冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計及分析和測算

宋智軍

(大同市規(guī)劃設(shè)計院，山西大同 037006)

1 工程概況

北京金融街A5地塊寫字樓位于西城區(qū)西二環(huán)路東側(cè)，金融大街與武定候街交叉口西北角，A5大廈由兩幢17層板樓及2層裙房組成，總建筑面積9萬m2，其中地上建筑面積6萬m2，地下建筑面積3萬m2。夏季小時最大冷負荷為8 111 kW。

2 設(shè)計思路

北京金融街施行峰谷電價，尖峰電價1．265 3元/kWh，低谷電價0．301 9元/kWh，電價的絕對差值0．963 4元/kWh;本項目的冷負荷高峰時段與電網(wǎng)高峰時段重合，而且在電網(wǎng)低谷時段空調(diào)冷負荷較小，因此，本項目適宜采用冰蓄冷技術(shù)。冰蓄冷技術(shù)主要為了平衡電網(wǎng)的晝夜峰谷差，在夜間電力低谷時段向蓄冷設(shè)備儲蓄冷量，在日間電力高峰時段釋放其蓄得的冷量，減少電力高峰時段制冷設(shè)備的電力消耗，是電力部門“削峰填谷”的最佳途徑。而且冰蓄冷系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點:1)減小機組的裝機容量。機組提供的最大冷負荷可以小于建筑物的峰值負荷，也就是說，可以按照建筑物峰值負荷的60%～70%來選配制冷/蓄冰機組。2)無后顧之憂。由于近年來國內(nèi)夏季用電負荷日趨緊張，一些地區(qū)已經(jīng)采取拉閘限電，以及對各單位限制時段用電量等多項舉措。而蓄冰技術(shù)正是在夜間電力低谷時段向蓄冰設(shè)備蓄得冷量，在日間電力高峰時段釋放其蓄得的冷量，將大量本應(yīng)是電力高峰時段使用的電力轉(zhuǎn)移到夜間電力低谷時段使用，減少電力高峰時段制冷設(shè)備的電力消耗，是解決該問題的最佳途徑。用戶也不必為了限電而停工停產(chǎn)，從而造成巨大的損失。3)運行費用更低。由于使用晚上較低費用的低谷電蓄冷，而在白天將儲存的冷量釋放出來，最大限度的節(jié)省費用。所以，其制冷運行費用僅為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的50%～60%左右。4)一機兩用、充分挖掘機組的潛能。冷水機組可以同時兩工況工作，即在白天制冷，夜間蓄冰。

3 主機和蓄冰設(shè)備配置

選用2臺螺桿式雙工況冷水機組，每臺機組的制冷工況下的冷量2 633 kW，功率542 kW，冷凍水溫度12℃ ～7℃;冷卻水溫度30℃/35℃;蓄冰工況下的冷量1 771 kW，功率430 kW，冰水溫度－2℃/－6℃，冷卻水溫度27℃/31℃。同時選用480 m3冰球蓄冰設(shè)備。蓄冰球的性能參數(shù)見表1。

表1 蓄冰球的性能參數(shù)

2臺制冷主機的最大制冷量5 266 kW，是峰值負荷的65%，也即是常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)裝機容量的65%。

4 冰蓄冷系統(tǒng)的設(shè)計和運行

4．1 方案論述

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備選型及流程設(shè)計是以該系統(tǒng)的設(shè)計日(最不利情況)逐時負荷分布為依據(jù)的，本工程空調(diào)設(shè)計峰值冷負荷為8 111 kW，夏季設(shè)計日(最不利情況)逐時冷負荷詳見圖1。

圖1 空調(diào)設(shè)計日逐時冷負荷分布圖

根據(jù)上述負荷分布圖可以看出本項目的冷負荷結(jié)構(gòu)，冷負荷高峰時段與電網(wǎng)高峰時段重合，而且在電網(wǎng)低谷時段空調(diào)冷負荷較小，尤其在夜間谷電時段23:00～7:00不需要供冷，因此采用冰蓄冷系統(tǒng)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。本項目冰蓄冷系統(tǒng)選用負荷均衡的部分蓄冰方式，采用可以制取較低冷凍水溫度(空調(diào)末端系統(tǒng)采用風(fēng)機動力型VAV BOX，需要提供1．0℃冷凍水)的主機下游的串聯(lián)系統(tǒng)。系統(tǒng)流程圖見圖2。

圖2 系統(tǒng)流程圖

4．2 負荷平衡策略

1)100%負荷段冷負荷平衡策略。冷水機組在夜間的谷電時段23:00～7:00滿負荷蓄冰，由于100%冷負荷較大，日間2臺機組在平電時段滿開，而蓄存的冷量盡量用在電力高峰時段上(見圖3)。

圖3 100%負荷段蓄冰系統(tǒng)運行負荷分布圖

2)80%負荷段冷負荷平衡策略。該時段逐時冷負荷比較大，冷水機組在夜間的谷電時段23:00～7:00滿負荷蓄冰，日間2臺機組在平電時段滿開，而蓄存的冷量盡量用在電力高峰時段上(見圖4)。

圖4 80%負荷段蓄冰系統(tǒng)運行負荷分布圖

3)60%負荷段負荷平衡策略。冷水機組在夜間的谷電時段23:00～7:00滿負荷蓄冰，平電時段15:00～17:00內(nèi)開啟2臺冷水機組，其他時段的全部冷負荷由蓄冰設(shè)備單獨提供(見圖5)。

圖5 60%負荷段蓄冰系統(tǒng)運行負荷分布圖

4)40%負荷段負荷平衡策略。40%負荷段在北京市的整個空調(diào)期出現(xiàn)的時間也是比較長的，在谷電時段23:00～7:00冷水機組滿負荷蓄冰，只需在電力平段15:00～16:00內(nèi)開啟2臺冷水機組，其他時段的全部冷負荷由蓄冰設(shè)備單獨提供(見圖6)。

5)20%負荷段負荷平衡策略。20%負荷段在北京市的整個空調(diào)期出現(xiàn)的時間比較短，在這個時段日間不需要開啟冷水機組來制冷。在夜間電力低谷時段23:00～4:00開啟2臺雙工況冷水機組進行蓄冰，白天的全部冷負荷由蓄冰設(shè)備單獨提供(見圖7)。

5 運行費用測算和比較

北京電網(wǎng)峰谷分時銷售電價表見表2。

圖6 40%負荷段蓄冰系統(tǒng)運行負荷分布圖

圖7 20%負荷段蓄冰系統(tǒng)運行負荷分布圖

表2 北京電網(wǎng)峰谷分時銷售電價表

5．1 冰蓄冷空調(diào)夏季運行費用

北京的夏季空調(diào)期為6月中～10月中，約120 d，運行費用統(tǒng)計上，采用分時段計算法，即把整個空調(diào)期劃分為5個時段:20%負荷段，40%負荷段，60%負荷段，80%負荷段和100%負荷段，分別逐時計算相應(yīng)時段的運行費用，并加以匯總，就得出總的運行費用。運行電費匯總見表3。

表3 冰蓄冷系統(tǒng)夏季運行費用

5．2 常規(guī)空調(diào)夏季運行費用

常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的運行費用測算方法同冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，運行電費匯總見表4。

表4 常規(guī)系統(tǒng)夏季運行費用

5．3 分析比較

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的全年運行費用為99．46萬元，合每平方米11．04元;常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的全年運行費用為186．65萬元，合每平方米20．72元;由此可知，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運行費用是常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運行費用的53%。

6 結(jié)語

通過上述對冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計、分析和測算可知:1)冰蓄冷系統(tǒng)可以減小機組的裝機容量，是常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)裝機容量的65%;2)極大程度地降低了運行費用，其運行費用僅為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的53%;3)冰蓄冷技術(shù)在晚上谷電時段電蓄冷，在白天的峰電時段釋放冷量來供冷，制冷機組不用開啟(用電極少)，一些在電網(wǎng)高峰時段用電的用戶不必為了限電而停工停產(chǎn)，沒有了后顧之憂。

綜上所述，冰蓄冷技術(shù)有諸多特點，比較適用于冷熱負荷差較大的辦公型建筑，優(yōu)勢適用于冷負荷高峰時段與電網(wǎng)高峰時段重合，而且在電網(wǎng)低谷時段空調(diào)冷負荷較小的辦公樓。