冰蓄冷冷源在空調(diào)低溫送風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

中鐵建工集團(tuán)安裝工程有限公司 北京 100070

1 工程概況

東北區(qū)域某工程建筑面積約為10.3 萬m2，地下2 層、地上7 層，建筑高度為40.5 m，是集區(qū)域能源生產(chǎn)調(diào)度、通訊、信息、辦公于一體的高度智能化、人性化、節(jié)能環(huán)保型現(xiàn)代化綜合大樓。大樓設(shè)有調(diào)度中心、企業(yè)文化展廳、會議室、大餐廳、辦公、休息廳、活動(dòng)中心等各功能性房間。

2 空調(diào)冷源設(shè)計(jì)

2.1 空調(diào)冷源系統(tǒng)概述

空調(diào)冷源首先采用冰蓄冷系統(tǒng)，采用主機(jī)上游分量蓄冰方式。工程夏季設(shè)計(jì)日全日總冷負(fù)荷為72 870 kW·h（7：00～19：00），尖峰冷負(fù)荷為7 322 kW·h（16：00），設(shè)計(jì)蓄冰量24 612 kW·h。

此外，空調(diào)冷源還選用雙工況水冷式冷凍機(jī)組2 臺、額定制冷量為650 RT，常溫冷凍機(jī)組1 臺、額定制冷量為235 RT，另有蓄冷量為900 RT·h的盤管蓄冰槽10 臺。基載制冷機(jī)組（額定制冷量為235 RT），為夏季夜間負(fù)荷提供冷源。主機(jī)蓄冰時(shí)乙二醇溶液出主機(jī)的設(shè)計(jì)溫度不低于－5.5 °C， 主機(jī)和冰槽聯(lián)合供冷時(shí)乙二醇溶液進(jìn)出板式換熱器的設(shè)計(jì)溫度為2.5 °C/10.5 °C，冷凍水進(jìn)出水的設(shè)計(jì)溫度為13.5 °C/3.5 °C。

2.2 空調(diào)水系統(tǒng)及乙二醇蓄冷系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)為雙管制一次泵變流量系統(tǒng)，工作壓力為1.0 MPa。蓄冰、制冷冷源部分采用25%高質(zhì)量濃度的工業(yè)抑制性乙二醇水溶液。系統(tǒng)工作壓力為0.6 MPa，系統(tǒng)乙二醇溶液添加完畢后，在開始蓄冰模式運(yùn)行前將系統(tǒng)運(yùn)行6 h以上，使系統(tǒng)內(nèi)的空氣完全排除，確保乙二醇溶液混合均勻。必要時(shí)，在系統(tǒng)的不同管段內(nèi)檢查乙二醇濃度，以確保系統(tǒng)中濃度均勻。

2.3 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

工程采用低溫送風(fēng)全空氣單風(fēng)道變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，過渡季節(jié)全新風(fēng)運(yùn)行。系統(tǒng)按防火分區(qū)及功能分區(qū)設(shè)置空調(diào)機(jī)房及變風(fēng)量空調(diào)機(jī)組，空氣經(jīng)機(jī)組處理后由風(fēng)道送至各房間。系統(tǒng)末端設(shè)置單風(fēng)道型變風(fēng)量末端裝置，房間采用高誘導(dǎo)比低溫風(fēng)口送風(fēng)、吊頂回風(fēng)，氣流組織為頂送頂回。末端裝置采用可變定靜壓控制，空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)與排風(fēng)豎井均引至屋頂，在屋頂設(shè)置熱回收機(jī)組，集中回收排風(fēng)能量，每個(gè)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)有回風(fēng)機(jī)。

3 工程系統(tǒng)原理及聯(lián)動(dòng)工況

3.1 冰蓄冷冷源

工程使用串聯(lián)主機(jī)在蓄冷槽上游的制冷模式，乙二醇溶液先流經(jīng)主機(jī)，確保主機(jī)能在較高的蒸發(fā)溫度下運(yùn)行，提高能效比，促使總體能耗降低[1]。蓄冰裝置采用不完全蛇形鋼制盤管蓄冷模式運(yùn)行，融冰時(shí)采用盤管內(nèi)融冰系統(tǒng)，乙二醇溶液依次通過盤管內(nèi)循環(huán)，由管壁將熱量傳給冰層，使盤管表面的冰層自內(nèi)向外融化釋冷，將溶液冷卻到需要的溫度[2]。蓄冰裝置采用盤管外表面均勻融冰，不易形成水流死角，蓄冰裝置不需要采取空氣攪拌措施，蓄冷裝置為現(xiàn)場組裝式開式無壓容器。

3.2 低溫送風(fēng)全空調(diào)系統(tǒng)

工程使用低溫送風(fēng)全空氣單風(fēng)道變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，各系統(tǒng)按防火分區(qū)及功能分區(qū)設(shè)置空調(diào)機(jī)房及變風(fēng)量空調(diào)機(jī)組，空氣經(jīng)機(jī)組處理后由風(fēng)道送至各房間[3]。系統(tǒng)末端設(shè)置單風(fēng)道型變風(fēng)量末端裝置，房間采用高誘導(dǎo)比低溫風(fēng)口送風(fēng)、吊頂回風(fēng)，氣流組織為頂送頂回。末端裝置采用可變定靜壓控制，空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)與排風(fēng)豎井均引至屋頂，在屋頂設(shè)置熱回收機(jī)組，集中回收排風(fēng)能量。每個(gè)空調(diào)系統(tǒng)均設(shè)有回風(fēng)機(jī)，最大限度確保系統(tǒng)低溫經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.3 冰蓄冷系統(tǒng)

工程使用2 臺雙工況制冷機(jī)組、10 臺蓄冰裝置、2 組板式換熱器、多個(gè)控制調(diào)節(jié)閥門以及檢測單元，確保了系統(tǒng)正常。另外，結(jié)合基載制冷機(jī)組（離心水冷機(jī)組）衍生出多種協(xié)同供冷模式，確保了系統(tǒng)最大冷負(fù)荷時(shí)的制冷冷量，工程冰蓄冷串聯(lián)系統(tǒng)原理見圖1。冰蓄冷系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)開關(guān)程序見表1。

圖1 工程冰蓄冷串聯(lián)系統(tǒng)原理

表1 冰蓄冷系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)開關(guān)程序

3.4 冰蓄冷系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行工況[4-6]

3.4.1 雙工況制冷機(jī)組制冰

雙工況制冷機(jī)組在低谷時(shí)段全負(fù)荷運(yùn)行，冷量經(jīng)乙二醇溶液在蓄冰裝置中逐一形成蓄冰冷源，乙二醇不經(jīng)過板式換熱器提供負(fù)荷。雙工況制冷機(jī)組僅用于夜間低谷制冰。

3.4.2 模式一：融冰單獨(dú)供冷

雙工況制冷機(jī)組停止運(yùn)行，V2、 V3通過比例調(diào)節(jié)冰蓄冷裝置的融冰速度。冷源經(jīng)板式換熱器進(jìn)行冷源一二次側(cè)轉(zhuǎn)換。

3.4.3 模式二：主機(jī)單獨(dú)供冷

雙工況制冷機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行，冰蓄冷裝置的蓄冷回路關(guān)閉，冷源經(jīng)旁通閥門聯(lián)通板式換熱器進(jìn)行直接供冷。

3.4.4 模式三：主機(jī)與蓄冰裝置聯(lián)合供冷

雙工況制冷機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行，V2、 V3通過比例調(diào)節(jié)冰蓄冷裝置的融冰速度，2 種疊加冷源經(jīng)板式換熱器進(jìn)行冷源一二次側(cè)轉(zhuǎn)換。

3.4.5 模式四：主機(jī)制冰兼供冷

雙工況制冷機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行，冰蓄冷裝置的蓄冷回路閥門打開，冷源經(jīng)板式換熱器旁通閥門比例調(diào)節(jié)冷量，一部分冷量用于制冰蓄冷，一部分經(jīng)板式換熱器進(jìn)行直接供冷。該模式多用于過渡季節(jié)使用，冷負(fù)荷持續(xù)增加時(shí)開啟基載制冷機(jī)組輔助。

3.4.6 以上4 種供冷運(yùn)行模式與基載制冷機(jī)組依次組合供冷

工程系統(tǒng)還可提供融冰單獨(dú)供冷與基載制冷機(jī)組組合供冷、主機(jī)單獨(dú)供冷與基載制冷機(jī)組組合供冷、主機(jī)+蓄冰裝置聯(lián)合供冷、基載制冷機(jī)組+主機(jī)制冰兼供冷與基載制冷機(jī)組組合供冷的4 種系統(tǒng)工況。供冷總體控制要求遵循蓄冰裝置先行投入、雙工況制冷機(jī)組投入與蓄冰組合、基載制冷機(jī)組依次投入的系統(tǒng)原則，直至出現(xiàn)高溫天氣、最大冷源需求時(shí)段的全功率制冷輸出。

4 結(jié)語

通過上述分析可以看出，新建工程通過冰蓄冷空調(diào)冷源結(jié)合低溫送風(fēng)全空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行使用，最大限度降低了設(shè)備裝機(jī)容量，并利用國家能源補(bǔ)貼政策及低谷電價(jià)差，有效控制了工程初期投資，超過常規(guī)空調(diào)部分投資均可在2 個(gè)供冷低谷電價(jià)中得到有效回收，壽命期的后續(xù)使用將節(jié)約數(shù)額可觀的運(yùn)營費(fèi)用。該系統(tǒng)提供了安全的冷源制備、高品質(zhì)的空調(diào)冷量供應(yīng)，低溫舒適的辦公環(huán)境，收到了較好的經(jīng)濟(jì)效益。