九棵樹（上海）未來藝術中心空調系統配置及運營策略

史洪偉（上海奉賢南橋新城建設發展有限公司，上海 201406 )

九棵樹（上海）未來藝術中心（簡稱“藝術中心”）項目用地面積 120 522 m2，容積率 1.0，設施類別為文化及商業服務，其中文化設施占比 45%，商業服務設施占比55%。本項目主要建設內容為文化設施部分，總建筑面積71 700 m2（其中地上建筑面積 52 800 m2，地下建筑面積18 900 m2），地上 4 層，為文化場館設施、藝術創作中心及相關配套，包括 1 個 1 200 座主劇場、1 個 500 座多功能劇場及 1 個 300 座的主題劇場，以及行政和后勤配套用房等，1 個藝術展覽、創作中心及配套附屬功能用房。

1 項目空調負荷特點及外部能源條件

1.1 空調負荷特點

藝術中心劇院為人員密集的場館，用冷特性為冷負荷較為集中，會出現短時高峰情況。粗略估計，最大人流量可達 2 400 人，短時高峰冷負荷大，其他時段冷負荷較小。另外，根據運營管理方的分體管理要求，每個空間獨立冷負荷運行，避免能源、資源的浪費。

1.2 負荷分布變化

演出時間設計日逐時冷負荷變化見圖1，非演出時間設計日逐時冷負荷變化見圖2。

圖1 演出時間設計日逐時冷負荷變化

圖2 非演出時間設計日逐時冷負荷變化

1.3 當地電價政策

當地電價夏季、非夏季分時變化見表1、表2。

表1 夏季電價政策(7、8、9月）

表2 非夏季電價

2 空調系統的選擇

2.1 常規空調系統和冰蓄冷空調系統比較

常規的空調系統通常冷源采用電制冷機組、熱源采用燃氣（油）熱水鍋爐。夏天制冷機組提供的冷凍水通過循環水泵送至各空調用戶；冬天鍋爐提供的熱水通過循環水泵直接（或經過換熱器間接）送至各空調用戶。常規空調系統配置見表3。

蓄冰空調系統：在電力負荷很低的夜間用電低谷期,采用電制冷機制冰，將冷量以冰的方式儲存起來。在電力負荷較高的白天，也就是用電高峰期，把儲存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調負荷的需要；有全量蓄冰模式與分量蓄冰模式 2 種。目前國內絕大多數冰蓄冷工程項目均采用分量蓄冰模式。經計算蓄冰量是總冷負荷的 21%。冰蓄冷系統配置見表4。

表3 常規空調系統配置

表4 冰蓄冷系統配置

2.2 運行費用比較

2.2.1 常規空調系統運行費用

演出日夏季7～9月運行費用：設計日總電費15 028 元；空調年運行時間 24 d；空調年負荷系數 0.7；年運行費用 252 470元。演出日非夏季 6、10月常規空調運行費用：設計日總電費 13 489 元；空調年運行時間 16 d；空調年負荷系數 0.5；年運行費用 107 911 元。

非演出日夏季7～9月運行費用：設計日總電費 9 600元；空調年運行時間 36 d；空調年負荷系數 0.7；年運行費用 241 930 元。非演出日非夏季 6、10月運行費用：設計日總電費 6 367 元；空調年運行時間 24 d；空調年負荷系數0.5；年運行費用 76 399 元。

運行費用合計 678 710 元，運行時間 100 d。

2.2.2 冰蓄冷空調系統的運行費用

演出日夏季7～9月運行費用：設計日總電費 14 375元；空調年運行時間 24 d；空調年負荷系數 0.7；年運行費用 217 356 元。演出日非夏季 6、10月常規空調運行費用：設計日總電費 6 299 元；空調年運行時間 16 d；空調年負荷系數 0.5；年運行費 45 355 元。

非演出日夏季7～9月運行費用：設計日總電費7 667 元；空調年運行時間 36 d；空調年負荷系數 0.7；年運行費用 173 885 元。非演出日非夏季 6、10月運行費用：設計日總電費 3 237 元；空調年運行時間 24 d；空調年負荷系數 0.5；年運行費用 34 957 元。

運行費用合計 471 552 元，運行時間 100 d。

2.3 綜合比較

（1）常規空調系統的特點：配置簡單；運行費用較高；配電容量較高；容災應急方式較少。

（2）冰蓄冷空調系統的特點：具有卓越的移峰填谷功能，是電力需求側管理的重要技術手段。平衡電網晝夜峰谷電力負荷，減緩電廠建設，提高火電廠發電效率；減少制冷主機容量，減少空調系統電力工程貼費及配電設施費用；空調系統使用更加靈活，小負荷狀態下，可融冰供冷，無須開啟制冷主機；蓄冰裝置的蓄冷量可作為應急冷源，在停電時只需開啟水泵即可供冷，提高了空調系統的可靠性；冷凍水溫度可降至 2～4 ℃, 可實現冷凍水大溫差或低溫送風，降低水管、風管的口徑，降低建筑層高；低溫送風技術可降低室內相對濕度，提高空調舒適性；供冷啟動時間短，可在演出時間快速放出，只需 15 ～ 20 min 即可達到所需溫度；在冷水機組出現意外情況，多一套容災系統，能更確保系統運行的安全可靠性。

3 經濟比較結果

回收期：冰蓄冷空調比較常規空調初投資高 44.69 萬元，運行費用節約 20.72 萬元，高出部分 2.16 a 即可回收；如不計算配電投入，需 5 a 回收。經濟比較見表5。

表5 兩種空調投資增減費用經濟比較

根據以上經濟技術分析，本項目采用冰蓄冷空調系統是最合適的選擇。

4 本項目空調系統設備配置說明及運行策略

4.1 本項目空調系統設備配置

本工程中采用了技術成熟、效率高、易控制的主機（上游）、蓄冰裝置（下游）串聯循環回路設計，設計要素如下。

（1）采用分量蓄冰模式設計，合理配置主機容量和蓄冰容量，使系統技術經濟性最優。

（2）采用制冷主機上游、蓄冰設備下游的串聯系統流程，本系統形式效率高、控制簡單可靠、使用靈活。

（3）采用 1 臺 600 RT 做基載運行，載冷劑為水；2 臺300 RT 的雙工況制冷機白天供冷，夜間制冰，載冷劑為二乙醇。

（4）蓄冰裝置總蓄冰量不小于 3 600 RT · h 。

本系統配置 2 供冷板換，每臺換熱量 2 500 kW，冷側（25% 乙二醇溶液）3 ～ 11 ℃，熱側（水）7 ～ 12 ℃。

4.2 本工程蓄冰系統運行模式及策略

本工程的冰蓄冷系統設計日時按主機優先模式設計，在大部分空調使用時間內結合本地的電價政策按優化控制，逐漸向由分量蓄冰轉化為全量蓄冰模式。合理的運行策略必須綜合考慮系統的實際配置情況和冰蓄冷系統的運行約束條件，具體如下。

（1）充分利用夜間低谷電，雙工況制冷主機在夜間全力蓄冰。

（2）高峰電時段少開甚至不開制冷主機，并盡可能減少制冷主機的啟停次數。

（3）充分利用夜間低谷電，雙工況制冷主機在夜間全力蓄冰。

（4）應靈活調整主機優先或者融冰優先的組合方式。

（5）當前處于運行狀態的制冷主機應盡量使其運行于能效比較高的區域。

（6）每小時的融冰量不能超出蓄冰裝置在當前融冰溫度下對應的最大融冰速度；合理設定冷卻水供水溫度，優化制冷主機的供冷冷凝工況。

（7）冰蓄冷系統工程全年運行策略，從設計日主機優先融冰補充供冷，逐漸過渡到融冰優先主機補充供冷，再到全融冰供冷。

5 結 語

本項目具有如下優勢：第一是安全性，有冰蓄冷系統作為備用冷源，增加容災能力，能確保藝術中心更自如地應對停電或主機事故；第二是冰蓄冷能迅速冷卻空調系統，對藝術中心的負荷變化應變力超強；第三是冰蓄冷空調系統運行費用較低，非常適合藝術中心的商業運行。