九棵樹（上海）未來藝術(shù)中心空調(diào)系統(tǒng)配置及運(yùn)營策略

史洪偉（上海奉賢南橋新城建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 201406 )

九棵樹（上海）未來藝術(shù)中心（簡稱“藝術(shù)中心”）項(xiàng)目用地面積 120 522 m2，容積率 1.0，設(shè)施類別為文化及商業(yè)服務(wù)，其中文化設(shè)施占比 45%，商業(yè)服務(wù)設(shè)施占比55%。本項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容為文化設(shè)施部分，總建筑面積71 700 m2（其中地上建筑面積 52 800 m2，地下建筑面積18 900 m2），地上 4 層，為文化場館設(shè)施、藝術(shù)創(chuàng)作中心及相關(guān)配套，包括 1 個 1 200 座主劇場、1 個 500 座多功能劇場及 1 個 300 座的主題劇場，以及行政和后勤配套用房等，1 個藝術(shù)展覽、創(chuàng)作中心及配套附屬功能用房。

1 項(xiàng)目空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)及外部能源條件

1.1 空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)

藝術(shù)中心劇院為人員密集的場館，用冷特性為冷負(fù)荷較為集中，會出現(xiàn)短時高峰情況。粗略估計，最大人流量可達(dá) 2 400 人，短時高峰冷負(fù)荷大，其他時段冷負(fù)荷較小。另外，根據(jù)運(yùn)營管理方的分體管理要求，每個空間獨(dú)立冷負(fù)荷運(yùn)行，避免能源、資源的浪費(fèi)。

1.2 負(fù)荷分布變化

演出時間設(shè)計日逐時冷負(fù)荷變化見圖1，非演出時間設(shè)計日逐時冷負(fù)荷變化見圖2。

圖1 演出時間設(shè)計日逐時冷負(fù)荷變化

圖2 非演出時間設(shè)計日逐時冷負(fù)荷變化

1.3 當(dāng)?shù)仉妰r政策

當(dāng)?shù)仉妰r夏季、非夏季分時變化見表1、表2。

表1 夏季電價政策(7、8、9月）

表2 非夏季電價

2 空調(diào)系統(tǒng)的選擇

2.1 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)和冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)比較

常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)通常冷源采用電制冷機(jī)組、熱源采用燃?xì)猓ㄓ停崴仩t。夏天制冷機(jī)組提供的冷凍水通過循環(huán)水泵送至各空調(diào)用戶；冬天鍋爐提供的熱水通過循環(huán)水泵直接（或經(jīng)過換熱器間接）送至各空調(diào)用戶。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)配置見表3。

蓄冰空調(diào)系統(tǒng)：在電力負(fù)荷很低的夜間用電低谷期,采用電制冷機(jī)制冰，將冷量以冰的方式儲存起來。在電力負(fù)荷較高的白天，也就是用電高峰期，把儲存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調(diào)負(fù)荷的需要；有全量蓄冰模式與分量蓄冰模式 2 種。目前國內(nèi)絕大多數(shù)冰蓄冷工程項(xiàng)目均采用分量蓄冰模式。經(jīng)計算蓄冰量是總冷負(fù)荷的 21%。冰蓄冷系統(tǒng)配置見表4。

表3 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)配置

表4 冰蓄冷系統(tǒng)配置

2.2 運(yùn)行費(fèi)用比較

2.2.1 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用

演出日夏季7～9月運(yùn)行費(fèi)用：設(shè)計日總電費(fèi)15 028 元；空調(diào)年運(yùn)行時間 24 d；空調(diào)年負(fù)荷系數(shù) 0.7；年運(yùn)行費(fèi)用 252 470元。演出日非夏季 6、10月常規(guī)空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用：設(shè)計日總電費(fèi) 13 489 元；空調(diào)年運(yùn)行時間 16 d；空調(diào)年負(fù)荷系數(shù) 0.5；年運(yùn)行費(fèi)用 107 911 元。

非演出日夏季7～9月運(yùn)行費(fèi)用：設(shè)計日總電費(fèi) 9 600元；空調(diào)年運(yùn)行時間 36 d；空調(diào)年負(fù)荷系數(shù) 0.7；年運(yùn)行費(fèi)用 241 930 元。非演出日非夏季 6、10月運(yùn)行費(fèi)用：設(shè)計日總電費(fèi) 6 367 元；空調(diào)年運(yùn)行時間 24 d；空調(diào)年負(fù)荷系數(shù)0.5；年運(yùn)行費(fèi)用 76 399 元。

運(yùn)行費(fèi)用合計 678 710 元，運(yùn)行時間 100 d。

2.2.2 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用

演出日夏季7～9月運(yùn)行費(fèi)用：設(shè)計日總電費(fèi) 14 375元；空調(diào)年運(yùn)行時間 24 d；空調(diào)年負(fù)荷系數(shù) 0.7；年運(yùn)行費(fèi)用 217 356 元。演出日非夏季 6、10月常規(guī)空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用：設(shè)計日總電費(fèi) 6 299 元；空調(diào)年運(yùn)行時間 16 d；空調(diào)年負(fù)荷系數(shù) 0.5；年運(yùn)行費(fèi) 45 355 元。

非演出日夏季7～9月運(yùn)行費(fèi)用：設(shè)計日總電費(fèi)7 667 元；空調(diào)年運(yùn)行時間 36 d；空調(diào)年負(fù)荷系數(shù) 0.7；年運(yùn)行費(fèi)用 173 885 元。非演出日非夏季 6、10月運(yùn)行費(fèi)用：設(shè)計日總電費(fèi) 3 237 元；空調(diào)年運(yùn)行時間 24 d；空調(diào)年負(fù)荷系數(shù) 0.5；年運(yùn)行費(fèi)用 34 957 元。

運(yùn)行費(fèi)用合計 471 552 元，運(yùn)行時間 100 d。

2.3 綜合比較

（1）常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)：配置簡單；運(yùn)行費(fèi)用較高；配電容量較高；容災(zāi)應(yīng)急方式較少。

（2）冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)：具有卓越的移峰填谷功能，是電力需求側(cè)管理的重要技術(shù)手段。平衡電網(wǎng)晝夜峰谷電力負(fù)荷，減緩電廠建設(shè)，提高火電廠發(fā)電效率；減少制冷主機(jī)容量，減少空調(diào)系統(tǒng)電力工程貼費(fèi)及配電設(shè)施費(fèi)用；空調(diào)系統(tǒng)使用更加靈活，小負(fù)荷狀態(tài)下，可融冰供冷，無須開啟制冷主機(jī)；蓄冰裝置的蓄冷量可作為應(yīng)急冷源，在停電時只需開啟水泵即可供冷，提高了空調(diào)系統(tǒng)的可靠性；冷凍水溫度可降至 2～4 ℃, 可實(shí)現(xiàn)冷凍水大溫差或低溫送風(fēng)，降低水管、風(fēng)管的口徑，降低建筑層高；低溫送風(fēng)技術(shù)可降低室內(nèi)相對濕度，提高空調(diào)舒適性；供冷啟動時間短，可在演出時間快速放出，只需 15 ～ 20 min 即可達(dá)到所需溫度；在冷水機(jī)組出現(xiàn)意外情況，多一套容災(zāi)系統(tǒng)，能更確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。

3 經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果

回收期：冰蓄冷空調(diào)比較常規(guī)空調(diào)初投資高 44.69 萬元，運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約 20.72 萬元，高出部分 2.16 a 即可回收；如不計算配電投入，需 5 a 回收。經(jīng)濟(jì)比較見表5。

表5 兩種空調(diào)投資增減費(fèi)用經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)以上經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，本項(xiàng)目采用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)是最合適的選擇。

4 本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備配置說明及運(yùn)行策略

4.1 本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備配置

本工程中采用了技術(shù)成熟、效率高、易控制的主機(jī)（上游）、蓄冰裝置（下游）串聯(lián)循環(huán)回路設(shè)計，設(shè)計要素如下。

（1）采用分量蓄冰模式設(shè)計，合理配置主機(jī)容量和蓄冰容量，使系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

（2）采用制冷主機(jī)上游、蓄冰設(shè)備下游的串聯(lián)系統(tǒng)流程，本系統(tǒng)形式效率高、控制簡單可靠、使用靈活。

（3）采用 1 臺 600 RT 做基載運(yùn)行，載冷劑為水；2 臺300 RT 的雙工況制冷機(jī)白天供冷，夜間制冰，載冷劑為二乙醇。

（4）蓄冰裝置總蓄冰量不小于 3 600 RT · h 。

本系統(tǒng)配置 2 供冷板換，每臺換熱量 2 500 kW，冷側(cè)（25% 乙二醇溶液）3 ～ 11 ℃，熱側(cè)（水）7 ～ 12 ℃。

4.2 本工程蓄冰系統(tǒng)運(yùn)行模式及策略

本工程的冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計日時按主機(jī)優(yōu)先模式設(shè)計，在大部分空調(diào)使用時間內(nèi)結(jié)合本地的電價政策按優(yōu)化控制，逐漸向由分量蓄冰轉(zhuǎn)化為全量蓄冰模式。合理的運(yùn)行策略必須綜合考慮系統(tǒng)的實(shí)際配置情況和冰蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行約束條件，具體如下。

（1）充分利用夜間低谷電，雙工況制冷主機(jī)在夜間全力蓄冰。

（2）高峰電時段少開甚至不開制冷主機(jī)，并盡可能減少制冷主機(jī)的啟停次數(shù)。

（3）充分利用夜間低谷電，雙工況制冷主機(jī)在夜間全力蓄冰。

（4）應(yīng)靈活調(diào)整主機(jī)優(yōu)先或者融冰優(yōu)先的組合方式。

（5）當(dāng)前處于運(yùn)行狀態(tài)的制冷主機(jī)應(yīng)盡量使其運(yùn)行于能效比較高的區(qū)域。

（6）每小時的融冰量不能超出蓄冰裝置在當(dāng)前融冰溫度下對應(yīng)的最大融冰速度；合理設(shè)定冷卻水供水溫度，優(yōu)化制冷主機(jī)的供冷冷凝工況。

（7）冰蓄冷系統(tǒng)工程全年運(yùn)行策略，從設(shè)計日主機(jī)優(yōu)先融冰補(bǔ)充供冷，逐漸過渡到融冰優(yōu)先主機(jī)補(bǔ)充供冷，再到全融冰供冷。

5 結(jié) 語

本項(xiàng)目具有如下優(yōu)勢：第一是安全性，有冰蓄冷系統(tǒng)作為備用冷源，增加容災(zāi)能力，能確保藝術(shù)中心更自如地應(yīng)對停電或主機(jī)事故；第二是冰蓄冷能迅速冷卻空調(diào)系統(tǒng)，對藝術(shù)中心的負(fù)荷變化應(yīng)變力超強(qiáng)；第三是冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用較低，非常適合藝術(shù)中心的商業(yè)運(yùn)行。