北京某办公建筑冰蓄冷空调系统技术的应用

文_邹明霞 申瑞杰 陈凤君 北京中创绿色系统科技有限公司

1 冰蓄冷空调系统的技术介绍

冰蓄冷空调系统在夜间用电低谷期采用冷机制冷，将制得冷量以冰的形式储存起来；在白天电价高峰期将冰融化释放冷量，满足部分或全部供冷需求。

根据国家各指令性或指导性的计划，各地方电力公司如北京、湖北、河南、湖南、江苏、浙江、四川、辽宁、广西、广东等纷纷推出了峰谷分时电价政策，特别是制定了针对蓄能空调技术推广使用的各种优惠政策，由此为蓄能空调的广泛推广带来了契机。

2 项目冰蓄冷空调系统设计

2.1 工程概况

本项目为某公司研发总部，具有研发中心运营及研发场所的综合性研发办公楼，总建筑面积约26 万m2，其中蓄能空调系统承担建筑面积近24 万m2，空调末端主要功能区包括大堂、办公区、会议区、报告厅等。

2.2 系统设计依据

2.2.1 室外设计参数

本项目位于北京市海淀区，当地气候为典型的北温带半湿润大陆性季风气候。室内外设计气候参数见表1、表2。

表1 北京室外空气参数表

表2 主要空调房间室内设计参数表

2.2.2 项目电价政策

本项目所属海淀区，电压等级1～10kV，峰谷分时电价见表3。

表3

2.2.3 建筑负荷

根据该地区气象参数特征，结合该建筑的功能和相关围护结构参数，计算该项目的负荷。常规空调系统是依据峰值冷负荷选定冷水机组的空调设备；冰蓄冷空调系统则需要综合考虑设计总冷负荷和设计日累计冷负荷，制定合理的运行策略。因此，冰蓄冷系统设计时，典型设计日的逐时负荷是非常重要的。本工程二期项目设计日24 小时逐时负荷见表4。

表4 设计日24小时逐时负荷分布表

2.3 系统配置

2.3.1 空调冷源

本项目采用部分负荷冰蓄冷系统，制冷主机与蓄冰设备为串联方式，主机位于蓄冰设备上游。考虑夜间加班可能需要连续空调负荷的要求和比例，设置2 台1308kW 的基载主机，直接为末端空调提供6/12℃冷冻水。设置3 台4043kW 的双工况主机，空调工况下，双工况主机进出口冷冻液温度为10．5℃/5．5℃；蓄冰槽出口冷冻液温度为3．5℃，经乙二醇～水板式换热器换热后提供6/12℃冷冻水。制冰工况下，双工况主机进出口冷冻液温度为～2．35℃/～5．6℃。

蓄冰系统：采用内融冰方式，采用25%乙二醇水溶液作为载冷剂。配置50 台钢制蓄冰盘管，单台蓄冷量为380RTH，根据机房结构及运行管理情况考虑，蓄冰设备分为4 个蓄冰槽体，双层排布，分别容纳蓄冰盘管数量为：12 台、12 台、12 台、14 台。

空调冷却水：在屋顶分别设置2 台基载冷机用冷却塔和3台双工况冷水机组用冷却塔。空调冷却水侧采用定流量水泵，冷却塔风机采用变频控制风量，以调节冷却塔风量控制出水温度。

2.3.2 空调系统原理

本工程中，系统本工程中，系统共可实现4 种不同运行工况，各工况模式中阀门的动作状态如表5。

表5

（各运行工况说明：①工况1（主机制冰）：双工况主机为冰槽蓄冷，供/回液～5．6℃/～2．35℃；②工况2（蓄冰设备供冷）：蓄冰设备融冰单独供冷，板换一次侧出液10．5℃，二次侧进出水12．0℃/6．0℃；③工况3（主机供冷）：双工况主机单独供冷，板换二次侧进/出水12．0℃/6．0℃；④工况4（主机和蓄冰设备联合供冷）：主机和蓄冰设备串联，主机上游，板换一次侧出液10．5℃，二次侧进/出水12．0℃/6．0℃。）

2.3.3 主要设备配置

本项目主要设备配置参数如表6 所示。

表6

3 系统效益分析

3.1 系统配电容量

为了便于系统分析，根据该项目负荷特点和设备配置情况，拟配置一套常规冷水机组冷源系统进行对比。拟配置常规系统主要设备参数如表7 所示。

表7

本项目拟采用常规冷水机组系统的配置，主要设备配电功率为5046．6kW。冰蓄冷系统的配置，主要设备配电功率为4152．1kW。根据数据分析，本项目蓄冰系统方案与拟采用的常规系统方案相比配电容量减少894．5kW，占蓄冰系统方案主要设备配电总量的21．5%。其中制冷主机装机容量功率减少390．4kW，占蓄冰系统方案主机配电总量的13．9%。

3.2 系统运行分析

冰蓄冷系统的运行通常有3 种：融冰优先；主机优先；综合优化运行。本项目蓄冰系统运行策略的原则为：

①根据北京地区用电情况，夜间23：00-7：00 电价低谷时段，双工况主机蓄冰，如果存在加班等特殊情况，基载主机承担夜间负荷。②白天电价高峰时段，融冰优先，降低运行费用。③白天电价平峰时段，优化控制，合理分配负荷，降低运行费用。④尽量控制主机满载运行，提高系统效率，降低运行费用。

根据上述运行策略及项目逐时负荷分布情况，设计日100%负荷时，系统运行见表8。

表8 蓄冷空调设计日负荷平衡表（100%负荷）

表8 数据表明，设计日空调系统运行工况：双工况主机供冷量（8：00-21：00）143122 kWh，双工况主机制冰量（23：00-7：00）：60984kWh；基载主机供冷量34008kWh；系统设计日融冰量为60017kWh，放冷率98．41%。

系统设计日逐时运行功率及运行费用概算如表9。

表9 蓄冷系统运行费用表（负荷比率100%）

夏季空调系统的开启给电网带来了巨大的供电压力。每年供冷季白天为电力高峰时段，针对该项目蓄冰空调冷源系统的夏季运行分析，设计日08：00-21：00 系统主要设备耗电量为4．98万kWh；拟采用的常规系统（设计日08：00-21：00）主要设备耗电量为6．18 万kWh。本项目蓄冰系统能够转移设计日电力高峰用电量近1．20 万kWh。

根据空调冷负荷占全年整个供冷季节总运行时间的比例，即系数分别为0．01、0．42、0．45、0．12。采用表9 计算方式，计算得出：一个供冷季蓄冰系统较常规系统耗电量增加60．44 万kWh（占蓄冰系统耗电量11．9%），结合北京地区峰谷分时电价政策，一个供冷季蓄冰系统较常规系统运行费用减少136．62 万元（占蓄冰系统运行费用31．3%）。

4 结语

通过对北京某办公项目冰蓄冷系统的应用分析，该系统为客户实现了减少配电容量、节省运行费用。空调冷源系统内的主要设备配电容量减少约894．5kW，占该系统主要设备配电总量的21．5%；结合北京地区峰谷分时电价政策，一个供冷季该项目冰蓄冷系统主要设备节省运行费用约136．62 万元。