冰蓄冷空調(diào)在深圳北站樞紐的應(yīng)用

顧松彬 李高潮 鄒亞平 趙 昕

（1.深圳地鐵集團(tuán)有限公司，518026，深圳；2.北京城建院深圳分院，518045，深圳∥第一作者，高級(jí)工程師）

廣州—深圳—香港客運(yùn)專線深圳北站位于深圳市寶安區(qū)龍華鎮(zhèn)的西南部。根據(jù)深圳北站的布局設(shè)置，在深圳北站東西兩側(cè)形成樞紐的東、西廣場(chǎng)。其中，東廣場(chǎng)工程占地面積約80 800m2，總建筑面積約191 600m2，按功能分為出租場(chǎng)站、公交場(chǎng)站、綜合換乘中心、配套服務(wù)商業(yè)區(qū)等4大塊。

為在宏觀上節(jié)約能源，提高電網(wǎng)效率，深圳北站樞紐東廣場(chǎng)的空調(diào)系統(tǒng)采用了具有削峰填谷、平衡電網(wǎng)壓力、節(jié)能效果較好的冰蓄冷空調(diào)。

1 冰蓄冷空調(diào)的特點(diǎn)

冰蓄冷空調(diào)利用夜間低谷負(fù)荷電力制冰并儲(chǔ)存在蓄冰裝置中，白天融冰將所儲(chǔ)存冷量釋放出來，減少電網(wǎng)高峰時(shí)段空調(diào)用電負(fù)荷及空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量。其具有以下特點(diǎn)：①削峰填谷，平衡電力負(fù)荷；②改善發(fā)電機(jī)組效率，減少環(huán)境污染；③減小機(jī)組裝機(jī)容量；④改善制冷機(jī)組運(yùn)行效率；⑤特別適合用于負(fù)荷比較集中、變化較大的場(chǎng)合，如體育館、影劇院、音樂廳等。

與常規(guī)空調(diào)相比，冰蓄冷空調(diào)具有節(jié)省電費(fèi)、節(jié)省電力設(shè)備費(fèi)用、節(jié)省冷水設(shè)備費(fèi)用、可快速達(dá)到冷卻效果的優(yōu)勢(shì) 。

2 室外氣象參數(shù)

夏季大氣壓：1 005.60kPa；

夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度：33℃；

夏季空調(diào)日平均溫度：30.00℃；

夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度：27.9℃；

夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度：31.00℃。

3 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷

根據(jù)深圳北站樞紐東廣場(chǎng)的建筑布局，各用冷末端的計(jì)算匯總結(jié)果為：

（1）設(shè)計(jì)日峰值冷負(fù)荷21 671kW；

（2）夜間峰值冷負(fù)荷1 250kW；

（3）設(shè)計(jì)日總冷負(fù)荷267 511kW·h；

（4）設(shè)計(jì)日總蓄冰冷負(fù)荷70 023kW·h。

4 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)介紹

（1）系統(tǒng)模式：深圳北站樞紐東廣場(chǎng)的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)采用分量蓄冰，制冷主機(jī)和蓄冰設(shè)備為串聯(lián)方式，制冷主機(jī)位于蓄冰設(shè)備上游。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)按主機(jī)制冰、主機(jī)制冰同時(shí)供冷、制冷機(jī)供冷、融冰供冷、制冷機(jī)與融冰聯(lián)合供冷等5種模式運(yùn)行，系統(tǒng)中設(shè)置了1臺(tái)基載主機(jī)。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)流程圖見圖1。

圖1 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)流程圖

（2）水溫值：冰蓄冷系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況下供冷時(shí)，進(jìn)出冷水機(jī)組的乙二醇溶液溫度分別為12℃和7℃，進(jìn)出蓄冰槽的乙二醇溶液溫度分別為7℃和3.5℃，進(jìn)出板式換熱器的乙二醇溶液溫度分別為3.5℃和12℃，進(jìn)出板式換熱器的空調(diào)冷凍水溫度分別為5℃和13℃，用于空調(diào)末端大溫差供回水。

（3）設(shè)備設(shè)置：冷水機(jī)組與乙二醇泵、冷卻水泵一對(duì)一匹配設(shè)置，各設(shè)置1臺(tái)備用，乙二醇泵工頻運(yùn)行。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)冷卻水流程圖見圖2。冷凍水采用一次泵變頻系統(tǒng)，根據(jù)建筑的使用功能和位置通過分／集水器干管進(jìn)行分區(qū)，分／集水器之間安裝壓差控制器和旁通管進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2 冷卻水流程圖

（4）空調(diào)系統(tǒng)末端：包括風(fēng)機(jī)盤管和空調(diào)機(jī)組，其進(jìn)出水溫度分別為5℃和13℃，末端設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)二通閥，根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)整水量，最終通過供回水壓差變頻調(diào)節(jié)冷凍水泵。對(duì)于新風(fēng)量小于60%送風(fēng)量的空調(diào)機(jī)組，則采用變頻調(diào)節(jié)，根據(jù)室內(nèi)溫度首先調(diào)節(jié)水量，當(dāng)末端的閥門達(dá)到設(shè)定的最小值時(shí)（同時(shí)水泵通過供回水壓差變頻調(diào)節(jié)冷凍水泵水量），再通過風(fēng)機(jī)變頻控制調(diào)節(jié)風(fēng)量。

5 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備

（1）基載制冷主機(jī)：采用一臺(tái)基載制冷主機(jī)，制冷量為1 934kW；進(jìn)出制冷主機(jī)的冷凍水溫度分別為5℃和13℃，流量為208m3／h；進(jìn)出制冷主機(jī)的冷卻水溫度分別為32℃和37℃，流量為396m3／h。

（2）雙工況制冷主機(jī)：采用4臺(tái)雙工況制冷主機(jī)，制冷工況的制冷量為3 165kW；制冰工況的制冷量為2 265kW；乙二醇流量為586m3／h；冷卻水流量為651m3／h。

（3）蓄冰設(shè)備：總蓄冰冷負(fù)荷為70 023kW·h。

6 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的自控系統(tǒng)

6.1 自控系統(tǒng)構(gòu)成

本自控系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）實(shí)現(xiàn)集中管理分散控制的目標(biāo)，由中央控制單元和就地控制單元兩部分組成。中央控制單元即上位機(jī)，采用專用的工業(yè)電腦，以圖形和菜單的形式提供友好人機(jī)界面，并承擔(dān)控制模型中較為復(fù)雜的計(jì)算，以及系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的管理。就地控制單元即下位機(jī)，采用可編程控制器，除提供底層輸入輸出操作外，還承擔(dān)簡(jiǎn)單的單回路閉環(huán)控制。就地控制單元在脫離中央控制單元時(shí)能夠維持空調(diào)系統(tǒng)的基本運(yùn)行，并具備支持這一功能的人機(jī)交互手段。

本自控系統(tǒng)可接受消防系統(tǒng)在發(fā)生火警時(shí)通知其啟動(dòng)緊急停車程序的指令。

6.2 自控系統(tǒng)控制概述

本自控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)行工況的控制：①主機(jī)制冰工況；②主機(jī)制冰同時(shí)供冷工況；③主機(jī)單獨(dú)供冷工況；④蓄冰設(shè)備單獨(dú)供冷工況；⑤主機(jī)和蓄冰設(shè)備同時(shí)供冷工況；⑥系統(tǒng)關(guān)閉工況。自控系統(tǒng)通過檢測(cè)及自動(dòng)控制裝置進(jìn)行各種運(yùn)行工況優(yōu)化控制，解決各種工況的轉(zhuǎn)換操作、蓄冷系統(tǒng)供冷溫度和空調(diào)供水溫度的控制，以及雙工況主機(jī)和蓄冷裝置供冷負(fù)荷的合理分配。

各運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換由中央控制單元程序控制，并有人工干預(yù)界面。

部分負(fù)荷蓄冰系統(tǒng)運(yùn)行工況比較復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)的要求相對(duì)較高，除了保證各運(yùn)行工況間的相互轉(zhuǎn)換及冷凍水、乙二醇的供回水溫度控制外，還要解決主機(jī)和蓄冰設(shè)備間的供冷負(fù)荷分配問題。

本自控系統(tǒng)采用了優(yōu)化控制（智能控制）系統(tǒng)，可根據(jù)測(cè)定的氣象條件及負(fù)荷側(cè)回水溫度、流量，通過計(jì)算預(yù)測(cè)全天逐時(shí)負(fù)荷，然后制定主機(jī)和蓄冰設(shè)備的逐時(shí)負(fù)荷分配（運(yùn)行控制）情況，合理制定運(yùn)行工況，最大限度地發(fā)揮蓄冰設(shè)備融冰供冷量，保證整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)約電費(fèi)之目的。

7 冰蓄冷空調(diào)在深圳北站樞紐的應(yīng)用

深圳北站樞紐空調(diào)系統(tǒng)采用冰蓄冷空調(diào)，經(jīng)過單調(diào)、系統(tǒng)調(diào)試，在2011年6月22日正式投入使用，冰蓄冷空調(diào)性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該空調(diào)系統(tǒng)具有以下節(jié)能特點(diǎn)：

（1）空調(diào)冷水系統(tǒng)采用變頻泵設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)壓力變化改變水泵電機(jī)頻率來減少水流量，降低水泵功率。

（2）中央空調(diào)水系統(tǒng)采用大溫差設(shè)計(jì)，可降低水泵功率，縮小水管管徑。

（3）自動(dòng)控制系統(tǒng)采用智能控制，能自動(dòng)監(jiān)視和控制空調(diào)設(shè)備，使空調(diào)系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，根據(jù)北站樞紐東廣場(chǎng)所需冷量來控制供冷量。

（4）采用了較高能效制冷主機(jī)。

（5）選擇了較高的水輸送系數(shù)（WTF）的水泵，減少輸送能耗。

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

［2］ 于航.空調(diào)蓄冷技術(shù)與設(shè)計(jì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.