上海某展馆空调冷热源的改造方案

2019-07-10汤国芳

城市建设理论研究（电子版） 2019年1期

汤国芳

上海联创设计集团股份有限公司上海 200093

1、项目背景及工程概况

展馆建筑面积98051平方米，其中一号楼建筑面积88067平方米，总高度40米，地上部分62214平方米，主要功能为展厅、影院等；地下部分25853万平方米，主要功能为商店、展厅及设备辅助用房等；二号楼建筑面积9984平方米，地上主要功能为会议室、办公室及锅炉房等；地下一层主要功能为制冷机房等设备用房。

展馆18年的不间断运行，使建筑物内外不可避免地出现了老化问题，设备设施大部分已经超过或接近使用寿命，部分元件失效，设备故障率高，且缺乏功能上的先进性，需要对展馆进行整体更新改造。

本文主要分析1号楼的空调冷热源运行现状，从实际运行需求出发，提出空调冷热源改造方案，满足现行节能、环保规范及达到改造建筑绿建评星相关要求。

2、冷热源的现状

2.1 冷热源介绍

展馆1号楼采用4台制冷量550RT双工况螺杆式制冷机组+10套钢盘管冰槽（每套蓄冰量924RTH）供冷。设备均位于2号楼地下一层制冷机房内。与制冷机组匹配的4台冷却塔，位于2号楼四楼平台。空调冷冻水系统为二次泵定流量系统，通过天桥供给1号楼。

供暖系统采用两台2960kW和一台1172kW的燃气承压热水锅炉（1号楼、2号楼共用），供回水温度为95℃/70℃，额定热效率为90%。

2.2 存在的问题

（1）原双工况制冷机组所采用冷媒R22为非环保冷媒。

（2）双工况制冷机组COP不满足现行节能规范。《上海市公共建筑节能设计标准》（DGJ08-107-2015) 规定名义制冷量大于1163kW的螺杆式冷水机组COP不低于5.6。

四台制冷机组同一型号，制冷工况额定 COP 为 5.3，低于规范要求；蓄冰工况额定 COP 为 3.4。

根据2016年制冷机组的运行数据记，计算出夏季某日各冷机的COP，从下表可以看出 4 台冷机的性能较差，COP 远远没有达到额定值。率 79.4%。说明夜间蓄冰量不足，没有充分利用蓄冰体。

图2 逐时供冷量及蓄冰量变化

图1 典型日制冷及蓄冰工况下冷机COP

（3）夜间蓄冰量不足，没有充分利用蓄冰槽。

冰槽蓄冰量采取液位计测量，液位计长时间使用，精度降低、误差较大，导致实际蓄冰量没有达到设定值时，提前结束蓄冰。从制冷机房运行记录上看，蓄冰结束时间在2：30～4：30，对谷电时间利用不充分，没有将蓄冰系统的经济优势发挥到最大。

分析2016年全年的运行记录，可以得到逐日供冷量及蓄冰量，如图2 所示。供冷季平均蓄冰量为 4604RTh，远低于设计值9240RTh。全年冷负荷转移率为 39.3%，远低于最大年冷负荷转移

（4）据物业人员反映及运行记录显示，夏季供冷的运行策略是：先融冰供冷，融冰结束后，开启双工况制冷机组单独供冷。当8：00～18：00室外平均温度高于34℃时，14：00左右融冰结束，这时开启主机供冷，14：00～15：00一般是尖峰负荷出现的时刻，很难满足负荷需求，出现供冷不足的现象。

（5）蓄冰槽保温材料老化，出现外表面结露现象；冰槽底部基础、冰槽外表面金属构件锈蚀严重。两套冰槽钢盘管锈蚀，乙二醇溶液泄漏，2018年底更换成两套塑料盘管冰槽（每套蓄冰量924RTH）。

（6）冷却塔设备老化严重、故障率高。

（7）锅炉热效率不满足现行节能规范，《上海市公共建筑节能设计标准》（DGJ08-107-2015) 规定额定热功率小于等于1.4MW的燃气锅炉额定热效率不低于90%；额定热功率大于1.4MW的燃气锅炉额定热效率不低于92%。从2016年1月30日到2月4日锅炉房运行记录上的数据分析，锅炉实际热效率只有81.8%，远低于规范值，且低于额定值。

（8）锅炉烟囱排放标准不满足现行规范。

3、冷热源改造方案

3.1 冷热负荷计算值

室外空气计算参数、室内空调设计参数根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)进行调整，并根据围护结构参数的调整，重新计算空调冷热负荷。

最大小时冷负荷为10400kW（2957RT），设计日总负荷为101068kWh（28737RTH）；热负荷：5165kW。

3.2 冷源改造方案

上海峰谷电价差距明显，峰电价约为谷电价的3.3～4.2倍，详见表1，采用冰蓄冷具有明显的经济效益，所以1号楼冷源改造方案仍采用冰蓄冷系统。根据现状存在的问题及冷负荷计算值，优化双工况制冷机组及冰槽的配置。

表1 上海峰平谷电价

（1）设备配置

通过公式1计算得出双工况制冷机组制冷量为1890RT，根据公式2及制冷量1890RT，得出制冰量为1129RT。

式中 qc——制冷机的标定制冷量（空调工况），kW;

Q——设计日冷负荷，kWh;

n2——白天制冷机在空调工况下运行小时数，取10h;ni——夜间制冷机在制冰工况下运行小时数，取8h;cf——制冷机制冰时制冷能力的变化率，取0.65;

本次大修变压器不做调整，制冷机组台数只能是偶数，且采用环保冷媒的双工况机组制冷量一般在600RT以上，故采用两台制冷量960RT的双工况离心式变频制冷机组（制冷工质R134a），单台机组的最大制冰量为661RT。

空调冷源采用双工况主机上游、蓄冰装置下游的串联循环流程，内融冰盘管采用不完全冻结式，可以保证主机制冷后再经过盘管冰槽的乙二醇溶液出口温度稳定在3.5℃，主机置于循环回路的上游，提高了主机的蒸发温度，同时提高了主机的效率。末端供回水温度为4.5℃/14.5℃，如将主机乙二醇回液温度定为12℃，主机会因温差大而流量小导致制冰不均匀，将乙二醇溶液回液温度定为11.5℃。两台双工况离心式变频制冷机组在空调标况下（供回液温度7/12℃）制冷量为960RT，当回液温度为11.5℃时，双工况主机的实际制冷量为946RT。

国标工况COP为6.3，运行工况75%负荷时COP为7.7，50%负荷时COP可达到11.41。制冰工况时，供回液温度为-2.14/-5.6℃ ，冷却水温为30/33.6℃，COP为4.0。

对设计日主机供冷量和融冰供冷量进行逐时分配，主机供冷量均为1892RT，根据逐时冷负荷确定融冰供冷量。设计日所需最小总融冰供冷量为9817RTH。

为保证冰槽间阻力相同且蓄冰融冰速率相同，将原8套钢盘管冰槽更换为n套924RTH的塑料盘管冰槽，根据双工况主机的制冰量，并考虑10%的冰槽余量，确定n为10.6套。因制冷机房有冰槽扩容的条件，可将原8套冰槽更换为11套924RTH的塑料盘管冰槽，扩容18%（2018年更换的两套保留）。双工况主机与冰槽的配置能提供的实际制冰量为10576RTH，与设计日所需最小总融冰供冷量相比，有759RT的富余量，可减少双工况制冷机组白天供冷量。蓄冰率（蓄冰量与空调日负荷之比）约为36.8%，小时最大融冰率为14%，冷源调整配置后可提供的最大小时供冷量为3372RT。

根据冷水机组的变化重新配置冷却塔容量，并根据屋面通风条件合理布置冷却塔基础。

从2号楼制冷机房出来的冷冻水通过天桥输送到1号楼，系统作用半径较大、设计水流阻力较高，采用变流量二级泵系统，二级泵设置在1号楼地下室，将二次泵更换为变频泵。

（2）运行策略调整

设计日系统逐时运行策略为融冰与主机联合供冷，当8：00～18：00双工况主机满负荷供冷时，蓄冰量有759RT的富裕量，因8：00～11：00为峰值电价，在这个时段减少主机供冷量，增加融冰供冷。详见图3。

图3 设计日运行策略图

部分负荷时，按照融冰优先的模式进行，即每个小时的融冰量相等，当负荷高于平均融冰量时，双工况主机开启；当负荷低于平均融冰量时，双工况主机停掉。最大限度地减少主机在电力高峰期的运行时间，从而减少系统的运行费用。实现方法：将主机回水温度设定在6.3℃（根据乙二醇流量，冰槽出口乙二醇温度3.5℃及平均融冰量确定），当主机回水温度高于6.3℃时，双工况主机开启，主机和蓄冰槽联合供冷；当主机回水温度低于6.3℃时，主机停掉，蓄冰槽单独供冷。