冰蓄冷空調在深圳北站樞紐的應用

顧松彬 李高潮 鄒亞平 趙 昕

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

廣州—深圳—香港客運專線深圳北站位于深圳市寶安區龍華鎮的西南部。根據深圳北站的布局設置，在深圳北站東西兩側形成樞紐的東、西廣場。其中，東廣場工程占地面積約80 800m2，總建筑面積約191 600m2，按功能分為出租場站、公交場站、綜合換乘中心、配套服務商業區等4大塊。

為在宏觀上節約能源，提高電網效率，深圳北站樞紐東廣場的空調系統采用了具有削峰填谷、平衡電網壓力、節能效果較好的冰蓄冷空調。

1 冰蓄冷空調的特點

冰蓄冷空調利用夜間低谷負荷電力制冰并儲存在蓄冰裝置中，白天融冰將所儲存冷量釋放出來，減少電網高峰時段空調用電負荷及空調系統裝機容量。其具有以下特點：①削峰填谷，平衡電力負荷；②改善發電機組效率，減少環境污染；③減小機組裝機容量；④改善制冷機組運行效率；⑤特別適合用于負荷比較集中、變化較大的場合，如體育館、影劇院、音樂廳等。

與常規空調相比，冰蓄冷空調具有節省電費、節省電力設備費用、節省冷水設備費用、可快速達到冷卻效果的優勢 。

2 室外氣象參數

夏季大氣壓：1 005.60kPa；

夏季空調室外計算干球溫度：33℃；

夏季空調日平均溫度：30.00℃；

夏季空調室外計算濕球溫度：27.9℃；

夏季通風室外計算溫度：31.00℃。

3 冰蓄冷空調系統的冷負荷

根據深圳北站樞紐東廣場的建筑布局，各用冷末端的計算匯總結果為：

（1）設計日峰值冷負荷21 671kW；

（2）夜間峰值冷負荷1 250kW；

（3）設計日總冷負荷267 511kW·h；

（4）設計日總蓄冰冷負荷70 023kW·h。

4 冰蓄冷空調系統介紹

（1）系統模式：深圳北站樞紐東廣場的冰蓄冷空調系統采用分量蓄冰，制冷主機和蓄冰設備為串聯方式，制冷主機位于蓄冰設備上游。冰蓄冷空調系統按主機制冰、主機制冰同時供冷、制冷機供冷、融冰供冷、制冷機與融冰聯合供冷等5種模式運行，系統中設置了1臺基載主機。冰蓄冷空調系統流程圖見圖1。

圖1 冰蓄冷空調系統流程圖

（2）水溫值：冰蓄冷系統在設計工況下供冷時，進出冷水機組的乙二醇溶液溫度分別為12℃和7℃，進出蓄冰槽的乙二醇溶液溫度分別為7℃和3.5℃，進出板式換熱器的乙二醇溶液溫度分別為3.5℃和12℃，進出板式換熱器的空調冷凍水溫度分別為5℃和13℃，用于空調末端大溫差供回水。

（3）設備設置：冷水機組與乙二醇泵、冷卻水泵一對一匹配設置，各設置1臺備用，乙二醇泵工頻運行。冰蓄冷空調系統冷卻水流程圖見圖2。冷凍水采用一次泵變頻系統，根據建筑的使用功能和位置通過分／集水器干管進行分區，分／集水器之間安裝壓差控制器和旁通管進行調節。

圖2 冷卻水流程圖

（4）空調系統末端：包括風機盤管和空調機組，其進出水溫度分別為5℃和13℃，末端設置動態平衡電動二通閥，根據室內溫度調整水量，最終通過供回水壓差變頻調節冷凍水泵。對于新風量小于60%送風量的空調機組，則采用變頻調節，根據室內溫度首先調節水量，當末端的閥門達到設定的最小值時（同時水泵通過供回水壓差變頻調節冷凍水泵水量），再通過風機變頻控制調節風量。

5 冰蓄冷空調系統的主要設備

（1）基載制冷主機：采用一臺基載制冷主機，制冷量為1 934kW；進出制冷主機的冷凍水溫度分別為5℃和13℃，流量為208m3／h；進出制冷主機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：采用4臺雙工況制冷主機，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）蓄冰設備：總蓄冰冷負荷為70 023kW·h。

6 冰蓄冷空調系統的自控系統

6.1 自控系統構成

本自控系統采用可編程控制器（PLC）實現集中管理分散控制的目標，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，采用專用的工業電腦，以圖形和菜單的形式提供友好人機界面，并承擔控制模型中較為復雜的計算，以及系統運行數據的管理。就地控制單元即下位機，采用可編程控制器，除提供底層輸入輸出操作外，還承擔簡單的單回路閉環控制。就地控制單元在脫離中央控制單元時能夠維持空調系統的基本運行，并具備支持這一功能的人機交互手段。

本自控系統可接受消防系統在發生火警時通知其啟動緊急停車程序的指令。

6.2 自控系統控制概述

本自控系統能實現以下運行工況的控制：①主機制冰工況；②主機制冰同時供冷工況；③主機單獨供冷工況；④蓄冰設備單獨供冷工況；⑤主機和蓄冰設備同時供冷工況；⑥系統關閉工況。自控系統通過檢測及自動控制裝置進行各種運行工況優化控制，解決各種工況的轉換操作、蓄冷系統供冷溫度和空調供水溫度的控制，以及雙工況主機和蓄冷裝置供冷負荷的合理分配。

各運行模式轉換由中央控制單元程序控制，并有人工干預界面。

部分負荷蓄冰系統運行工況比較復雜，對控制系統的要求相對較高，除了保證各運行工況間的相互轉換及冷凍水、乙二醇的供回水溫度控制外，還要解決主機和蓄冰設備間的供冷負荷分配問題。

本自控系統采用了優化控制（智能控制）系統，可根據測定的氣象條件及負荷側回水溫度、流量，通過計算預測全天逐時負荷，然后制定主機和蓄冰設備的逐時負荷分配（運行控制）情況，合理制定運行工況，最大限度地發揮蓄冰設備融冰供冷量，保證整個系統經濟合理運行，以達到節約電費之目的。

7 冰蓄冷空調在深圳北站樞紐的應用

深圳北站樞紐空調系統采用冰蓄冷空調，經過單調、系統調試，在2011年6月22日正式投入使用，冰蓄冷空調性能達到設計要求。該空調系統具有以下節能特點：

（1）空調冷水系統采用變頻泵設計，根據系統壓力變化改變水泵電機頻率來減少水流量，降低水泵功率。

（2）中央空調水系統采用大溫差設計，可降低水泵功率，縮小水管管徑。

（3）自動控制系統采用智能控制，能自動監視和控制空調設備，使空調系統在最佳狀態下運行，根據北站樞紐東廣場所需冷量來控制供冷量。

（4）采用了較高能效制冷主機。

（5）選擇了較高的水輸送系數（WTF）的水泵，減少輸送能耗。

［1］ 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊［M］.2版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［2］ 于航.空調蓄冷技術與設計［M］.北京：化學工業出版社，2007.