某產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

祁蕊，陳浩

（珠海市建筑設(shè)計(jì)院，珠海，519000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，中央空調(diào)被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)新建或改、擴(kuò)建公共建筑中，加劇了空調(diào)季城市電網(wǎng)的峰谷荷差，在此背景下，蓄能技術(shù)越來(lái)越被重視，并在近年取得迅速發(fā)展。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，在供冷方面，其通過(guò)用電低谷時(shí)段蓄冷，在供電高峰時(shí)段放冷來(lái)滿足室內(nèi)人員的熱舒適性需求；在經(jīng)濟(jì)效益方面，其通過(guò)政府的峰谷電價(jià)政策，降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用；在社會(huì)效益方面，其通過(guò)錯(cuò)峰用電來(lái)降低對(duì)電網(wǎng)沖擊，減緩電廠和供配電設(shè)施的建設(shè)。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于珠海市香洲區(qū)，總建筑面積22.78萬(wàn)m2，地上由兩棟產(chǎn)業(yè)樓及兩棟研發(fā)樓組成，地下共兩層，由車(chē)庫(kù)、人防、設(shè)備房等功能區(qū)組成。應(yīng)業(yè)主運(yùn)營(yíng)管理要求，產(chǎn)業(yè)樓、研發(fā)樓各采用一套空調(diào)系統(tǒng)，本文以產(chǎn)業(yè)樓為背景對(duì)水蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。兩棟產(chǎn)業(yè)樓高度均為99.7 m，建筑面積約為11.4萬(wàn)m2，空調(diào)面積約為9.28萬(wàn)m2；其中，L1～L6層為裙房，建筑面積約為3.66萬(wàn) m2，主要功能有入戶大堂、生產(chǎn)研發(fā)、研發(fā)辦公、展廳、員工餐廳、配套商業(yè)等，L7～L21層為塔樓（兩棟塔樓建筑平面呈對(duì)稱狀，建筑功能、布置均相同），建筑面積約為7.75萬(wàn) m2，主要功能有生產(chǎn)研發(fā)、研發(fā)辦公、會(huì)議室等。

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)由常規(guī)制冷空調(diào)系統(tǒng)與蓄/釋冷系統(tǒng)組成；其中，常規(guī)制冷空調(diào)系統(tǒng)由冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等設(shè)備組成，蓄/釋冷系統(tǒng)由冷水機(jī)組、蓄冷水泵、釋冷水泵、換熱器等設(shè)備和蓄冷水池組成。本項(xiàng)目結(jié)合珠海市的電價(jià)政策及項(xiàng)目特點(diǎn)采用部分蓄冷系統(tǒng)。

2.1 冷負(fù)荷計(jì)算

（1）室外設(shè)計(jì)參數(shù)［1］

（2）室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

經(jīng)計(jì)算，產(chǎn)業(yè)樓設(shè)計(jì)日峰值冷負(fù)荷為14393 kW，日總冷負(fù)荷為44156RTH；其中，裙房冷負(fù)荷為6944 kW，塔樓冷負(fù)荷為7449kW。

圖1 設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷

2.2 空調(diào)冷源

2.2.1 蓄冷率的確定

水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)配電容量和系統(tǒng)初投資同蓄冷率有密切關(guān)系，只有在最佳蓄冷率下，系統(tǒng)的配電容量和設(shè)備初投資最?。?］。當(dāng)蓄冷率較低時(shí)，蓄冷/釋冷系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益不明顯，很難回收初投資的費(fèi)用，當(dāng)蓄冷率較高時(shí)，蓄冷水池占用場(chǎng)地面積較大，對(duì)建筑功能的正常使用造成影響，參考文獻(xiàn)［3］可知比較適宜的蓄冷率在30 %左右。

結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際建筑條件，可在B2層設(shè)置蓄冷水槽，水槽凈面積約510m2，深度10.4m，據(jù)此通過(guò)式1、式2計(jì)算得出蓄冷率為27.2 %，在適宜的蓄冷率范圍內(nèi)。計(jì)算式如下［4］：

式中：X為蓄冷率（%）；Qx為蓄冷量（kWH）；Q為設(shè)計(jì)日全天冷負(fù)荷（kWH）；V為蓄冷水池體積（m3）；△t為釋冷回水溫度與蓄冷進(jìn)水溫度間的溫度差，取值8℃；ρ為蓄冷水的密度，取值1000kg/m3；cp為冷水比熱容，取值4.187kJ/（kg?℃）；FOM為蓄冷水槽的完善度，取值90%；αV為蓄冷水槽的體積利用率，取值95%。

2.2.2 蓄冷系統(tǒng)形式

本項(xiàng)目管道連接方式采用冷水機(jī)組與蓄冷水槽并聯(lián)的方式。蓄冷水槽的進(jìn)、出水溫度為12/4 ℃，冷水機(jī)組蓄冷工況供、回水溫度為4/12 ℃，制冷工況供、回水溫度為7/13℃，板換一次側(cè)供回水溫度為4/12 ℃，二次側(cè)供回水溫度為7/13℃。

圖2 水蓄冷中央空調(diào)原理圖

2.2.3 冷源配置分析

本項(xiàng)目采用部分蓄冷，在冷負(fù)荷峰值時(shí)段，利用蓄冷水池及冷水機(jī)組共同承擔(dān)用冷需求，降低冷水機(jī)組的容量，進(jìn)而降低冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等主要設(shè)備初投資及配電容量。制冷主機(jī)配置經(jīng)比選，最終選用兩臺(tái)1200Rt雙工況離心機(jī)組及一臺(tái)600 RT常規(guī)離心機(jī)組，按此配置5.9小時(shí)可將水池冷量蓄滿。本項(xiàng)目不存在以下情況：a、蓄冷時(shí)段基載冷負(fù)荷超過(guò)制冷主機(jī)單臺(tái)冷負(fù)荷的20%；b、基載冷負(fù)荷超過(guò)350 kW；c、基載負(fù)荷下的空調(diào)總冷量超過(guò)設(shè)計(jì)蓄水冷了的10 %；故未設(shè)置基載機(jī)，當(dāng)臨時(shí)出現(xiàn)夜間加班負(fù)荷時(shí)，可調(diào)配600 Rt常規(guī)機(jī)組進(jìn)行供冷。冷源設(shè)備配置如下表：

3 運(yùn)行模式分析

3.1 水蓄冷系統(tǒng)常規(guī)運(yùn)行模式

本項(xiàng)目水蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)有四種不同的供冷模式：

模式一：冷水機(jī)組蓄冷的運(yùn)行模式；

模式二：冷水機(jī)組供冷的運(yùn)行模式；

模式三：蓄冷裝置釋冷的運(yùn)行模式；

模式四：冷水機(jī)組供冷、蓄冷裝置釋冷的運(yùn)行模式。

3.2 不同負(fù)荷率的運(yùn)行分析

不同運(yùn)行模式主要從滿足末端用冷需求及運(yùn)行電費(fèi)兩方面考慮，根據(jù)實(shí)時(shí)冷負(fù)荷、蓄冷量、電價(jià)政策等參數(shù)靈活切換，以達(dá)到降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的目的。以此原則將空調(diào)負(fù)荷率分為100 %、75%、50 %、25%四個(gè)區(qū)間段，對(duì)水蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行模式細(xì)化分析，為系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行提供理論參考。

廣東省電網(wǎng)企業(yè)代理購(gòu)電用戶電價(jià)表［5］

3.2.1 100%負(fù)荷率工況

圖3為設(shè)計(jì)日100%負(fù)荷率工況的運(yùn)行策略，全天總冷量為44156RTH，蓄冷裝置可供冷量12000 RTH；在0～6點(diǎn)電價(jià)低谷時(shí)段制冷主機(jī)開(kāi)啟蓄冷模式，8～9點(diǎn)、19～22點(diǎn)電價(jià)平谷時(shí)段制冷主機(jī)獨(dú)立供冷，9～19點(diǎn)時(shí)段冷負(fù)荷高峰及電價(jià)高峰均集中在此區(qū)間，冷水機(jī)組與蓄冷裝置聯(lián)合供冷。

圖3 100%負(fù)荷率工況運(yùn)行策略

3.2.2 75%負(fù)荷率工況圖4為設(shè)計(jì)日75%負(fù)荷率工況的運(yùn)行策略，全天總冷量為33119RTH，蓄冷裝置可供冷量12000 RTH；在0～6點(diǎn)電價(jià)低谷時(shí)段制冷主機(jī)開(kāi)啟蓄冷模式，8～10點(diǎn)、19～22點(diǎn)電價(jià)平谷時(shí)段制冷主機(jī)獨(dú)立供冷，10～19點(diǎn)時(shí)段冷負(fù)荷高峰及電價(jià)高峰均集中在此區(qū)間，冷水機(jī)組與蓄冷裝置聯(lián)合供冷。

3.2.3 50%負(fù)荷率工況

圖5為設(shè)計(jì)日50 %負(fù)荷率工況的運(yùn)行策略，全天總冷量為22083RTH，蓄冷裝置可供冷量12000RTH；在0～6點(diǎn)電價(jià)低谷時(shí)段制冷主機(jī)開(kāi)啟蓄冷模式，8～10點(diǎn)、12～14點(diǎn)、19～22點(diǎn)電價(jià)平谷時(shí)段制冷主機(jī)獨(dú)立供冷，10～12點(diǎn)、14～17點(diǎn)電價(jià)高峰時(shí)段蓄冷裝置獨(dú)立供冷，17～19點(diǎn)時(shí)段蓄冷裝置冷量已不滿足獨(dú)立供冷，需冷水機(jī)組與蓄冷裝置聯(lián)合供冷。

圖5 50%負(fù)荷率工況運(yùn)行策略

3.2.4 25%負(fù)荷率工況

圖6為設(shè)計(jì)日25%負(fù)荷率工況的運(yùn)行策略，全天總冷量為11039RTH，蓄冷裝置容量為12000 RTH，蓄冷裝置已可滿足全天用冷需求，夜間可根據(jù)用冷需求靈活調(diào)節(jié)蓄冷量。

圖6 25%負(fù)荷率工況運(yùn)行策略

4 結(jié)論

1）蓄冷率為本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，直接影響著空調(diào)系統(tǒng)的裝機(jī)容量、初投資及運(yùn)行成本，結(jié)合文獻(xiàn)及項(xiàng)目建筑條件進(jìn)行計(jì)算，最終確定蓄冷率為27.2 %；

2）本項(xiàng)目峰值負(fù)荷為4093RT，通過(guò)采用水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)冷負(fù)荷峰值區(qū)間蓄冷裝置+冷水機(jī)組聯(lián)合供冷，減小了冷水機(jī)組的裝機(jī)容量；

3）根據(jù)珠海市峰、平、谷電價(jià)政策及項(xiàng)目特點(diǎn)提出不同負(fù)荷率工況下的運(yùn)行建議，為項(xiàng)目的投產(chǎn)運(yùn)行提供理論參考，既可緩解城市電網(wǎng)的壓力，又有良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。