北京某辦公建筑冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

文_鄒明霞 申瑞杰 陳鳳君 北京中創(chuàng)綠色系統(tǒng)科技有限公司

1 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)介紹

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在夜間用電低谷期采用冷機(jī)制冷，將制得冷量以冰的形式儲存起來；在白天電價高峰期將冰融化釋放冷量，滿足部分或全部供冷需求。

根據(jù)國家各指令性或指導(dǎo)性的計劃，各地方電力公司如北京、湖北、河南、湖南、江蘇、浙江、四川、遼寧、廣西、廣東等紛紛推出了峰谷分時電價政策，特別是制定了針對蓄能空調(diào)技術(shù)推廣使用的各種優(yōu)惠政策，由此為蓄能空調(diào)的廣泛推廣帶來了契機(jī)。

2 項目冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 工程概況

本項目為某公司研發(fā)總部，具有研發(fā)中心運(yùn)營及研發(fā)場所的綜合性研發(fā)辦公樓，總建筑面積約26 萬m2，其中蓄能空調(diào)系統(tǒng)承擔(dān)建筑面積近24 萬m2，空調(diào)末端主要功能區(qū)包括大堂、辦公區(qū)、會議區(qū)、報告廳等。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)

2.2.1 室外設(shè)計參數(shù)

本項目位于北京市海淀區(qū)，當(dāng)?shù)貧夂驗榈湫偷谋睖貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候。室內(nèi)外設(shè)計氣候參數(shù)見表1、表2。

表1 北京室外空氣參數(shù)表

表2 主要空調(diào)房間室內(nèi)設(shè)計參數(shù)表

2.2.2 項目電價政策

本項目所屬海淀區(qū)，電壓等級1～10kV，峰谷分時電價見表3。

表3

2.2.3 建筑負(fù)荷

根據(jù)該地區(qū)氣象參數(shù)特征，結(jié)合該建筑的功能和相關(guān)圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算該項目的負(fù)荷。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)是依據(jù)峰值冷負(fù)荷選定冷水機(jī)組的空調(diào)設(shè)備；冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)則需要綜合考慮設(shè)計總冷負(fù)荷和設(shè)計日累計冷負(fù)荷，制定合理的運(yùn)行策略。因此，冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計時，典型設(shè)計日的逐時負(fù)荷是非常重要的。本工程二期項目設(shè)計日24 小時逐時負(fù)荷見表4。

表4 設(shè)計日24小時逐時負(fù)荷分布表

2.3 系統(tǒng)配置

2.3.1 空調(diào)冷源

本項目采用部分負(fù)荷冰蓄冷系統(tǒng)，制冷主機(jī)與蓄冰設(shè)備為串聯(lián)方式，主機(jī)位于蓄冰設(shè)備上游?？紤]夜間加班可能需要連續(xù)空調(diào)負(fù)荷的要求和比例，設(shè)置2 臺1308kW 的基載主機(jī)，直接為末端空調(diào)提供6/12℃冷凍水。設(shè)置3 臺4043kW 的雙工況主機(jī)，空調(diào)工況下，雙工況主機(jī)進(jìn)出口冷凍液溫度為10．5℃/5．5℃；蓄冰槽出口冷凍液溫度為3．5℃，經(jīng)乙二醇～水板式換熱器換熱后提供6/12℃冷凍水。制冰工況下，雙工況主機(jī)進(jìn)出口冷凍液溫度為～2．35℃/～5．6℃。

蓄冰系統(tǒng)：采用內(nèi)融冰方式，采用25%乙二醇水溶液作為載冷劑。配置50 臺鋼制蓄冰盤管，單臺蓄冷量為380RTH，根據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)及運(yùn)行管理情況考慮，蓄冰設(shè)備分為4 個蓄冰槽體，雙層排布，分別容納蓄冰盤管數(shù)量為：12 臺、12 臺、12 臺、14 臺。

空調(diào)冷卻水：在屋頂分別設(shè)置2 臺基載冷機(jī)用冷卻塔和3臺雙工況冷水機(jī)組用冷卻塔?？照{(diào)冷卻水側(cè)采用定流量水泵，冷卻塔風(fēng)機(jī)采用變頻控制風(fēng)量，以調(diào)節(jié)冷卻塔風(fēng)量控制出水溫度。

2.3.2 空調(diào)系統(tǒng)原理

本工程中，系統(tǒng)本工程中，系統(tǒng)共可實現(xiàn)4 種不同運(yùn)行工況，各工況模式中閥門的動作狀態(tài)如表5。

表5

（各運(yùn)行工況說明：①工況1（主機(jī)制冰）：雙工況主機(jī)為冰槽蓄冷，供/回液～5．6℃/～2．35℃；②工況2（蓄冰設(shè)備供冷）：蓄冰設(shè)備融冰單獨(dú)供冷，板換一次側(cè)出液10．5℃，二次側(cè)進(jìn)出水12．0℃/6．0℃；③工況3（主機(jī)供冷）：雙工況主機(jī)單獨(dú)供冷，板換二次側(cè)進(jìn)/出水12．0℃/6．0℃；④工況4（主機(jī)和蓄冰設(shè)備聯(lián)合供冷）：主機(jī)和蓄冰設(shè)備串聯(lián)，主機(jī)上游，板換一次側(cè)出液10．5℃，二次側(cè)進(jìn)/出水12．0℃/6．0℃。）

2.3.3 主要設(shè)備配置

本項目主要設(shè)備配置參數(shù)如表6 所示。

表6

3 系統(tǒng)效益分析

3.1 系統(tǒng)配電容量

為了便于系統(tǒng)分析，根據(jù)該項目負(fù)荷特點和設(shè)備配置情況，擬配置一套常規(guī)冷水機(jī)組冷源系統(tǒng)進(jìn)行對比。擬配置常規(guī)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)如表7 所示。

表7

本項目擬采用常規(guī)冷水機(jī)組系統(tǒng)的配置，主要設(shè)備配電功率為5046．6kW。冰蓄冷系統(tǒng)的配置，主要設(shè)備配電功率為4152．1kW。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，本項目蓄冰系統(tǒng)方案與擬采用的常規(guī)系統(tǒng)方案相比配電容量減少894．5kW，占蓄冰系統(tǒng)方案主要設(shè)備配電總量的21．5%。其中制冷主機(jī)裝機(jī)容量功率減少390．4kW，占蓄冰系統(tǒng)方案主機(jī)配電總量的13．9%。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行分析

冰蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行通常有3 種：融冰優(yōu)先；主機(jī)優(yōu)先；綜合優(yōu)化運(yùn)行。本項目蓄冰系統(tǒng)運(yùn)行策略的原則為：

①根據(jù)北京地區(qū)用電情況，夜間23：00-7：00 電價低谷時段，雙工況主機(jī)蓄冰，如果存在加班等特殊情況，基載主機(jī)承擔(dān)夜間負(fù)荷。②白天電價高峰時段，融冰優(yōu)先，降低運(yùn)行費(fèi)用。③白天電價平峰時段，優(yōu)化控制，合理分配負(fù)荷，降低運(yùn)行費(fèi)用。④盡量控制主機(jī)滿載運(yùn)行，提高系統(tǒng)效率，降低運(yùn)行費(fèi)用。

根據(jù)上述運(yùn)行策略及項目逐時負(fù)荷分布情況，設(shè)計日100%負(fù)荷時，系統(tǒng)運(yùn)行見表8。

表8 蓄冷空調(diào)設(shè)計日負(fù)荷平衡表（100%負(fù)荷）

表8 數(shù)據(jù)表明，設(shè)計日空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行工況：雙工況主機(jī)供冷量（8：00-21：00）143122 kWh，雙工況主機(jī)制冰量（23：00-7：00）：60984kWh；基載主機(jī)供冷量34008kWh；系統(tǒng)設(shè)計日融冰量為60017kWh，放冷率98．41%。

系統(tǒng)設(shè)計日逐時運(yùn)行功率及運(yùn)行費(fèi)用概算如表9。

表9 蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用表（負(fù)荷比率100%）

夏季空調(diào)系統(tǒng)的開啟給電網(wǎng)帶來了巨大的供電壓力。每年供冷季白天為電力高峰時段，針對該項目蓄冰空調(diào)冷源系統(tǒng)的夏季運(yùn)行分析，設(shè)計日08：00-21：00 系統(tǒng)主要設(shè)備耗電量為4．98萬kWh；擬采用的常規(guī)系統(tǒng)（設(shè)計日08：00-21：00）主要設(shè)備耗電量為6．18 萬kWh。本項目蓄冰系統(tǒng)能夠轉(zhuǎn)移設(shè)計日電力高峰用電量近1．20 萬kWh。

根據(jù)空調(diào)冷負(fù)荷占全年整個供冷季節(jié)總運(yùn)行時間的比例，即系數(shù)分別為0．01、0．42、0．45、0．12。采用表9 計算方式，計算得出：一個供冷季蓄冰系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)耗電量增加60．44 萬kWh（占蓄冰系統(tǒng)耗電量11．9%），結(jié)合北京地區(qū)峰谷分時電價政策，一個供冷季蓄冰系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用減少136．62 萬元（占蓄冰系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用31．3%）。

4 結(jié)語

通過對北京某辦公項目冰蓄冷系統(tǒng)的應(yīng)用分析，該系統(tǒng)為客戶實現(xiàn)了減少配電容量、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用?？照{(diào)冷源系統(tǒng)內(nèi)的主要設(shè)備配電容量減少約894．5kW，占該系統(tǒng)主要設(shè)備配電總量的21．5%；結(jié)合北京地區(qū)峰谷分時電價政策，一個供冷季該項目冰蓄冷系統(tǒng)主要設(shè)備節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約136．62 萬元。