廣西中醫(yī)學(xué)院一附院水蓄冷設(shè)計(jì)

黃孝軍

華藍(lán)設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司

廣西中醫(yī)學(xué)院一附院水蓄冷設(shè)計(jì)

黃孝軍

華藍(lán)設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司

本文以廣西中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院住院綜合樓為例，分別配置常規(guī)空調(diào)方案及水蓄冷空調(diào)方案的冷熱源設(shè)備，并對這兩種空調(diào)設(shè)計(jì)方案的初投資及運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行分析比較，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)得出結(jié)論，為設(shè)計(jì)師及業(yè)主以后在選擇類似項(xiàng)目的空調(diào)方案時(shí)提供借鑒和參考。

常規(guī)空調(diào) 水蓄冷 冷熱源設(shè)備 初投資 運(yùn)行費(fèi)用

1 項(xiàng)目簡介

廣西中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院位于南寧市，總建筑面積約4.98萬m2，地下一層為設(shè)備用房及車庫；地上一至四層裙房為門診用房及手術(shù)室；五至二十三層主樓均為病房。

南寧市地處夏熱冬暖地區(qū)，本大樓設(shè)冷暖空調(diào)，夏季制冷，冬季僅五層以上供暖?？照{(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行分為3個(gè)時(shí)段：供暖期，1～2月份，約60天；制冷期，5～9月份，約150天；過渡期，3～4月份及10～12月份，約150天。一至四層裙房除手術(shù)室全年需要制冷外，其余均在制冷期每天使用空調(diào)8h，五層以上病房在制冷期需全天24h供冷，在供暖期需全天24h供暖，過渡期不需要空調(diào)。

經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)夏季計(jì)算總冷負(fù)荷為4952kW，其中手術(shù)室的冷負(fù)荷為696kW；四至二十三層空調(diào)房間冬季供暖計(jì)算總熱負(fù)荷為1042kW。空調(diào)系統(tǒng)日逐時(shí)冷負(fù)荷如圖1所示。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)日逐時(shí)冷負(fù)荷

2 常規(guī)空調(diào)設(shè)計(jì)方案

2.1 常規(guī)空調(diào)方案設(shè)備配置

南寧市最常規(guī)的冷暖空調(diào)設(shè)計(jì)方案是水冷冷水機(jī)組+風(fēng)冷熱泵機(jī)組，先按熱負(fù)荷選擇風(fēng)冷熱泵，制冷由水冷機(jī)組與風(fēng)冷熱泵共同負(fù)擔(dān)，制冷時(shí)優(yōu)先運(yùn)行水冷冷水機(jī)組。根據(jù)本工程的空調(diào)冷熱負(fù)荷，常規(guī)方案空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源設(shè)備配置如表1所示。

表1 常規(guī)空調(diào)設(shè)計(jì)方案冷熱源設(shè)備組成

2.2 常規(guī)空調(diào)設(shè)計(jì)方案的不足

由圖1可知，本項(xiàng)目制冷時(shí)白天跟晚上的空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷相差很大，如23:00時(shí)的冷負(fù)荷只占白天最大冷負(fù)荷的1643/4952=29.5%，即常規(guī)空調(diào)方案冷熱源設(shè)備每天只有上班期間可能需要全開啟，其余的16小時(shí)，70%左右的能力被閑置了。過渡季節(jié)及冬季，僅手術(shù)室需制冷，此時(shí)冷負(fù)荷很小，只能使用能效比較低的風(fēng)冷熱泵；為滿足只有一兩個(gè)手術(shù)室在使用空調(diào)時(shí)的工況，還須再單獨(dú)配置小容量的風(fēng)冷渦旋式熱泵機(jī)組（如表1）。

3 水蓄冷空調(diào)設(shè)計(jì)方案

3.1 水蓄冷方案設(shè)備配置

本項(xiàng)目的負(fù)荷特點(diǎn)是制冷時(shí)晚上冷負(fù)荷比白天小，而供暖時(shí)晚上的熱負(fù)荷比白天大，故不考慮供暖蓄熱，只考慮制冷時(shí)蓄冷。這樣就還是按空調(diào)系統(tǒng)的熱負(fù)荷選擇風(fēng)冷熱泵機(jī)組，選擇2臺與常規(guī)空調(diào)方案相同的風(fēng)冷熱泵機(jī)組。根據(jù)文獻(xiàn)資料[1]，當(dāng)蓄冷量大于7MW·h，或蓄冷容積大于760m3時(shí)，水蓄冷就是非常經(jīng)濟(jì)的。本項(xiàng)目根據(jù)場地情況，最大可以在本大樓旁邊的地下設(shè)1個(gè)1800m3的蓄冷水池。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，每天的蓄冷量（用Qst表示）為：

式中：V為蓄冷水池的體積，m3；ρ為水的密度，取1000kg/m3；Cρ為水的比熱，取4.19kJ/(kg·℃)；Tf為蓄冷水池內(nèi)放冷結(jié)束時(shí)水的溫度，取與冷水機(jī)組額定回水溫度相同，為12℃；Tx為蓄冷水池內(nèi)蓄冷結(jié)束時(shí)水的溫度，取與冷水機(jī)組額定出水溫度相同，為7℃；FOM為蓄冷水池的完善度，取85%；αV為蓄冷水池的體積利用率，取95%。

在本項(xiàng)目中，蓄冷水池的體積為1800m3，可計(jì)算得：Qst=8459 kW·h。南寧市的低谷電價(jià)時(shí)段是00:00～ 8:00，其余均為平時(shí)電價(jià)，則蓄冷時(shí)間為8h。根據(jù)圖1可知，本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷在上班期間最大，其余時(shí)段冷負(fù)荷很小，則按上班時(shí)間的8h平均放冷，每小時(shí)放冷量Qs=Qst/8=1057kW，需配置的冷水機(jī)組的容量為4952-Qs=3895kW，選擇2臺螺桿式水冷冷水機(jī)組，則每臺水冷冷水機(jī)組的制冷量為（3895-風(fēng)冷熱泵機(jī)組的總制冷量）/2=1405kW。

根據(jù)計(jì)算，參考某主流設(shè)備廠家的樣本，配置水蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)冷熱源設(shè)備如表2。

表2 水蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)冷熱源設(shè)備組成

3.2 水蓄冷系統(tǒng)流程圖

水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的流程圖如圖2所示。圖中F1～F4均為手動蝶閥，F(xiàn)1及F2在手術(shù)室需要制冷時(shí)打開，需要供暖時(shí)關(guān)閉，F(xiàn)3及F4在手術(shù)室需要供暖時(shí)打開，需要制冷時(shí)關(guān)閉，圖中標(biāo)注的其余閥門均為電動蝶閥，采用自動控制，具體運(yùn)行控制詳表3。

表3 水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行工況表

圖2 空調(diào)水系統(tǒng)流程圖

4 兩種空調(diào)方案分析比較

4.1 初投資及配電量

根據(jù)表1及表2，估算出兩個(gè)方案冷熱源設(shè)備的初投資及額定配電功率如表4。

表4 空調(diào)方案冷熱源設(shè)備的初投資及配電功率

4.2 運(yùn)行情況

兩種空調(diào)方案各種工況下冷熱源設(shè)備的運(yùn)行情況如表5。

表5 兩種空調(diào)方案冷熱源設(shè)備運(yùn)行情況

4.3 運(yùn)行費(fèi)用

經(jīng)考察發(fā)現(xiàn)，本大樓各空調(diào)區(qū)域都是100%的同時(shí)使用率，為簡化計(jì)算，假定空調(diào)系統(tǒng)冷熱源設(shè)備的耗電量與主機(jī)的負(fù)荷輸出成線性關(guān)系，根據(jù)圖1的負(fù)荷情況及表5的設(shè)備運(yùn)行情況，計(jì)算出兩種方案的耗電量如表6。

表6 兩種空調(diào)方案100%負(fù)荷時(shí)冷熱源設(shè)備的耗電量

南寧市的用電政策是：豐水期，5～9月份，商業(yè)電價(jià)平時(shí)0.78元/kW·h，低谷電價(jià)0.26元/kW·h；枯水期，1～4月份及10～12月份，商業(yè)電價(jià)平時(shí)1.03元/ kW·h，低谷電價(jià)0.47元/kW·h（低谷電價(jià)只有在設(shè)蓄冷時(shí)才能享受，如果沒有設(shè)蓄冷，所有時(shí)段的電價(jià)按平時(shí)電價(jià)）。根據(jù)表6的數(shù)據(jù)及上面的電價(jià)，計(jì)算出兩種空調(diào)方案在100%負(fù)荷時(shí)冷熱源設(shè)備每年的運(yùn)行費(fèi)用如表7。

表7 兩種空調(diào)方案冷熱源設(shè)備年運(yùn)行費(fèi)用（萬元）

5 結(jié)論

1）水蓄冷空調(diào)方案與常規(guī)空調(diào)方案相比，不僅能大大降低運(yùn)行費(fèi)用，也能降低系統(tǒng)的配電量，但初投資及耗電量會增加。從表5～表7可知，水蓄冷方案的配電量比常規(guī)空調(diào)方案約降低18%，每年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用為66.9萬元，初投資多了122.5萬元，多出的投資靜態(tài)回收期為122.5/66.9=1.83年。

2）水蓄冷方式非常容易滿足過渡季節(jié)及冬季手術(shù)室單獨(dú)制冷的使用要求，運(yùn)行費(fèi)用也很低。過渡季節(jié)以及冬季在病房需供暖時(shí)，手術(shù)室仍需制冷，此時(shí)采用水冷機(jī)組低谷時(shí)段蓄冷，峰谷時(shí)放冷及放冷水泵變頻控制可以輕易地滿足使用要求，也非常節(jié)能。

3）根據(jù)目前廣西的電價(jià)政策，需全天24h運(yùn)行空調(diào)的賓館、醫(yī)院住院樓等建筑，采用水蓄冷方式能給使用方節(jié)約較大的運(yùn)行費(fèi)用。從表6及表7可知，即使兩種方案供暖的運(yùn)行情況及耗電量完全一樣，水蓄冷方案的運(yùn)行費(fèi)用也要比常規(guī)方案少18%左右，原因是南寧市只對使用蓄冷方式的空調(diào)系統(tǒng)才有低谷電價(jià)，如果采用水蓄冷，其夜間低谷時(shí)段沒有參與蓄冷的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的電價(jià)也可以享受低谷電價(jià)。

[1]Charles E D,James S E.Design guide for cool thermal storage [J].ASHRAE Trans,1993,99(2):798-804

[2]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(2版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008

De s ign of Air Conditioning Sys te m w ith Chille d Wa te r Stora ge for Firs t Affilia te d Hos pita l of Gua ngxi Tra ditiona l Chine s e Me dic a l Colla ge

HUANG Xiao-jun
Guangxi Hualan Design&Consulting Group

Taking the complex inpatient building of the First Affiliated Hospital of Guangxi Traditional Chinese Medical Collage for example,this paper is intended to show the designs of conventional central air conditioning system and the cold and heat source equipments in the chilled water storage air conditioning system.As a result,this paper provides reference for similar air conditioning schemes for designers and owners by comparing and analyzing the initial investment and operation cost of the three design schemes,and drawing a conclusion based on the calculation data.

conventional central air conditioning system,chilled water storage,cold and heat source equipments,initial investment,operation cost

1003-0344（2015）05-094-4

2014-7-6

黃孝軍（1970～），男，本科，高工；南寧市華東路39號華藍(lán)設(shè)計(jì)公司大樓13樓（530011）；E-mail:957387059@qq.com