网向企业供电，热力通过城市主干管向企业或居民供应。

5.3　分布式能源供应

（1）分布式能源供应主要是指分布式燃气热电联产，是指以天然气作为一次能源，将发电系统和供热、制冷系统相结合，以小规模、点状方式分布用户附近，独立输出热、电（冷）能的系统。

（2）工厂自备电厂一般以热定电，属于分布式能源供应系统。

（3）集中式与分布式的结合是21世纪能源工业重要发展方向，美国分布式发电占总的用电负荷的20%。

5.4　分布式能源系统的特点

作为当今世界天然气应用技术主流，分布式供能被视为“集中电网供电”的有益补充。

附近建设、输电损耗小。

规模小、建设快、运行维护简单。

距离近、减少管道线路投资。

一次能源阶梯利用、效率高达75%～85%，而一般发电厂的效率只有30%～40%。

负荷调节性能好，有利于削减电力高峰负荷，平衡燃气季节峰谷。

减少CO2的排放。

分布式能源供应有三种产品：冷、热、电。如上海浦东机场就是以天然气为燃料，以一台燃气机和一台余热蒸汽锅炉为供能系统，不向电网要一分电。

5.5　分布式能源供应系统配置说明

（1）燃气内燃发电机

电源进入工厂电网

485℃的高温燃气进入热水型余热直燃机的高温发生器

90℃高温冷却水热水型余热直燃机的低温发生器

（2）烟气热水型余热直燃机（供热与供冷）

（3）冰蓄冷或水蓄冷供冷（高电价位时段供冷）

（4）离心式制冷机（低电价位时段供冷或补充供冷）

（5）余热吸收式冷温水机组（供热）

（6）燃气热水锅炉（补充供热）

5.6　分布式能源供应系统运行工况

（1）夏季空调在设计负荷下运行时，12℃冷水回水优先利用烟气热水型余热直燃机降温，其次在高电价位时段开启冰蓄冷或水蓄冷供冷，最后在低电价位时段或冷负荷较大时开启离心式制冷机。

（2）冬季空调在设计负荷下运行时，50℃温水回水优先利用高温冷却水换热器和余热吸收式冷温水机组加热，其次开启直燃机补燃供热，如热负荷较大，最后启动燃气热水锅炉供热。

5.7　自备电厂的热电联产

（1）工厂自备电厂提供两种产品——热和电，供热是主要任务，发电只是辅助产品，应该以热为主，即以热定电。

热电系统的先进性是热电联供，单独发电的效率不如大机组，电热联供才能提高综合效率。

（2）考虑我国目前电网实际情况，自备电厂一般不考虑上网的可能性。

（3）热电联产的主要形式

蒸汽锅炉+抽凝汽汽轮机+发电机+溴化锂制冷机+供热系统+供冷系统

参考文献

1．动力管道设计手册

2．建筑设计防火规范

3．采暖通风与空气调节设计规范

4．全国压力管道设计审批人员培训教材

（李　骥，教授级高工，总监，技术本部副主任）