西安咸陽國際機場4#制冷站的設計及運行

4#制冷換熱站（簡稱4#制冷站）是西安咸陽國際機場二期擴建工程的配套項目之一，主要為T3A航站樓及輔助建筑提供空調用冷熱源。由于該站集中設置于室外，距空調末端用戶最遠1.5km，最近0.4km，且末端最高處用戶與該站最低點約20m高差，為充分利用當地峰谷電價政策降低空調制冷運行費用及減少輸送能耗，項目采用了冰蓄冷空調制冷方式，同時根據工程項目的建筑功能特點，采用了多項適宜技術，通過3年的運行測試表明，系統性能達到了設計要求，節能效果顯著。為該工程與常規空調系統相比，整體減少投資15%～30%和降低空調運行能耗30%～50%作出了一定貢獻。

1.項目概況

西安咸陽國際機場二期擴建工程主要包括T3A航站樓、配套項目以及為其服務的4號制冷站。整個工程于2008年2月開工建設，2011年6月進行空調及制冷系統調試，2012年5月全面投入運營。本期T3A航站樓設計目標規模為：高峰客流7100人/時，旅客年吞吐量23342萬人；建筑面積25.8萬m2，建筑高度36.5m，地下室埋深8.6m；4號制冷站建筑面積5550m2，建筑高度9m，一層設置（局部二層），距主樓約1000m，項目總投資約9000萬元。

2.項目設計及理念

（1）建筑及環境

本項目雖建筑面積不大，卻在建筑及環境的設計方面煞費了一番苦心。緊臨4號制冷站的右邊是西安—機場專用高速的第一個入口立交，為不影響機場整個航站區的大環境，項目采用引入了公共建筑中下沉式廣場的理念，即整體地下設置的設計方案；同時為給剛進入機場的旅客一個美好的印象，建筑的外形和周圍環境及地面綠化都圍繞著設計選定的“e”字形而展開，“e”字形方案源于西安咸陽國際機場的企業標志（LOGO）和設計期間奧運會的“祥云”演變衍生而來，體現了項目設計師的設計理念——一棟建筑一個作品。

（2）功能布局

根據制冷供熱的工藝特點，同時考慮到管理的便捷及勞動環境的改善，本項目的功能布局設計理念如下：

為改善站內管理人員的工作環境和心情，本項目采用“下沉式廣場”的設計理念，使每個有人員長期停留的房間都能見到自然光，冬季陽光基本上都能照射到辦公室內。

為方便設備的運輸和工作人員的進出，設備進入站內都可由大型運輸工具直接通過坡道進入，同時設有人員直接上下的防雨樓梯間方便進出。

為減少制冷機、水泵設備噪聲對人的影響，非監控辦公室、會議室以及值班休息室均遠離主機房而設。

為方便管理和美觀整潔，站內大型和重要設備均設置于大型維修機具（包括車輛）可直接進入的高大空間主機房內，水處理、定壓補水、空調機房、變配電用房等其他配套服務用房均設置于層高較低的小房間內。

為充分利用室外用地，盡可能騰出人員活動空間，冷卻塔和辦公配套用房采用了疊式設置，冷卻塔采用開敞式設置于辦公配套用房屋面。

為減少蓄冷裝置投資、方便維護和清洗以及減少冰槽滲漏水的隱患，冷站蓄冷槽采用開式地下獨立混凝土槽。

（3）工藝設計

由于本項目距各服務用戶較遠且分散，所處地區又有相應的峰谷電價政策，同時為節省投資和降低運行費用，系統工藝按如下進行了設計：

為提高夏季制冷供回水溫差，降低輸送能耗，空調蓄冷采用了鋼盤管外融冰直供形式。

為充分利用末端回水溫度高（～15℃）的特點，提供制冷效率，制冷系統采用了“基載機→雙工況機→蓄冰裝置”三級串聯冷卻方式，同時適當加大基載機容量。

為適應各末端用戶系統阻力差異大，減少輸送能耗，空調水系統采用三級泵系統形式，一、二級泵設置于制冷站內，三級泵設置于末端用戶，起到了以泵代閥的作用。同時為滿足不同末端用戶溫度的需求，部分三級泵采用了混水加壓循環形式。

（4）節能設計

由于本期工程的T3A航站樓采用了溫濕度獨立控制設計理念，空調末端節能效果較顯著[1]。為保證整體節能效果，制冷站需配合空調末端，同時自身應充分考慮制冷供熱及水系統輸配的節能性，項目節能設計如下：

制冷系統采用開式外融冰直接供冷，充分利用峰谷電價，大幅度降低了夏季空調供水溫度，達到了制冷運行費用低廉和輸送能耗降低[2]。

空調制冷系統的三級串聯冷卻，提高了基載機的COP值。

三級泵的應用實現了以泵代閥，降低了輸送能耗[3]。

空調水系統采用了螺旋除渣裝置，設備阻力僅有傳統攔截式過濾方式的1/4～1/5。

制冷機組采用10kV高壓電機，降低了變配電的電力轉換能耗。

制冷主機房和內走道大面積采用天窗和光導管實現自然采光，改善了室內環境，減少了工作照明電耗。

3.制冷站設計

（1）設計條件及參數

①建筑特征

建筑級別：工程等級二級，防火分類： 戊類多層；

建筑面積：5550m2；

建筑層數：一層（局部二層）；

建筑高度：9.00m；

結構類型：框架。

②制冷系統

本制冷、供熱站夏季空調冷源采用冰蓄冷系統，蓄冷方式采用：滿足負荷均衡的部分蓄冰方式。

根據服務的主要用戶—T3A航站樓的使用特點，制冷采用了三級串聯式系統形式；蓄冷采用了開式鋼盤管外融冰系統；冰槽采用了兩個開式、獨立的土建混凝地下槽體。

制冷機設置分別為：3臺1850RT雙工況離心式（蓄冷）冷水機組；2臺 800RT單工況離心式（基載）冷水機組；1臺400RT單工況離心式（基載）冷水機組。

③制冷負荷及參數

項目本期空調設計最大冷負荷：35910kW（10210RT）；設計日空調冷負荷：539400kW.H（153370RT.H）。

系統設計蓄冷量：101710kW.H （28920RT.H）；蓄冰率為：18.9%；最大削峰率為：26.1%。

蓄冷系統采用的載冷劑為濃度25%的乙烯乙二醇水溶液。

夏季空調設計供/回水：2.0℃ / 14.5℃（Δt=12.5℃）。

④供熱系統、負荷及參數

本制冷、供熱站冬季空調設計熱負荷：34870kW。

熱源由室外熱網集中供給，熱媒類型和參數分別為：120℃/80℃高溫熱水。

冬季空調供/回水：60℃ / 45℃（Δt=15℃）。

（2）制冷供熱系統

①制冷、供熱工藝設計

本站空調水系統為冬、夏季合用的雙管多級泵變流量機械循環系統。一、二次泵設置于站內，空調末端（混水）循環泵設置于各用戶點內。

夏季空調冷水系統為開式循環系統，進入蓄冰槽的水管上設置有持壓閥，控制并穩定系統的運行壓力；冬季空調熱水系統為閉式循環系統，其系統補水和定壓由站內的落地式隔膜膨脹裝置完成；空調蓄冷系統（乙二醇水溶液系統）為閉式循環系統，其補液和定壓由該系統的落地式隔膜膨脹裝置提供。

空調系統補水由經過軟化處理后的軟水箱提供；蓄冷系統的排（泄）液和補液均由儲液箱完成。

為減少蓄冰槽內各種藻類對傳熱的影響和有效減少水系統管路的腐蝕，在空調水系統中設置有自動加藥裝置。

蓄冷系統控制方法為：設計日負荷工況采用主機優先的運行策略；非設計日負荷工況條件下，在保證全天供冷溫度滿足要求的前提下，采用融冰優先的運行優化控制策略方式。

②制冷、供熱工藝系統

本項目制冷、供熱工藝系統原理圖見圖1，整個空調水系統管網原理圖見圖2。

4.制冷站現場及測試

（1）項目測試

2012年7月6日早上9：00僅開啟雙工況機時，制冷系統測試拆分能耗見圖3；2012年7月18日下午14：00聯合供冷時，制冷系統測試拆分能耗見圖4；2013年7月3日10點聯合供冷時，制冷系統測試拆分能耗見圖5。

從圖3～5可看出：制冷能耗占總量的63%～76%，制冷泵能耗占16%～23%（其中冷凍泵9%～12%，乙二醇泵7%～11%），冷卻能耗占8%～16%（其中冷卻6%～13%，冷卻塔2%～3%）?？照{（冷凍水）輸送能耗平均小于20%的比例，說明輸配系統的設計選用合理有效。

（2）T2、T3A空調電耗測試對比

對于同屬于西安咸陽國際機場運營的T2和T3A航站樓，由于功能和制冷（T3A為外融冰，T2為內融冰）供熱方式相近，經設計理論計算分析其單位面積冷熱負荷相差不大，其運行能耗可進行橫向對比。T3A航站樓采用溫濕度獨立控制的新型空調系統，T2航站樓采用噴口側送的常規空調方式，自2012年5月投入運行以來，以T2、T3A航站樓的實際運行電耗數據為基礎，給出航站樓空調系統單位面積年運行能耗結果，對比不同空調系統方式帶來的運行能耗差異。2013年，T3A航站樓單位面積空調系統的運行能耗55.4kWh/m2，相應的T2航站樓92.5kWh/m2，T3A與T2航站樓相比，系統能耗降低幅度約為39%。

5.設計體會及總結

本項目已完整運行三年，從前期的設計到后期的運行測試，對此類型項目的實施也有所感悟，現將本人的體會和總結歸納如下：

此項目作為一個工藝性極強的建筑，榮獲了多項獎且常作為一個建筑作品展示，說明只要建筑師和工藝設計師一條心，積極配合協作就能做好，該項目為此起到了積極的示范作用。

設計師應將大型動力站在維護保養空間、設備用房配置以及人員工作環境等方面按動力保障車間考慮，不能按一般建筑物的空調設備用房考慮，其二者有實質的差別。

區域能源站特別是空調制冷站，設計中不但要考慮制冷效率，更主要還應該考慮空調制冷系統的綜合能效，特別是水系統輸送能耗。當地有峰谷電價政策的區域制冷站，采用冰蓄冷空調方式以及多級泵輸配形式等，將是提高制冷系統綜合能效較好的措施，好的系統是設計出來的不是調試出來的。制冷系統綜合能效提高了，反對區域能源的人也就少了。

外融冰直供式在國外區域供冷和我國供熱（常壓鍋爐用于多層供暖）領域是一個成熟技術，在國內區域供冷屬首例。項目應用顯示，該形式與常規間接方式相比，節省投資400～500萬元，降低系統阻力30mH2O，提高輸送溫差1.5℃以上。

區域能源站運行后，一定要進行測試，以利于項目總結和外界了解。在蓄冷項目中一般能耗較低的冷價在0.3元/kwh以下，而經常有些設計師給用戶提供的冷價在0.5～0.8元/kwh，致使行業內一些人反對冰蓄冷，因為集中供冷比自建運行費用要高。設計中提高制冷系統綜合能效和運行測試優化系統性能從而降低冷，以及運行測試了解實際能耗就顯得極為重要。

冰蓄冷空調系統因系統復雜，調試工作量大，同時，為降低運行費用可采用的策略和模式也多，所以挖掘潛力不斷優化是必要的。常規系統因運行簡單同時節能潛力也小，故運行中再次優化的可能性也小。不了解的人認為，冰蓄冷系統運行復雜總是調試不出來。其實，國內經過近十年的蓄冷項目實踐，系統運行調試已不成問題。

參考文獻：

[1]唐海達，劉曉華，張倫，等. 西安咸陽國際機場T3A航站樓溫濕度獨立控制系統測試[J]. 暖通空調，2013（9）：116-120.

[2]周敏，李曉威，王娟芳.蓄冷空調系統設計與實施中幾個問題的探討[J]. 暖通空調，2010（6）：28-31、48.

[3]周敏，李遠斌，侯占魁. 動力分散式水系統運行特性研究[J]. 建筑環境設備，2012，68：88-92.

（責任編輯：趙靜）