濟南某辦公樓冰蓄冷空調系統設計

高亞南 馮煒 祖文超

摘 要：針對目前我國電力供應存在著電網負荷率低、高峰電力嚴重不足、低谷電力不能充分利用、城市電力供需矛盾尖銳等問題，濟南某辦公樓采用了冰蓄冷空調系統，本文介紹了工程概況及該工程的冰蓄冷工作模式，為類似的工程設計提供了參考。

關鍵詞：冰蓄冷；削峰填谷；工作模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.042

1 引言

隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，城市用電結構不斷發生變化，建筑物空調系統的負荷比例日益增加，空調用電量高峰時達到城市總用電負荷的30%～50%。而目前我國電力供應存在著電網負荷率低、高峰電力嚴重不足、低谷電力不能充分利用、城市電力供需矛盾尖銳等問題。冰蓄冷空調系統將空調用電從白天高峰期轉移至夜間，能夠對電網起到“削峰填谷”的作用，為了鼓勵夜間使用低谷電，國家和各地區電力部門制定了峰谷電價差政策。因此，冰蓄冷空調系統在國內得到了日益廣泛的應用。

2 工程概況及空調冷負荷計算

某辦公樓，地處濟南，建筑面積：102500m2，經逐時負荷計算，建筑冷負荷：9225kW，建筑面積冷負荷指標90W/m2。該辦公樓空調運行時間為8：00～20：00。該辦公樓逐時冷負荷如圖1所示，從圖中可以發現，建筑物的各項逐時冷負荷是隨時間不斷變化的，空調冷負荷的高峰期出現在16：00點。常規的空調系統的制冷機容量應滿足建筑物峰值冷負荷需要，白天電網高峰期時電力需求量較大，而蓄冰式空調系統，建筑物的峰值冷負荷由蓄冰裝置和制冷機共同提供或者蓄冰裝置獨自提供，這無疑減輕了電網高峰期時用電需求，對電網起到“削峰填谷”的作用。

3 制冷機與蓄冰裝置容量

蓄冷空調可分類為全負荷蓄冷和部分負荷蓄冷兩種模式。全負荷蓄冷是蓄冷裝置承擔設計周期內全部空調冷負荷，制冷機僅在夜間非用電高峰啟動蓄冷；部分負荷蓄冷是空調冷負荷由蓄冷裝置和制冷機共同承擔，蓄冷裝置儲存的冷量由制冷機在夜間非用電高峰時運行制取。由于全負荷蓄冷初投資比較高，適用于有嚴格限制用電或分時峰、谷電價差特別大的地區；部分負荷蓄冷比較適用于有合理峰、谷電價差的空調系統。因此結合工程所在地的實際條件，設計中選擇了部分負荷蓄冷模式。

可以看出，部分負荷蓄冷模式的冰蓄冷系統，蓄冰負荷占建筑物總負荷的比例，與選擇的系統運行模式、建筑物逐時負荷、峰值負荷、日累積負荷等因素有關。本工程中，全日需冷量：105891kW*h，白天空調工況運行時間=12h，夜間制冷機制冰小時數=7h。所需制冷機容量kW，制冷機選用4臺制冰工況為1360 kW （-1.4℃/0℃） ，空調工況為1760 kW（7℃/12℃） 的雙工況冷水機組。所需蓄冷量，選用蓄冰池體積1200m3鋼筋混凝土槽體（聚氨酯保溫+聚脲防水）一個。

4 冰蓄冷系統工作模式

本工程采用分量蓄冰模式設計，系統在電價低谷時間蓄冰，白天融冰供冷。制冰機組與蓄冰池采用制冷主機上游、蓄冰池下游的單級泵串聯系統流程。設計工況的制冷運行方式為滿負荷時按主機優先模式運行，部分負荷時按融冰優先模式運行。根據氣候特點和空調實際需求，蓄冰系統可按以下四種工作模式運行：制冰模式、融冰供冷模式、空調模式、聯合供冷模式（融冰+空調模式）。

制冰模式（23：00次日06：00）：在夜間電力低谷時間段內，系統自動進入蓄冰模式。循環水泵開啟，蓄冰池內冷水經降溫后制成晶冰儲存在蓄冰槽內。

融冰供冷模式：系統進入該模式后，空調冷凍水回水通過板式換熱器與一次側的冷水換熱后，由12℃降為5℃供到空調區域。板換一次側，蓄冰池出水溫度為3.5℃，經與板換二次側冷凍水換熱后，溫度升高至11℃，溫升后的“高溫水”進入蓄冰池內，與蓄冰池內的流態冰換熱，“高溫水”被冷卻進入下一次循環。

主機與蓄冰槽聯合供冷模式：系統進入該模式后，空調冷凍水回水通過板式換熱器與一次側的冷水換熱后，由12℃降為5℃供到空調區域；板換一次側，蓄冰池出水溫度為3.5℃，經與板換二次側冷凍水換熱后，溫度升高至11℃，溫升后的“高溫水”先進入制冷主機，由11℃降至6℃；一部分水進入蓄冰池融冰，一部分通過蓄冰池旁通管道；兩部分冷水混合至3.5℃供給板式換熱器。

主機單獨供冷：系統進入該模式后，空調冷凍水回水通過板式換熱器與一次側的冷水換熱后，由12℃降為5℃供到空調區域；板換一次側，主機回水溫度11℃，經機組降溫至3.5℃進入板式換熱器。

非設計日空調運行模式：當實際運行負荷偏離設計工況時，系統將依據實際的冷負荷需求，通過控制系統調節運行模式，在每一時段內自動調整蓄冰裝置融冰供冷及主機供冷的相對應比例，以實現分量蓄冰模式逐步向全量蓄冰模式的運行轉化，按照蓄冰裝置優先供冷的原則，最大限度地限制主機在電力高峰期間的運行。冰蓄冷裝置流程

5 工程設計總結

從以上的分析可以看出，冰蓄冷實際上是對能源的一種儲備——在用電低谷、電價較低（或機組不需要工作）時開始制冰，蓄存冷量；而在用電高峰、電價較高（機組需要工作）時停止制冰、同時依靠冰的融化來制冷，從而完成能源利用在時間上的轉移，節省運行費用，降低運行成本。蓄冷空調系統無論是采用部分蓄冷還是全部蓄冷，其初期投資通常均比常規空調系統高，這就要求設計者應正確掌握建筑物空調負荷的時間變化特性，確定合理的蓄冷設備及其系統配置，制定系統的運轉策略，準確地作出經濟分析，以便投資者可以在短時間里以節省電費的形式收回多出的投資。

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作者簡介：高亞南（1983-），女，山東濟南人，碩士，講師，研究方向：建筑節能。