某滑落式片冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行調(diào)試分析

王增凱

(廈門泰禾房地產(chǎn)開發(fā)有限公司　福建廈門　361012)

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某滑落式片冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行調(diào)試分析

王增凱

(廈門泰禾房地產(chǎn)開發(fā)有限公司福建廈門361012)

結(jié)合工程實(shí)例，對滑落式片冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了分析，分析結(jié)果認(rèn)為：該系統(tǒng)具有相對較高的性價(jià)比；蓄冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)避免蓄冰運(yùn)行時(shí)受到其它負(fù)荷的干擾；當(dāng)重要功能空間制冷系統(tǒng)與項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間不一致時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)。

滑落式片冰蓄冷系統(tǒng)；運(yùn)行調(diào)試；分析；性價(jià)比

1　工程概況

本工程位于廈門市觀音山沿海地區(qū)，為超高層甲級寫字樓。其中地下4層、地上30層，建筑面積分別為2.25萬m2、5.35萬m2。地下室為設(shè)備房及汽車庫；主樓首層為大堂，二～三層為員工餐廳，四層以上為辦公區(qū)(第六層設(shè)大型專用數(shù)據(jù)中心機(jī)房，第十八層為會(huì)所，第十五、三十層為避難空間及設(shè)備房)。

本文在結(jié)合業(yè)主單位需求、實(shí)地考察多個(gè)類似案例及多方案比選的基礎(chǔ)上，通過蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算，最終確定空調(diào)冷源采用滑落式片冰部分蓄冷系統(tǒng)，末端采用低溫送風(fēng)全空氣變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，為地區(qū)同類工程實(shí)施提供了一定的借鑒意義。

2　設(shè)計(jì)條件

2.1室外空氣設(shè)計(jì)參數(shù)[1]

夏季空調(diào)計(jì)算干球溫度33.5℃；夏季空調(diào)計(jì)算濕球溫度27.5℃；夏季通風(fēng)室外計(jì)算干球溫度31.3℃；夏季大氣壓力994.5hPa；夏季室外平均風(fēng)速3.1m/s。

2.2室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)參見表1。

表1　室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3設(shè)計(jì)負(fù)荷

本工程集中空調(diào)面積45 000m2，最大冷負(fù)荷為1 868USRT(6 571kW)，單位空調(diào)面積冷負(fù)荷145W/m2，設(shè)計(jì)日逐時(shí)總負(fù)荷為ΣQi=71 429kWh=20 310RTH，逐時(shí)計(jì)算結(jié)果見表2。

經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，本工程蓄冷設(shè)備的總蓄冰量要求≥8 000RTH。設(shè)計(jì)蓄冰池為600m3，其中有效容積約為550m3。根據(jù)已投入使用的相似工程測算，單位RTH蓄冷的冷槽容積約為0.062m3，蓄冷容量約為8 870RTH。另考慮利用700m3(有效容積約660m3)消防水池進(jìn)行顯熱蓄冷，結(jié)合以上室內(nèi)、外空氣參數(shù)，夜間將消防水池降溫至2.0℃，白天釋冷至10.5℃以上，即有效溫差8.5℃，蓄冷量約為1 860RTH；二者總蓄冷量達(dá)到10 730RTH，可實(shí)現(xiàn)周蓄冷供冷。

3　蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1蓄冷系統(tǒng)選擇

(1)冰蓄冷系統(tǒng)分類[2]，如圖1所示。

(2)動(dòng)態(tài)型與靜態(tài)型(以盤管外結(jié)冰為主)蓄冰系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)。

①動(dòng)態(tài)型蓄冰系統(tǒng)。理論上系統(tǒng)蓄冷槽容積比靜態(tài)冰盤管內(nèi)融冰、封裝冰型系統(tǒng)略高，可提供更低溫度、更大溫差的冷凍水，輸送系統(tǒng)能耗更低。另外該系統(tǒng)制冰與儲(chǔ)冰、制冰裝置與蓄冰槽均分離，設(shè)備維護(hù)方便，其工程應(yīng)用優(yōu)于靜態(tài)型。

②靜態(tài)型蓄冰系統(tǒng)。其制冰盤管置于冰槽內(nèi)，制冰時(shí)盤管外側(cè)冰層不斷增厚，制冰效率隨熱阻增大趨低。同時(shí)，系統(tǒng)盤管置于冰槽內(nèi)，存在千年冰現(xiàn)象，設(shè)備穩(wěn)定性較差，維護(hù)管理較為不便。

③以上兩種系統(tǒng)制冰機(jī)的蓄冷效率(COP值)相當(dāng)。

綜上所述，本工程最終選用滑落式片冰蓄冷系統(tǒng)。

3.2蓄冷設(shè)備選型

根據(jù)負(fù)荷計(jì)算，本工程選擇3臺(tái)IH/C500B8型雙工況滑落式片冰冷水機(jī)組。單臺(tái)IH/C500B8機(jī)組空調(diào)工況制冷量為500RT即1 760kW，主機(jī)功率為335kW；制冰工況制冷量為340RT即1 195kW，主機(jī)功率為309kW；制冰工況總制冷量為1 020RT，低谷電8小時(shí)總蓄冰量為8 160RTH>8 000RTH，滿足要求。

同時(shí)，選擇一臺(tái)空調(diào)工況制冷量為200RT即703kW的水冷螺桿冷水機(jī)組作為基載機(jī)，用于夜間蓄冷時(shí)消防水池初始降溫，以及空調(diào)工況時(shí)直接供冷。其他配套設(shè)備如冷卻塔、板換、冷水泵等不再累述。

3.3蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行工況

3.3.1系統(tǒng)流程

蓄冷系統(tǒng)流程如圖2所示：

3.3.2系統(tǒng)運(yùn)行工況

(1)主機(jī)制冷水或制冰蓄冷。在夜間電力低谷時(shí)段，利用基載機(jī)對消防水池進(jìn)行初始降溫同時(shí)對末端供冷，雙工況主機(jī)切換到制冰工況運(yùn)行。當(dāng)消防水池水溫下降至7℃時(shí)，雙工況主機(jī)優(yōu)先對消防水池進(jìn)行降溫蓄冷；水溫下降至5℃后基載機(jī)停止運(yùn)行；當(dāng)水溫下降至2℃時(shí)，雙工況主機(jī)停止對消防水池蓄冷；當(dāng)蓄冰槽水溫下降至1.8℃時(shí)，雙工況主機(jī)進(jìn)入到非穩(wěn)定制冰模式；當(dāng)水溫降至1.4℃時(shí)，雙工況主機(jī)進(jìn)入到穩(wěn)定制冰模式；當(dāng)冰槽信號指示已儲(chǔ)存額定冰量或時(shí)間程序指示為非蓄冰時(shí)間，主機(jī)停止制冰。

(2) 主機(jī)與低溫冷源(低溫水、冰)聯(lián)合供冷模式(主機(jī)投入運(yùn)行臺(tái)數(shù)根據(jù)末端負(fù)荷需求自動(dòng)調(diào)整)。當(dāng)設(shè)計(jì)日末端負(fù)荷相對較大時(shí)，采用此運(yùn)行模式。一次側(cè)冰槽提供1.5℃低溫水進(jìn)入板換與二次側(cè)13℃冷凍回水進(jìn)行熱交換，換熱后二次側(cè)冷凍水降到3.5℃送至空調(diào)末端；一次側(cè)水溫升高至11.0℃，初期一部分回到消防水池并溢入蓄冰槽，一部分回到蒸發(fā)板降溫并流入蓄冰槽；當(dāng)消防水池水溫升高至10.5℃時(shí)停止對外供冷。

(3)低溫冷源(低溫水)單獨(dú)供冷模式。當(dāng)末端負(fù)荷較低，消防水池能提供末端負(fù)荷所需時(shí)，采用此運(yùn)行模式。一次側(cè)冰槽提供1.5℃低溫水進(jìn)入板換與二次側(cè)13℃冷凍回水進(jìn)行熱交換，換熱后二次側(cè)冷凍水降到3.5℃送至空調(diào)末端；一次側(cè)水溫升高至11.0℃回到消防水池并溢入蓄冰槽，當(dāng)消防水池水溫升高至10.5℃時(shí)停止對外供冷。

(4) 低溫冷源(低溫水、冰)聯(lián)合供冷模式(主機(jī)不開啟)。當(dāng)末端負(fù)荷較低，致使消防水池單獨(dú)釋冷不能滿足需求時(shí)，可通過消防水池和蓄冰槽提供全部末端負(fù)荷所需。一次側(cè)冰槽提供1.5℃低溫水進(jìn)入板換與二次側(cè)13℃冷凍回水進(jìn)行熱交換，換熱后二次側(cè)冷凍水降到3.5℃送至空調(diào)末端；一次側(cè)水溫升高至11.0℃，初期一部分回到消防水池并溢入蓄冰槽，一部分直接回到蓄冰槽，當(dāng)消防水池水溫升高至10.5℃時(shí)停止對外供冷。

(5) 融冰供冷模式。當(dāng)末端負(fù)荷相對較小、消防水池水溫較高已不能提供冷量且無需開制冷主機(jī)或電價(jià)尖峰時(shí)段的情況下，采用單獨(dú)融冰供冷模式。一次側(cè)冰槽提供1.5℃低溫水進(jìn)入板換與二次側(cè)13℃冷凍回水進(jìn)行熱交換，換熱后二次側(cè)冷凍水降到3.5℃送至空調(diào)末端；一次側(cè)水溫升高至11.0℃回到蓄冰槽，與蓄冰槽內(nèi)的冰進(jìn)行熱交換，此時(shí)冰吸收潛熱發(fā)生相變。

(6) 主機(jī)單獨(dú)供冷模式。當(dāng)蓄冰槽融冰結(jié)束后，末端仍有少量負(fù)荷，或有特殊需要時(shí)可采用此模式,此時(shí)主機(jī)直供1.5℃低溫水。

4　運(yùn)行調(diào)試分析

4.1無末端負(fù)荷時(shí)制冰系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試

制冷系統(tǒng)安裝完成后，其無末端負(fù)荷時(shí)的聯(lián)合運(yùn)行測試結(jié)果表明：系統(tǒng)在蓄冰周期內(nèi)的蓄冰量完全到達(dá)設(shè)計(jì)要求，且運(yùn)行穩(wěn)定。

4.2帶末端負(fù)荷時(shí)制冰系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試問題及解決方案

因建筑功能需求，六樓數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備在辦公大樓正式入駐前已安裝調(diào)試結(jié)束并投入運(yùn)行，同時(shí)部分樓層已裝修完成并入駐，此將導(dǎo)致制冷系統(tǒng)提前對機(jī)房(24h供冷)及部分辦公樓層供冷，但此時(shí)消防系統(tǒng)尚未正式通過驗(yàn)收，消防水池?zé)o法投入使用，且基載機(jī)因系統(tǒng)管路問題無法單獨(dú)對末端供冷。制冷系統(tǒng)在電力低谷段進(jìn)行蓄冰運(yùn)行，同時(shí)對外供冷。經(jīng)測試，系統(tǒng)在蓄冰周期內(nèi)蓄冰量無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且運(yùn)行極不穩(wěn)定，能耗超出設(shè)計(jì)值較多。另經(jīng)反復(fù)測試發(fā)現(xiàn)，機(jī)房末端負(fù)荷導(dǎo)致一次側(cè)回水溫度長時(shí)間在1.8℃左右，進(jìn)而致使制冰周期極不穩(wěn)定。鑒于此情況，設(shè)計(jì)方根據(jù)安裝條件，提出在基載機(jī)冷凍水出水管與基載機(jī)一次泵回水端之間增設(shè)一根冷凍水管跨接消防水池，當(dāng)水池?zé)o法投入運(yùn)行時(shí)，采用基載機(jī)系統(tǒng)單獨(dú)對末端進(jìn)行供冷。改造后，制冷系統(tǒng)在蓄冰周期內(nèi)蓄冰量完全到達(dá)設(shè)計(jì)要求，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

4.3數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)運(yùn)行事故及解決方案

制冷系統(tǒng)在以上改造的基礎(chǔ)上調(diào)試運(yùn)行，完全滿足設(shè)計(jì)要求。二次側(cè)水泵根據(jù)末端負(fù)荷需求采用變頻運(yùn)行，采集設(shè)置于三十層空調(diào)機(jī)房內(nèi)的壓差旁通控制組件壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行啟停及頻率控制。前期運(yùn)行過程中，因周六夜間只存在數(shù)據(jù)中心機(jī)房空調(diào)負(fù)荷，系統(tǒng)啟動(dòng)融冰模式運(yùn)行，末端負(fù)荷較小，又因變頻水泵有最低運(yùn)行頻率的限制，導(dǎo)致壓差旁通控制組件壓差上升，促發(fā)二次泵停止運(yùn)行。另因管理疏漏，該問題未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，致使數(shù)據(jù)機(jī)房溫度上升，設(shè)備出現(xiàn)宕機(jī)，部分主板損毀，損失較大。通過對事故過程的分析，設(shè)計(jì)方提出調(diào)高停泵控制壓差的解決方案，后期運(yùn)行過程未發(fā)生類似情況，但水泵能耗有所增加。

4.4經(jīng)濟(jì)性分析

本大樓正式入住且制冷系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，借助電力監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)量，統(tǒng)計(jì)一個(gè)制冷季峰平谷時(shí)段的電力分布，參考本地區(qū)采用常規(guī)水冷中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的同類型項(xiàng)目進(jìn)行對比分析，當(dāng)峰谷電價(jià)大于3∶1時(shí)可考慮采用滑落式片冰蓄冷系統(tǒng)，達(dá)到4∶1時(shí)投資回報(bào)年限約為4.0年～4.5年(含財(cái)務(wù)成本)。

5　結(jié)論

本文針對滑落式片冰蓄冷系統(tǒng)在寫字樓工程中的應(yīng)用實(shí)例，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在不同工況條件下的運(yùn)行調(diào)試結(jié)果，得出了以下結(jié)論：

(1)在當(dāng)?shù)毓膭?lì)使用低谷電力且項(xiàng)目投資預(yù)算允許時(shí)，滑落式片冰蓄冷技術(shù)性價(jià)比相對較高；

(2)為提高蓄冰效率、降低系統(tǒng)能耗，蓄冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)避免主機(jī)蓄冰運(yùn)行時(shí)受其它負(fù)荷干擾；

(3)工程功能空間對空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高，且空調(diào)與項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間不一致時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)。

[1]GB50736-2012 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

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

Analysis of design of Ice Harvest Chiller System and Debugging

WANGZengkai

(Thaihot Real Estate of Xiamen Development Co., Ltd., Xiamen 361012)

Based on existing project, this paper makes a analysis of ice harvest chiller system and debugging, the result as followed: The system presents relative high rate of quantity and price; The operation of ice storage is affected by other load should be avoided in system design; Independent air - conditioning system should be designed when refrigeration system of important function space running time is different from project’s.

Ice harvest chiller system; Debugging; Analysis; Rate of quantity and price

王增凱(1982.03-)，男，工程師。

E-mail:26667528@qq.com

2016-04-28

TU83

A

1004-6135(2016)07-0091-03