广西中医学院一附院水蓄冷设计

黄孝军

华蓝设计（集团）有限公司

广西中医学院一附院水蓄冷设计

黄孝军

华蓝设计（集团）有限公司

本文以广西中医学院第一附属医院住院综合楼为例，分别配置常规空调方案及水蓄冷空调方案的冷热源设备，并对这两种空调设计方案的初投资及运行费用进行分析比较，根据计算数据得出结论，为设计师及业主以后在选择类似项目的空调方案时提供借鉴和参考。

常规空调 水蓄冷 冷热源设备 初投资 运行费用

1 项目简介

广西中医学院第一附属医院位于南宁市，总建筑面积约4.98万m2，地下一层为设备用房及车库；地上一至四层裙房为门诊用房及手术室；五至二十三层主楼均为病房。

南宁市地处夏热冬暖地区，本大楼设冷暖空调，夏季制冷，冬季仅五层以上供暖。空调系统全年运行分为3个时段：供暖期，1～2月份，约60天；制冷期，5～9月份，约150天；过渡期，3～4月份及10～12月份，约150天。一至四层裙房除手术室全年需要制冷外，其余均在制冷期每天使用空调8h，五层以上病房在制冷期需全天24h供冷，在供暖期需全天24h供暖，过渡期不需要空调。

经计算，本项目空调系统夏季计算总冷负荷为4952kW，其中手术室的冷负荷为696kW；四至二十三层空调房间冬季供暖计算总热负荷为1042kW。空调系统日逐时冷负荷如图1所示。

图1 空调系统日逐时冷负荷

2 常规空调设计方案

2.1 常规空调方案设备配置

南宁市最常规的冷暖空调设计方案是水冷冷水机组+风冷热泵机组，先按热负荷选择风冷热泵，制冷由水冷机组与风冷热泵共同负担，制冷时优先运行水冷冷水机组。根据本工程的空调冷热负荷，常规方案空调系统的冷热源设备配置如表1所示。

表1 常规空调设计方案冷热源设备组成

2.2 常规空调设计方案的不足

由图1可知，本项目制冷时白天跟晚上的空调系统冷负荷相差很大，如23:00时的冷负荷只占白天最大冷负荷的1643/4952=29.5%，即常规空调方案冷热源设备每天只有上班期间可能需要全开启，其余的16小时，70%左右的能力被闲置了。过渡季节及冬季，仅手术室需制冷，此时冷负荷很小，只能使用能效比较低的风冷热泵；为满足只有一两个手术室在使用空调时的工况，还须再单独配置小容量的风冷涡旋式热泵机组（如表1）。

3 水蓄冷空调设计方案

3.1 水蓄冷方案设备配置

本项目的负荷特点是制冷时晚上冷负荷比白天小，而供暖时晚上的热负荷比白天大，故不考虑供暖蓄热，只考虑制冷时蓄冷。这样就还是按空调系统的热负荷选择风冷热泵机组，选择2台与常规空调方案相同的风冷热泵机组。根据文献资料[1]，当蓄冷量大于7MW·h，或蓄冷容积大于760m3时，水蓄冷就是非常经济的。本项目根据场地情况，最大可以在本大楼旁边的地下设1个1800m3的蓄冷水池。根据文献[2]，每天的蓄冷量（用Qst表示）为：

式中：V为蓄冷水池的体积，m3；ρ为水的密度，取1000kg/m3；Cρ为水的比热，取4.19kJ/(kg·℃)；Tf为蓄冷水池内放冷结束时水的温度，取与冷水机组额定回水温度相同，为12℃；Tx为蓄冷水池内蓄冷结束时水的温度，取与冷水机组额定出水温度相同，为7℃；FOM为蓄冷水池的完善度，取85%；αV为蓄冷水池的体积利用率，取95%。

在本项目中，蓄冷水池的体积为1800m3，可计算得：Qst=8459 kW·h。南宁市的低谷电价时段是00:00～ 8:00，其余均为平时电价，则蓄冷时间为8h。根据图1可知，本项目空调系统冷负荷在上班期间最大，其余时段冷负荷很小，则按上班时间的8h平均放冷，每小时放冷量Qs=Qst/8=1057kW，需配置的冷水机组的容量为4952-Qs=3895kW，选择2台螺杆式水冷冷水机组，则每台水冷冷水机组的制冷量为（3895-风冷热泵机组的总制冷量）/2=1405kW。

根据计算，参考某主流设备厂家的样本，配置水蓄冷中央空调系统冷热源设备如表2。

表2 水蓄冷中央空调系统冷热源设备组成

3.2 水蓄冷系统流程图

水蓄冷空调系统的流程图如图2所示。图中F1～F4均为手动蝶阀，F1及F2在手术室需要制冷时打开，需要供暖时关闭，F3及F4在手术室需要供暖时打开，需要制冷时关闭，图中标注的其余阀门均为电动蝶阀，采用自动控制，具体运行控制详表3。

表3 水蓄冷空调系统运行工况表

图2 空调水系统流程图

4 两种空调方案分析比较

4.1 初投资及配电量

根据表1及表2，估算出两个方案冷热源设备的初投资及额定配电功率如表4。

表4 空调方案冷热源设备的初投资及配电功率

4.2 运行情况

两种空调方案各种工况下冷热源设备的运行情况如表5。

表5 两种空调方案冷热源设备运行情况

4.3 运行费用

经考察发现，本大楼各空调区域都是100%的同时使用率，为简化计算，假定空调系统冷热源设备的耗电量与主机的负荷输出成线性关系，根据图1的负荷情况及表5的设备运行情况，计算出两种方案的耗电量如表6。

表6 两种空调方案100%负荷时冷热源设备的耗电量

南宁市的用电政策是：丰水期，5～9月份，商业电价平时0.78元/kW·h，低谷电价0.26元/kW·h；枯水期，1～4月份及10～12月份，商业电价平时1.03元/ kW·h，低谷电价0.47元/kW·h（低谷电价只有在设蓄冷时才能享受，如果没有设蓄冷，所有时段的电价按平时电价）。根据表6的数据及上面的电价，计算出两种空调方案在100%负荷时冷热源设备每年的运行费用如表7。

表7 两种空调方案冷热源设备年运行费用（万元）

5 结论

1）水蓄冷空调方案与常规空调方案相比，不仅能大大降低运行费用，也能降低系统的配电量，但初投资及耗电量会增加。从表5～表7可知，水蓄冷方案的配电量比常规空调方案约降低18%，每年节约运行费用为66.9万元，初投资多了122.5万元，多出的投资静态回收期为122.5/66.9=1.83年。

2）水蓄冷方式非常容易满足过渡季节及冬季手术室单独制冷的使用要求，运行费用也很低。过渡季节以及冬季在病房需供暖时，手术室仍需制冷，此时采用水冷机组低谷时段蓄冷，峰谷时放冷及放冷水泵变频控制可以轻易地满足使用要求，也非常节能。

3）根据目前广西的电价政策，需全天24h运行空调的宾馆、医院住院楼等建筑，采用水蓄冷方式能给使用方节约较大的运行费用。从表6及表7可知，即使两种方案供暖的运行情况及耗电量完全一样，水蓄冷方案的运行费用也要比常规方案少18%左右，原因是南宁市只对使用蓄冷方式的空调系统才有低谷电价，如果采用水蓄冷，其夜间低谷时段没有参与蓄冷的空调系统运行时的电价也可以享受低谷电价。

[1]Charles E D,James S E.Design guide for cool thermal storage [J].ASHRAE Trans,1993,99(2):798-804

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册(2版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008

De s ign of Air Conditioning Sys te m w ith Chille d Wa te r Stora ge for Firs t Affilia te d Hos pita l of Gua ngxi Tra ditiona l Chine s e Me dic a l Colla ge

HUANG Xiao-jun
Guangxi Hualan Design&Consulting Group

Taking the complex inpatient building of the First Affiliated Hospital of Guangxi Traditional Chinese Medical Collage for example,this paper is intended to show the designs of conventional central air conditioning system and the cold and heat source equipments in the chilled water storage air conditioning system.As a result,this paper provides reference for similar air conditioning schemes for designers and owners by comparing and analyzing the initial investment and operation cost of the three design schemes,and drawing a conclusion based on the calculation data.

conventional central air conditioning system,chilled water storage,cold and heat source equipments,initial investment,operation cost

1003-0344（2015）05-094-4

2014-7-6

黄孝军（1970～），男，本科，高工；南宁市华东路39号华蓝设计公司大楼13楼（530011）；E-mail:957387059@qq.com