冰蓄冷冷源在空调低温送风系统中的应用研究

中铁建工集团安装工程有限公司 北京 100070

1 工程概况

东北区域某工程建筑面积约为10.3 万m2，地下2 层、地上7 层，建筑高度为40.5 m，是集区域能源生产调度、通讯、信息、办公于一体的高度智能化、人性化、节能环保型现代化综合大楼。大楼设有调度中心、企业文化展厅、会议室、大餐厅、办公、休息厅、活动中心等各功能性房间。

2 空调冷源设计

2.1 空调冷源系统概述

空调冷源首先采用冰蓄冷系统，采用主机上游分量蓄冰方式。工程夏季设计日全日总冷负荷为72 870 kW·h（7：00～19：00），尖峰冷负荷为7 322 kW·h（16：00），设计蓄冰量24 612 kW·h。

此外，空调冷源还选用双工况水冷式冷冻机组2 台、额定制冷量为650 RT，常温冷冻机组1 台、额定制冷量为235 RT，另有蓄冷量为900 RT·h的盘管蓄冰槽10 台。基载制冷机组（额定制冷量为235 RT），为夏季夜间负荷提供冷源。主机蓄冰时乙二醇溶液出主机的设计温度不低于－5.5 °C， 主机和冰槽联合供冷时乙二醇溶液进出板式换热器的设计温度为2.5 °C/10.5 °C，冷冻水进出水的设计温度为13.5 °C/3.5 °C。

2.2 空调水系统及乙二醇蓄冷系统

空调水系统为双管制一次泵变流量系统，工作压力为1.0 MPa。蓄冰、制冷冷源部分采用25%高质量浓度的工业抑制性乙二醇水溶液。系统工作压力为0.6 MPa，系统乙二醇溶液添加完毕后，在开始蓄冰模式运行前将系统运行6 h以上，使系统内的空气完全排除，确保乙二醇溶液混合均匀。必要时，在系统的不同管段内检查乙二醇浓度，以确保系统中浓度均匀。

2.3 空调风系统

工程采用低温送风全空气单风道变风量空调系统，过渡季节全新风运行。系统按防火分区及功能分区设置空调机房及变风量空调机组，空气经机组处理后由风道送至各房间。系统末端设置单风道型变风量末端装置，房间采用高诱导比低温风口送风、吊顶回风，气流组织为顶送顶回。末端装置采用可变定静压控制，空调系统新风与排风竖井均引至屋顶，在屋顶设置热回收机组，集中回收排风能量，每个空调系统设有回风机。

3 工程系统原理及联动工况

3.1 冰蓄冷冷源

工程使用串联主机在蓄冷槽上游的制冷模式，乙二醇溶液先流经主机，确保主机能在较高的蒸发温度下运行，提高能效比，促使总体能耗降低[1]。蓄冰装置采用不完全蛇形钢制盘管蓄冷模式运行，融冰时采用盘管内融冰系统，乙二醇溶液依次通过盘管内循环，由管壁将热量传给冰层，使盘管表面的冰层自内向外融化释冷，将溶液冷却到需要的温度[2]。蓄冰装置采用盘管外表面均匀融冰，不易形成水流死角，蓄冰装置不需要采取空气搅拌措施，蓄冷装置为现场组装式开式无压容器。

3.2 低温送风全空调系统

工程使用低温送风全空气单风道变风量空调系统，各系统按防火分区及功能分区设置空调机房及变风量空调机组，空气经机组处理后由风道送至各房间[3]。系统末端设置单风道型变风量末端装置，房间采用高诱导比低温风口送风、吊顶回风，气流组织为顶送顶回。末端装置采用可变定静压控制，空调系统新风与排风竖井均引至屋顶，在屋顶设置热回收机组，集中回收排风能量。每个空调系统均设有回风机，最大限度确保系统低温经济运行。

3.3 冰蓄冷系统

工程使用2 台双工况制冷机组、10 台蓄冰装置、2 组板式换热器、多个控制调节阀门以及检测单元，确保了系统正常。另外，结合基载制冷机组（离心水冷机组）衍生出多种协同供冷模式，确保了系统最大冷负荷时的制冷冷量，工程冰蓄冷串联系统原理见图1。冰蓄冷系统联动开关程序见表1。

图1 工程冰蓄冷串联系统原理

表1 冰蓄冷系统联动开关程序

3.4 冰蓄冷系统联动运行工况[4-6]

3.4.1 双工况制冷机组制冰

双工况制冷机组在低谷时段全负荷运行，冷量经乙二醇溶液在蓄冰装置中逐一形成蓄冰冷源，乙二醇不经过板式换热器提供负荷。双工况制冷机组仅用于夜间低谷制冰。

3.4.2 模式一：融冰单独供冷

双工况制冷机组停止运行，V2、 V3通过比例调节冰蓄冷装置的融冰速度。冷源经板式换热器进行冷源一二次侧转换。

3.4.3 模式二：主机单独供冷

双工况制冷机组启动运行，冰蓄冷装置的蓄冷回路关闭，冷源经旁通阀门联通板式换热器进行直接供冷。

3.4.4 模式三：主机与蓄冰装置联合供冷

双工况制冷机组启动运行，V2、 V3通过比例调节冰蓄冷装置的融冰速度，2 种叠加冷源经板式换热器进行冷源一二次侧转换。

3.4.5 模式四：主机制冰兼供冷

双工况制冷机组启动运行，冰蓄冷装置的蓄冷回路阀门打开，冷源经板式换热器旁通阀门比例调节冷量，一部分冷量用于制冰蓄冷，一部分经板式换热器进行直接供冷。该模式多用于过渡季节使用，冷负荷持续增加时开启基载制冷机组辅助。

3.4.6 以上4 种供冷运行模式与基载制冷机组依次组合供冷

工程系统还可提供融冰单独供冷与基载制冷机组组合供冷、主机单独供冷与基载制冷机组组合供冷、主机+蓄冰装置联合供冷、基载制冷机组+主机制冰兼供冷与基载制冷机组组合供冷的4 种系统工况。供冷总体控制要求遵循蓄冰装置先行投入、双工况制冷机组投入与蓄冰组合、基载制冷机组依次投入的系统原则，直至出现高温天气、最大冷源需求时段的全功率制冷输出。

4 结语

通过上述分析可以看出，新建工程通过冰蓄冷空调冷源结合低温送风全空调系统运行使用，最大限度降低了设备装机容量，并利用国家能源补贴政策及低谷电价差，有效控制了工程初期投资，超过常规空调部分投资均可在2 个供冷低谷电价中得到有效回收，寿命期的后续使用将节约数额可观的运营费用。该系统提供了安全的冷源制备、高品质的空调冷量供应，低温舒适的办公环境，收到了较好的经济效益。