林群武，鄭洲

[1.中交海洋投資控股有限公司，海南三亞 572000；2.科進(jìn)柏誠工程技術(shù)（北京）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518036]

一、工程概況

工程位于南方某地，總建筑面積20 萬m2，分A、B 兩地塊，地上由1～3#塔樓及4 ～11#多層商業(yè)組成，A 地塊包括2 ～5#樓，B 地塊包括1#、6 ～11#樓；A、B 地塊地下共4 層（B3 ～B1M），相互連通，主要用于地下車庫及設(shè)備機(jī)房。1#塔樓辦公（39層，高度170m，面積約7.2 萬m2）、2、3#裙房商業(yè)（約1.5 萬m2）共用一套冷源系統(tǒng)，制冷機(jī)房設(shè)在B2 層，面積約860m2，凈高4.8m。

本工程在方案階段對中央空調(diào)冷源多種方案的可行性進(jìn)行論證，從機(jī)電系統(tǒng)初投資、運(yùn)行費(fèi)用、投資回收期、系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜程度、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等方面對空調(diào)冷源系統(tǒng)進(jìn)行比較分析。考慮該地區(qū)執(zhí)行峰谷電價，差價較大；且經(jīng)過計算，本項目空調(diào)冷負(fù)荷高峰與電網(wǎng)高峰時段重合，且在電網(wǎng)低谷時段空調(diào)負(fù)荷較小，符合文獻(xiàn)[1]第3.1.2 條規(guī)定。綜合比較，最終確定采用冰蓄冷系統(tǒng)作為本項目的冷源。

本文主要介紹本工程冰蓄冷系統(tǒng)冷源側(cè)的整體設(shè)計，關(guān)注部分負(fù)荷蓄冰的空調(diào)方式設(shè)計思路和方法。

二、冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計

（一）室內(nèi)主要設(shè)計參數(shù)（見表1）

表1 室內(nèi)主要設(shè)計參數(shù)

（二）冰蓄冷系統(tǒng)配置

本工程采用內(nèi)融冰式冰盤管，主機(jī)上游的串聯(lián)冷源系統(tǒng)設(shè)計采用部分負(fù)荷冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，采用3 臺雙工況制冷主機(jī)（空調(diào)工制冷量1817KW，蓄冰工況1181KW）和1 臺基載制冷主機(jī)（制冷量1301KW）。雙工況機(jī)和蓄冰設(shè)備采用主機(jī)上游串聯(lián)系統(tǒng)，基載冷機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。冰蓄冷主機(jī)采用間接供冷式，夜間電價低谷時制冰，白天電價高峰時融冰供冷。融冰時，一次側(cè)乙二醇溶液溫為3.5/11.5℃，經(jīng)融冰板換熱，二次側(cè)冷凍水溫為4.5/12.5℃，基載冷機(jī)直接供應(yīng)4.5/12.5℃冷凍水，匯合后供至末端使用。冷凍水泵變頻運(yùn)行，冷卻水泵工頻運(yùn)行，空調(diào)工況冷卻水供回水溫32/37℃.制冷機(jī)房位于地下二層，超低噪聲橫流冷卻塔布置在B 地塊左側(cè)地下車庫入口處，冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。

（三）蓄冰系統(tǒng)運(yùn)行模式

蓄冰系統(tǒng)有如下幾種基本的運(yùn)行策略：

1.主機(jī)制冰。

2.主機(jī)與融冰聯(lián)合供冷。

3.融冰單獨(dú)供冷。

4.主機(jī)單獨(dú)供冷。

蓄冰系統(tǒng)運(yùn)行模式與控制閥組狀態(tài)關(guān)系如下：

圖1 主機(jī)上游串聯(lián)蓄冰系統(tǒng)原理

表2 蓄冰系統(tǒng)工作模式與控制閥組狀態(tài)關(guān)系

（四）蓄冰系統(tǒng)運(yùn)行分析

1.主機(jī)制冰模式

夜間蓄冰，該時段為電力低谷期，該時段內(nèi)雙工況機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，通過低溫的乙二醇溶液將蓄冰槽內(nèi)的水制成冰。乙二醇溶液在制冷機(jī)和蓄冰槽之間循環(huán)，隨著蓄冰量的增加和時間的推移，制冷機(jī)的出口溫度逐步降低。當(dāng)蓄冰槽的蓄冰量達(dá)到要求時，制冷機(jī)自動停止蓄冰工況運(yùn)行。

圖5所示為C/C-SiC復(fù)合材料截面的SEM圖。根據(jù)圖5(a)EDS能譜分析，深灰色相是SiC，淺灰色相是殘余Si，則黑色相是碳。由圖5(b)可見，熔滲過程中Si主要滲入了網(wǎng)胎層的短切纖維間和纖維束間的孔隙，無緯布層長纖維間滲入Si較少。

2.主機(jī)與融冰聯(lián)合模式

該時段為電力峰價與平價段，同時在該時段內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷較大，為了盡量減少系統(tǒng)的電力峰價運(yùn)行，冷負(fù)荷由制冷機(jī)聯(lián)合蓄冰槽供冷。在該時段內(nèi)制冷機(jī)主機(jī)處于空調(diào)工況，制冷機(jī)組出口的乙二醇和蓄冰槽融冰后的乙二醇溶液混合進(jìn)入板換。在非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計日內(nèi)，空調(diào)冷負(fù)荷相對減小，通過優(yōu)化控制實現(xiàn)蓄冰槽的有效融冰并保證滿足系統(tǒng)內(nèi)的冷負(fù)荷需求。

3.融冰單獨(dú)供冷模式

晚上有加班負(fù)荷，以及在過渡季節(jié)的使用工況，為了避免在電力高峰期內(nèi)開啟冷機(jī)以及冷機(jī)的低效運(yùn)行，該時段內(nèi)蓄冰槽的總?cè)诒├淞繛榭照{(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的全部。根據(jù)優(yōu)化控制原則，同時為了減少運(yùn)行電費(fèi)，該時期的冷負(fù)荷由蓄冰槽單獨(dú)提供，乙二醇泵變頻運(yùn)行。融冰時，恒定進(jìn)入板換的乙二醇溫度設(shè)定值3.5℃，板換的另一側(cè)為空調(diào)系統(tǒng)提供4.5℃的冷凍水。

4.主機(jī)單獨(dú)供冷模式

蓄冰槽維修時，該時段內(nèi)的冷負(fù)荷可以由制冷機(jī)單獨(dú)提供。這時蓄冰槽與系統(tǒng)隔離開，雙工況主機(jī)在空調(diào)工況運(yùn)行，通過板式換熱器向空調(diào)系統(tǒng)提供冷凍水。恒定乙二醇進(jìn)入板換的溫度，控制主機(jī)能量調(diào)節(jié)。

三、主要設(shè)計計算

（一）空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)及計算結(jié)采用果

表3 設(shè)計日逐時負(fù)荷及總冷負(fù)荷合計

項目夏季最大逐時冷負(fù)荷為2，666RT，設(shè)計日最大總冷負(fù)荷為27，302RT。

（二）制冷主機(jī)、蓄冰設(shè)備的容量計算

本項目為工作時段空調(diào)連續(xù)運(yùn)行的辦公商業(yè)綜合體，且存在一定的夜間加班負(fù)荷，宜采用部分負(fù)荷蓄冰的空調(diào)方式，結(jié)合前述的負(fù)荷計算結(jié)果[2]，設(shè)計日空調(diào)總冷量、蓄冰裝置容量及制冷機(jī)容量由下式計算：

部分蓄冰系統(tǒng)：設(shè)計原則是應(yīng)充分發(fā)揮所有設(shè)備的作用，均衡配置系統(tǒng)設(shè)備，根據(jù)蓄冷總負(fù)荷、制冷和蓄冰聯(lián)合供冷時數(shù)和制冷機(jī)制冰時數(shù)確定。

四、冷源配置方案

（一）主要設(shè)備選型

主機(jī)確定后，經(jīng)過系統(tǒng)形式的選擇和相應(yīng)的設(shè)計計算，確定其他主要設(shè)備和輔助設(shè)備的選型配置，見表4。

表4 主要設(shè)備配置

五、蓄冰比例的確定及經(jīng)濟(jì)分析

表5 不同方案蓄冰比例配置運(yùn)行策略

對于部分負(fù)荷蓄冰方式，運(yùn)行中空調(diào)負(fù)荷要按一定比例分配給制冷機(jī)和蓄冰裝置，該比例的取值應(yīng)做優(yōu)化分析。為便于對冰蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，下面將對常規(guī)制冷系統(tǒng)和若干串聯(lián)冰蓄冷系統(tǒng)方案的初投資和運(yùn)行費(fèi)用作對比分析，以達(dá)到最佳的蓄冰量。各方案的運(yùn)行策略如上。

經(jīng)過對不同方案的初投資及全年按照四種典型設(shè)計日工況，即100%，75%，50%，25%負(fù)荷進(jìn)行全年運(yùn)行費(fèi)用計算，總結(jié)如表6所示：

表6 投資回收期

從經(jīng)濟(jì)角度來講，采用冰蓄冷方案初投資增加，但每年可以節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用（方案三），投資回收期在4.8 年左右。整個制冷設(shè)備使用周期（按15 年計算）扣除增加的初投資后，可節(jié)省費(fèi)用約816 萬元。

圖2 蓄能比例與靜態(tài)投資回收期曲線

由上面圖表可以看出，冰蓄冷系統(tǒng)方案的靜態(tài)投資回收期在蓄冰量27%左右出現(xiàn)拐點(diǎn)，即隨著蓄冰量的增加，系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期隨之上升。如考慮到蓄冰設(shè)備占用機(jī)房土建成本、資金利息等因素，投資回收期將會有所延長?？紤]國家鼓勵采用冰蓄冷的政策和當(dāng)?shù)氐姆骞入妰r政策，本項目采用冰蓄冷具有較好的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益，其中以方案三（即蓄冰量27%）為最優(yōu)。

六、冰蓄冷系統(tǒng)自動控制

（一）所有空調(diào)通風(fēng)設(shè)備均由自控系統(tǒng)控制及監(jiān)測

自控系統(tǒng)采用直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)，并接入BMS 系統(tǒng)，制冷機(jī)采用群控系統(tǒng)，并通過高階接口接入BMS 系統(tǒng)。

（二）中央冷源系統(tǒng)主要自控項目

制冷機(jī)房設(shè)置群控系統(tǒng)，統(tǒng)一控制制冷機(jī)組、蓄冰裝置、冷卻泵、冷凍泵及冷卻塔等按負(fù)荷需求等因素進(jìn)行節(jié)能控制。冷水機(jī)組與機(jī)組出口管道上的電動閥、冷凍水泵及冷卻水泵電氣連鎖[2]。

（三）自動監(jiān)控原則

冷水機(jī)組、蓄冰系統(tǒng)等機(jī)電一體化設(shè)備由機(jī)組所帶自控設(shè)備控制，制冷主機(jī)的廠家統(tǒng)一考慮制冷主機(jī)的控制及水泵的變頻控制。集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備群控和主要運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測。

制冷機(jī)房內(nèi)設(shè)備在機(jī)房控制室集中監(jiān)控，但主要設(shè)備的監(jiān)測納入樓宇自動化管理系統(tǒng)總控制中心。

圖3 不同負(fù)荷運(yùn)行策略

風(fēng)機(jī)盤管采用風(fēng)機(jī)就地手動控制、盤管水路二通閥就地自動控制，BA 系統(tǒng)監(jiān)測。其余暖通空調(diào)動力系統(tǒng)采用集中自動監(jiān)控，納入樓宇自動化管理系統(tǒng)。采用集中控制的設(shè)備和自控閥均要求就地手動和控制室自動控制，控制室能夠監(jiān)測手動／自動控制狀態(tài)。

七、結(jié)束語

冰蓄冷系統(tǒng)是廣義節(jié)能系統(tǒng)，其綠色效益在于可以降低整個市政電網(wǎng)的高峰期用電量，提升發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組的效率，減少電網(wǎng)輸配線路的熱損耗及減少二氧化碳的排放；而在用戶端可實現(xiàn)節(jié)省運(yùn)行電費(fèi)、減少配電設(shè)施的安裝容量，國家層面也在大力推廣實行供電峰谷電價政策。本項目的設(shè)計及應(yīng)用具有較好的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。