北京某辦公建筑冰蓄冷空調系統技術的應用

文_鄒明霞 申瑞杰 陳鳳君 北京中創綠色系統科技有限公司

1 冰蓄冷空調系統的技術介紹

冰蓄冷空調系統在夜間用電低谷期采用冷機制冷，將制得冷量以冰的形式儲存起來；在白天電價高峰期將冰融化釋放冷量，滿足部分或全部供冷需求。

根據國家各指令性或指導性的計劃，各地方電力公司如北京、湖北、河南、湖南、江蘇、浙江、四川、遼寧、廣西、廣東等紛紛推出了峰谷分時電價政策，特別是制定了針對蓄能空調技術推廣使用的各種優惠政策，由此為蓄能空調的廣泛推廣帶來了契機。

2 項目冰蓄冷空調系統設計

2.1 工程概況

本項目為某公司研發總部，具有研發中心運營及研發場所的綜合性研發辦公樓，總建筑面積約26 萬m2，其中蓄能空調系統承擔建筑面積近24 萬m2，空調末端主要功能區包括大堂、辦公區、會議區、報告廳等。

2.2 系統設計依據

2.2.1 室外設計參數

本項目位于北京市海淀區，當地氣候為典型的北溫帶半濕潤大陸性季風氣候。室內外設計氣候參數見表1、表2。

表1 北京室外空氣參數表

表2 主要空調房間室內設計參數表

2.2.2 項目電價政策

本項目所屬海淀區，電壓等級1～10kV，峰谷分時電價見表3。

表3

2.2.3 建筑負荷

根據該地區氣象參數特征，結合該建筑的功能和相關圍護結構參數，計算該項目的負荷。常規空調系統是依據峰值冷負荷選定冷水機組的空調設備；冰蓄冷空調系統則需要綜合考慮設計總冷負荷和設計日累計冷負荷，制定合理的運行策略。因此，冰蓄冷系統設計時，典型設計日的逐時負荷是非常重要的。本工程二期項目設計日24 小時逐時負荷見表4。

表4 設計日24小時逐時負荷分布表

2.3 系統配置

2.3.1 空調冷源

本項目采用部分負荷冰蓄冷系統，制冷主機與蓄冰設備為串聯方式，主機位于蓄冰設備上游。考慮夜間加班可能需要連續空調負荷的要求和比例，設置2 臺1308kW 的基載主機，直接為末端空調提供6/12℃冷凍水。設置3 臺4043kW 的雙工況主機，空調工況下，雙工況主機進出口冷凍液溫度為10．5℃/5．5℃；蓄冰槽出口冷凍液溫度為3．5℃，經乙二醇～水板式換熱器換熱后提供6/12℃冷凍水。制冰工況下，雙工況主機進出口冷凍液溫度為～2．35℃/～5．6℃。

蓄冰系統：采用內融冰方式，采用25%乙二醇水溶液作為載冷劑。配置50 臺鋼制蓄冰盤管，單臺蓄冷量為380RTH，根據機房結構及運行管理情況考慮，蓄冰設備分為4 個蓄冰槽體，雙層排布，分別容納蓄冰盤管數量為：12 臺、12 臺、12 臺、14 臺。

空調冷卻水：在屋頂分別設置2 臺基載冷機用冷卻塔和3臺雙工況冷水機組用冷卻塔。空調冷卻水側采用定流量水泵，冷卻塔風機采用變頻控制風量，以調節冷卻塔風量控制出水溫度。

2.3.2 空調系統原理

本工程中，系統本工程中，系統共可實現4 種不同運行工況，各工況模式中閥門的動作狀態如表5。

表5

（各運行工況說明：①工況1（主機制冰）：雙工況主機為冰槽蓄冷，供/回液～5．6℃/～2．35℃；②工況2（蓄冰設備供冷）：蓄冰設備融冰單獨供冷，板換一次側出液10．5℃，二次側進出水12．0℃/6．0℃；③工況3（主機供冷）：雙工況主機單獨供冷，板換二次側進/出水12．0℃/6．0℃；④工況4（主機和蓄冰設備聯合供冷）：主機和蓄冰設備串聯，主機上游，板換一次側出液10．5℃，二次側進/出水12．0℃/6．0℃。）

2.3.3 主要設備配置

本項目主要設備配置參數如表6 所示。

表6

3 系統效益分析

3.1 系統配電容量

為了便于系統分析，根據該項目負荷特點和設備配置情況，擬配置一套常規冷水機組冷源系統進行對比。擬配置常規系統主要設備參數如表7 所示。

表7

本項目擬采用常規冷水機組系統的配置，主要設備配電功率為5046．6kW。冰蓄冷系統的配置，主要設備配電功率為4152．1kW。根據數據分析，本項目蓄冰系統方案與擬采用的常規系統方案相比配電容量減少894．5kW，占蓄冰系統方案主要設備配電總量的21．5%。其中制冷主機裝機容量功率減少390．4kW，占蓄冰系統方案主機配電總量的13．9%。

3.2 系統運行分析

冰蓄冷系統的運行通常有3 種：融冰優先；主機優先；綜合優化運行。本項目蓄冰系統運行策略的原則為：

①根據北京地區用電情況，夜間23：00-7：00 電價低谷時段，雙工況主機蓄冰，如果存在加班等特殊情況，基載主機承擔夜間負荷。②白天電價高峰時段，融冰優先，降低運行費用。③白天電價平峰時段，優化控制，合理分配負荷，降低運行費用。④盡量控制主機滿載運行，提高系統效率，降低運行費用。

根據上述運行策略及項目逐時負荷分布情況，設計日100%負荷時，系統運行見表8。

表8 蓄冷空調設計日負荷平衡表（100%負荷）

表8 數據表明，設計日空調系統運行工況：雙工況主機供冷量（8：00-21：00）143122 kWh，雙工況主機制冰量（23：00-7：00）：60984kWh；基載主機供冷量34008kWh；系統設計日融冰量為60017kWh，放冷率98．41%。

系統設計日逐時運行功率及運行費用概算如表9。

表9 蓄冷系統運行費用表（負荷比率100%）

夏季空調系統的開啟給電網帶來了巨大的供電壓力。每年供冷季白天為電力高峰時段，針對該項目蓄冰空調冷源系統的夏季運行分析，設計日08：00-21：00 系統主要設備耗電量為4．98萬kWh；擬采用的常規系統（設計日08：00-21：00）主要設備耗電量為6．18 萬kWh。本項目蓄冰系統能夠轉移設計日電力高峰用電量近1．20 萬kWh。

根據空調冷負荷占全年整個供冷季節總運行時間的比例，即系數分別為0．01、0．42、0．45、0．12。采用表9 計算方式，計算得出：一個供冷季蓄冰系統較常規系統耗電量增加60．44 萬kWh（占蓄冰系統耗電量11．9%），結合北京地區峰谷分時電價政策，一個供冷季蓄冰系統較常規系統運行費用減少136．62 萬元（占蓄冰系統運行費用31．3%）。

4 結語

通過對北京某辦公項目冰蓄冷系統的應用分析，該系統為客戶實現了減少配電容量、節省運行費用。空調冷源系統內的主要設備配電容量減少約894．5kW，占該系統主要設備配電總量的21．5%；結合北京地區峰谷分時電價政策，一個供冷季該項目冰蓄冷系統主要設備節省運行費用約136．62 萬元。