郭彥玲

（廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司 廣州 510630）

通信機樓部分水蓄冷研究

郭彥玲

（廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司 廣州 510630）

以一幢建筑的通信機樓的空調(diào)系統(tǒng)為研究對象，提出了水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設計方案，通過具體的投資估算和使用該水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)后的節(jié)約電費情況的對比，可知僅需兩年半的時間就可以收回成本，因此，該水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設計具有顯著的經(jīng)濟效益及社會效益。

水蓄冷；設計；經(jīng)濟性；空調(diào)

引言

由于傳統(tǒng)“即制即用”的空調(diào)系統(tǒng)的普及，使得城市電網(wǎng)高峰用電日趨緊張，夜間低谷“窩電”現(xiàn)象日益嚴重。80年代初，一些發(fā)達國家針對電網(wǎng)出現(xiàn)的這一矛盾開發(fā)成功空調(diào)蓄冷系統(tǒng)，將空調(diào)高峰用電轉(zhuǎn)移到低谷用電，既可緩解高峰電力不足，又可利用夜間氣溫低、制冷單耗小的有利因素節(jié)約用電，為中央空調(diào)的合理用能找出了一條有效途徑。中央空調(diào)采用蓄冷系統(tǒng)的原理為：利用夜間電網(wǎng)多余的谷荷電力繼續(xù)運轉(zhuǎn)制冷機制并以不同的媒體狀態(tài)與形式儲存起來，在白天用電高峰時將冷量取出提供空調(diào)服務，從而避免中央空調(diào)爭用高峰電力。最常見的儲冷空調(diào)主要有兩大類：即水蓄冷和冰蓄冷。有關(guān)資料表明，水蓄冷的儲能轉(zhuǎn)換效率高達90%，比其它幾種儲能技術(shù)轉(zhuǎn)換效率高10～25%，其具有投資省，技術(shù)要求低，維修費用少，可靠性高等優(yōu)點，實現(xiàn)全削峰時造價遠低于冰蓄冷全削峰時造價[1]。因此，采用水蓄冷技術(shù)不但可節(jié)約電費，還可改善安全性。本文以一幢通信機樓的空調(diào)系統(tǒng)為研究對象，提出水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設計方案和運行策略，并與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)進行了經(jīng)濟性分析和比較。

1　水蓄冷原理

水蓄冷就是利用水的顯熱進行冷量儲存[2]。具體來講，就是利用4～7℃的低溫水進行蓄冷。這種蓄冷方式優(yōu)點是：節(jié)省投資，技術(shù)要求低，維護費用少，可使用常規(guī)空調(diào)制冷機組。

水蓄冷技術(shù)適用于現(xiàn)有常規(guī)制冷系統(tǒng)的擴容與改造，可以在不增加或少增加制冷機容量的情況下提高制冷能力。另外，水蓄冷系統(tǒng)可利用消防水池、蓄水設施或建筑物地下室作為蓄冷槽，從而進一步降低系統(tǒng)的投資，提高系統(tǒng)經(jīng)濟性。

水蓄冷系統(tǒng)分為自然分層蓄冷、多槽式蓄冷、隔膜式蓄冷三種類型。

2　系統(tǒng)設計

2.1工程概況

某通信機樓數(shù)據(jù)中心一期工程包括IDC機房和配套動力中心兩個單體建筑，總建筑面積約為17571.86m2。IDC機房樓地上4層，建筑面積為14898.27m2，建筑總高度為23.6m（室外地坪至屋頂結(jié)構(gòu)面層高度）；動力中心地上2層，建筑面積約2673.59m2。建筑總高度15.3m（室外地面至屋頂結(jié)構(gòu)面層高度）。

空調(diào)主機選用1100RT的離心式冷水機組，冷凍水進水溫度12℃、出水溫度7℃，冷卻水進水溫度32℃、出水溫度37℃。近期安裝3臺（2用1備），遠期安裝4臺（3用1備）。此外配有相應的冷凍水泵、冷卻水泵、補水泵、冷卻塔、水處理設備等，其中冷卻塔放置在屋面，其他設備放置在一樓的冷凍站內(nèi)。

2.2數(shù)據(jù)中心機房現(xiàn)有條件

2.2.1供電局電價政策

為鼓勵調(diào)峰用電，充分利用現(xiàn)有的電力資源，東莞市提出了一系列的鼓勵措施，如推行峰谷分時電價政策，分時電價如表1所示。

表1　蓄能峰谷分時電價表

2.2.2機房使用狀況

（1）按初步設計：各樓層通信設備布置數(shù)量如表2所示。

表2　各樓層通信設備布置數(shù)量

（2）預估的各年度機柜投入使用情況如表3所示。

表3　預估各年度機柜投入使用情況

2.3水蓄冷系統(tǒng)設計

水蓄冷是對空調(diào)系統(tǒng)低谷用電時間內(nèi)，充分蓄冷以便獲得更多的廉價冷量，因此要增加蓄冷主機及蓄冷水箱，增加一次性投資，但可以獲得運行費用的節(jié)約，根據(jù)很多工程實例的總結(jié)，我們認為當峰谷電價比為2.5時推薦使用蓄冷技術(shù)，當峰谷電價比為3.0以上時強烈推薦，本工程峰谷電價比為3.14，可放心使用蓄冷技術(shù)。

蓄冷水箱可考慮要作冗災系統(tǒng)，提高制冷系統(tǒng)的安全性，板換要加大（因瞬時放冷量加大），共3臺板換及泵和管路系統(tǒng)。經(jīng)當?shù)叵谰衷S可，可與消防水池共用，此項原因可減少投資。（因冗災所需體積較小，水池可劃分兩個，其中一個與消防共用）因此回收期可縮短。蓄冷系統(tǒng)基本設計指標如表4所示。

表4　蓄冷系統(tǒng)基本設計指標

本設計的總體水蓄冷系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1　水蓄冷系統(tǒng)流程圖

2.4水蓄冷系統(tǒng)經(jīng)濟性分析

制冷主機4臺，3用1備，可實現(xiàn)滿負荷時高峰期時段可使用谷期所蓄的冷量。按該設計，不需要增加主機數(shù)量，只需要建設一個3300m3的蓄冷池，增加蓄冷泵、放冷泵及板式換熱器，根據(jù)目前情況，將蓄冷池建在室外空地或在建筑物地下設水池。蓄冷溫度4～5℃，盡量減少水池體積，減少一次性投資。

按目前的模型考慮，節(jié)約電費情況如表5所示。

表5　節(jié)約電費情況說明

本方案投資估算如表6所示。

表6　投資估算

由表5可知，每年節(jié)約電費240.42萬元，由表6可知該項目投資為626萬元，因此，收回成本僅需要大約兩年半的時間。

2.5安全性分析

當機房兩路市電停電且部分油機故障不能開啟時，按機房各期設計，UPS電源可以供電1h，開關(guān)電源可供電3h。此時，可通過小容量移動柴油發(fā)電機組對放冷泵和精密空調(diào)供電，實現(xiàn)部分空調(diào)的繼續(xù)工作，保障重要通信機房或者重要IDC機房在緊急狀態(tài)下的運行。

3　結(jié)語

在整個建筑能耗增加中，空調(diào)系統(tǒng)占有非常關(guān)鍵的部分，尤其是通信行業(yè)的設備機房，其用電量日趨增大，有著很大的節(jié)電和環(huán)保改善潛力。

空調(diào)系統(tǒng)設計主要考慮節(jié)能和節(jié)省運行費用兩個方面，數(shù)據(jù)中心是耗能大戶，采用水蓄冷技術(shù)雖然不能節(jié)能，但在平衡電網(wǎng)峰谷負荷及節(jié)省運行費用方面有著重大意義，在實際工程設計中，我們已經(jīng)成功運用水蓄冷技術(shù)，首次增加的投資在4年左右能全部收回，從數(shù)據(jù)中心主要設備15年的使用壽命看，有著巨大的經(jīng)濟效益，在峰谷電價大的地區(qū)值得推廣。

通信機房內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的能耗占約45%，而空調(diào)系統(tǒng)的設計形式是否恰當直接影響空調(diào)系統(tǒng)的能耗大小。所以從機房設計一開始就要對空調(diào)系統(tǒng)重視起來，選擇合適的空調(diào)系統(tǒng)形式和送風形式，最大程度地節(jié)省電能，響應國家的節(jié)能政策，以減輕企業(yè)運行維護負擔和機樓對環(huán)境的壓力，向綠色節(jié)能建筑發(fā)展。

[1]王崢.水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設計及經(jīng)濟性分析[J].華北電力大學學報，2007，34（2）：130.

[2]于航，渡邊俊行.大溫差水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的工程應用實例[J].暖通空調(diào)，2002，32（3）：66～69.

TU83

A

1673-0038（2015）34-0259-02

2015-6-10

郭彥玲（1986-），女，助理工程師，碩士，主要從事暖通空調(diào)設計工作。