某產(chǎn)業(yè)園區(qū)分布式供冷輸配系統(tǒng)設(shè)計

西安市建筑設(shè)計研究院有限公司 徐 瑞 呂硯昭 唐 燕

陜西澤華實業(yè)有限公司 徐 哲

0 引言

早在20世紀90年代，Green通過測試發(fā)現(xiàn)，在空調(diào)冷水系統(tǒng)中用戶末端處以變頻泵或三速泵代替流量調(diào)節(jié)閥有較好的節(jié)能效果[1]。進入21世紀以后，Paarpon利用算例驗證了用戶處使用變頻泵進行調(diào)節(jié)的新系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)使用調(diào)節(jié)閥的系統(tǒng)具有節(jié)能性[2]。Taylor通過對比一二級變頻泵系統(tǒng)與一級泵系統(tǒng)的運行特性和運行費用，發(fā)現(xiàn)一二級變頻泵系統(tǒng)兩方面都具有優(yōu)異的表現(xiàn)[3]。這些關(guān)于分布式輸配系統(tǒng)概念的提出及應(yīng)用和研究，主要集中在空調(diào)冷水系統(tǒng)方面。

分布式供熱輸配系統(tǒng)在國內(nèi)的研究和應(yīng)用已相當廣泛，而有關(guān)供冷系統(tǒng)的應(yīng)用則寥寥無幾，本文以某產(chǎn)業(yè)園分布式供冷輸配系統(tǒng)為例，介紹空調(diào)水系統(tǒng)中分布式供冷輸配系統(tǒng)最優(yōu)溫差的選取，冷源泵、沿程泵、用戶泵的設(shè)置，供同行參考。

1 工程概述

該工程位于陜西省西咸新區(qū)，項目總用地12.3萬m2，總建筑面積35萬m2，整個園區(qū)分為5個功能區(qū)，分別為高層辦公區(qū)、低密度多層辦公區(qū)、綜合配套區(qū)、酒店區(qū)及廠房區(qū)，定位為以人為本、資源開放、人人創(chuàng)客的生態(tài)智慧型產(chǎn)業(yè)園區(qū)。

該項目的分布式供冷輸配系統(tǒng)是在原設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合項目具體的銷售情況及用戶需求，根據(jù)能源需求側(cè)(即末端系統(tǒng)分區(qū))對能源供給側(cè)進行需求量的二次計算校核及在末端系統(tǒng)的功能分區(qū)確定后的系統(tǒng)深化配置。園區(qū)要求系統(tǒng)24 h供冷供熱，根據(jù)需求側(cè)實施對管網(wǎng)的冷熱量量化分配及輸送，以降低系統(tǒng)運行能耗，并且對能源實施集約化管理。

2 輸配系統(tǒng)設(shè)計

2.1 冷源設(shè)計

冷源機房位于7號樓地下室，靠近負荷中心(見圖1)，集中供冷半徑約為370 m，供冷半徑較大；原設(shè)計采用集中式輸配系統(tǒng)，循環(huán)泵設(shè)置在熱源處，其揚程按最遠端環(huán)路的阻力損失確定，在運行中必然會出現(xiàn)管網(wǎng)近端用戶資用壓力過大、遠端用戶資用壓力過小，管網(wǎng)系統(tǒng)水力失調(diào)，導致系統(tǒng)前端用戶過度供冷、系統(tǒng)后端用戶欠供冷的情況。而采用各種調(diào)節(jié)閥節(jié)流的方式來消除近端用戶的多余資用壓力，會產(chǎn)生無功電耗，不僅使管網(wǎng)輸送效率降低，而且用戶的舒適性無法得到滿足，直接影響供冷效果。

圖1 冷源機房位置示意圖

冷源選用3臺水冷離心式冷水機組，4臺冷水泵(三用一備)，另外單獨配置1臺冷水低載泵，與冷負荷變化相適應(yīng)，滿足低負荷的使用需求；選用3臺冷卻塔與冷水機組一一匹配，4臺冷卻水泵(三用一備)，設(shè)于7號樓屋面;冷源機房主要設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 冷源機房主要設(shè)備

采用分布式供冷輸配系統(tǒng)(見圖2)，在冷源機房處設(shè)置冷水泵，借用每一個建筑單體的熱計量間分別設(shè)置與冷源串聯(lián)的用戶泵房，冷源機房外設(shè)置平衡管；冷水泵承擔冷源內(nèi)的循環(huán)和零壓差點以前的管網(wǎng)循環(huán)；沿程泵承擔零壓差點以后管網(wǎng)的循環(huán)，用戶泵承擔用戶內(nèi)循環(huán)。以泵代閥，無功電耗極少，可獲得更高的輸送效率，從本質(zhì)上解決了水力平衡問題，保證了系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性。

圖2 分布式供冷輸配系統(tǒng)流程示意圖

2.2 輸配管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

該工程輸配管網(wǎng)采用合理大溫差，在各建筑單體的用戶泵房處分別設(shè)置沿程泵和用戶泵，沿程泵承擔零壓差點以后的管網(wǎng)循環(huán)；水泵變頻運行，減少系統(tǒng)的無功電耗，獲得更高的輸送效率；系統(tǒng)大溫差、小流量運行，大量減少管網(wǎng)投資，節(jié)省了輸送費用，真正達到了節(jié)能、高效的目的。

2.3 用戶泵房設(shè)計

用戶泵設(shè)于各單體原有熱計量間內(nèi)，不用額外增加建筑面積；與室外供冷管網(wǎng)混水連接，承擔單體建筑內(nèi)的循環(huán)；每個用戶按需從管網(wǎng)提取冷量，即通過調(diào)節(jié)分布式用戶變頻水泵的轉(zhuǎn)速來改變管網(wǎng)的流通率從而改變管網(wǎng)阻力來完成。

用戶泵房主要設(shè)備參數(shù)見表2。

表2 各建筑單體用戶泵房主要設(shè)備參數(shù)

2.4 自動控制系統(tǒng)設(shè)計

由冷源機房群控部分和若干個用戶泵房分控站部分構(gòu)成分散控制集中管理(DCS)系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的最大節(jié)能運行控制。

根據(jù)室外氣象參數(shù)，通過配合管網(wǎng)供水溫度設(shè)定點調(diào)節(jié)用戶側(cè)溫度設(shè)定點，改變冷水泵的轉(zhuǎn)速，達到改變管網(wǎng)水流量的目的；通過支管供回水溫差設(shè)定點調(diào)節(jié)，并配合沿程泵的轉(zhuǎn)速控制，合理配置用戶側(cè)冷量輸送，最終實現(xiàn)按需取能，達到降低能源消耗的控制目的。

3 確定最優(yōu)工況

在分布式供冷輸配系統(tǒng)中，隨著冷源側(cè)冷水溫差的增大，輸配系統(tǒng)的功耗顯著降低，隨之帶來了制冷機功耗的相應(yīng)增加，因此，通過對多種工況下的制冷機、輸配管網(wǎng)、用戶裝置功耗綜合對比分析，以確定全系統(tǒng)的最優(yōu)運行工況。

該工程分布式供冷輸配系統(tǒng)工況的建立與分析相對于原設(shè)計(冷源側(cè)、用戶側(cè)供/回水溫度均為7 ℃/12 ℃的集中式供冷輸配系統(tǒng))，其管網(wǎng)的布置與管徑完全相同。分布式供冷輸配系統(tǒng)冷源側(cè)冷水供/回水溫度分別采用7 ℃/12 ℃、6 ℃/12 ℃、5 ℃/12 ℃、5 ℃/13 ℃、5 ℃/14 ℃、5 ℃/15 ℃、5 ℃/16 ℃、5 ℃/17 ℃，用戶側(cè)冷水供/回水溫度分別采用7 ℃/12 ℃、7 ℃/12 ℃、6 ℃/12 ℃、7 ℃/13 ℃、8 ℃/14 ℃、9 ℃/15 ℃、10 ℃/16 ℃、11 ℃/17 ℃模型進行計算分析。原設(shè)計的集中式供冷輸配系統(tǒng)功耗見表3，不同工況的分布式供冷輸配系統(tǒng)功耗和節(jié)電率見表4、5。

表3 原設(shè)計集中式供冷輸配系統(tǒng)功耗

表4 分布式供冷輸配系統(tǒng)功耗對比

表5 分布式供冷輸配系統(tǒng)節(jié)電率

從表4可以看出：采用分布式供冷輸配系統(tǒng)，輸配系統(tǒng)的功耗隨著冷水溫差的增大而降低；回水溫度為12 ℃時，制冷機的功耗隨著冷水溫差增大而增大；供水溫度為5 ℃時，制冷機的功耗隨著冷水溫差增大而減小。因此，該工程冷源側(cè)冷水供/回水溫度采用5 ℃/14 ℃、溫差為9 ℃的合理大溫差，用戶側(cè)風機盤管系統(tǒng)冷水供/回水溫度采用8 ℃/14 ℃，溫差為6 ℃[4]，可以達到制冷機和輸配系統(tǒng)全系統(tǒng)綜合功耗最低的效果。

4 結(jié)語

1) 在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，分布式供冷輸配系統(tǒng)的功耗隨著管網(wǎng)冷水溫差的增大而降低，而制冷機的功耗相應(yīng)增加。因此，分布式輸配系統(tǒng)的節(jié)能性采用輸配系統(tǒng)和制冷機的全系統(tǒng)綜合功耗來評價。

2) 采用分布式供冷輸配系統(tǒng)，以泵代閥的方式有效地解決了水力平衡問題，保證了系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性，達到了節(jié)能的目的。

3) 基于全空調(diào)系統(tǒng)的功耗，分布式供冷輸配系統(tǒng)適用于6 ℃及以上溫差的末端用戶，不適用于6 ℃以下小溫差輻射供冷系統(tǒng)。