深圳某办公冰蓄冷空调设计思路及运行策略分析

2020-05-13郭星

中国设备工程 2020年8期

郭星

（上海兴筑建筑设计有限公司，上海 200000）

1 项目概况

项目位于广东省深圳市，总建筑面积约7 万平米，为一栋超高层办公楼，地上32 层，地下3 层，建筑高度为162.4m。地下一层为架空休闲空间及办公大堂，地下二为职工餐厅及厨房，地下三层为机动车库及设备用房，地上一层为商业用房，地上二层及以上均为研发办公用房。本项目制冷机房及配套设备房间位于地下三层。

2 冰蓄冷方案可行性分析

从市政电力系统角度看，冰蓄冷中央空调在平衡电网负荷、移峰填谷方面的巨大作用已得到了印证，从项目运行费用角度分析，冰蓄冷系统可节约大量电费。冰蓄冷空调在国内项目中得到广泛推广和大量应用，技术已相对成熟。本项目在方案阶段，从以下三个方面对冰蓄冷方案进行了可行性分析。

（1）深圳的电价政策。深圳市执行峰谷电价政策，具体的峰谷电价制度及收费标准详见表1：

表1 深圳市峰谷电价表

（2）本项目为典型的办公类建筑，空调负荷主要集中在工作日日间，其余时段负荷较少。其负荷特征与蓄冷空调的适用性匹配度很高。

（3）根据以往的项目经验，深圳地区办公类建筑全年的空调运行时间为300 天以上，冰蓄冷空调较常规空调节省的运行费用相当可观。

3 蓄冰方式

常规冰蓄冷空调系统的运行模式分为全部蓄冷模式和部分蓄冷模式。全部蓄冷模式在谷电时段储存全部的空调日冷负荷，在峰电和平电时段空调主机不运行，靠融冰满足全部冷负荷。部分蓄冷模式则是在谷电时段储存部分冷量，平日的空调负荷部分由融冰负担，部分仍由制冷机组承担。全部蓄冷模式运行费用低，但是，初期投资大，系统主机容量、储冰容量和配套设备容量大，对机房空间要求也相应很高。部分蓄冰模式在节省电费上优势较全部蓄冰小，但制冷机组容量小，机组的利用率高，可节省不小的机房面积和初投资。项目最终决定采用部分蓄冰模式。冰蓄冷空调中常用的蓄冰装置有冰球、冰桶、冰盘管等。冰球的售价较低，但释冰有效使用率较低，常用于需要降低初投资的场合；冰盘管价格较高，其有效使用率也很高，盘管较冰球使用寿命长，蓄冰槽可配合土建设计，常用于蓄冰空间紧张，对机组有效利用率要求高的场合；冰桶的有效使用率较冰球更低，但蓄冷性能最高，释冷平稳，价格也最高，常用于空调负荷持续高位的场合，在项目用常常与三级离心机组匹配使用。结合项目的特性及机房场地要求，本项目决定采用冰盘管的蓄冰装置。

4 冰蓄冷空调容量计算

根据华电华源负荷计算软件，HDY-SMAD 暖通空调负荷计算及分析软件V1.92.003 版计算，本项目空调冷负荷为9904.69kW，空调面积冷指标为154W/m2。设计日空调冷负荷为：31343RT×h。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB50736-2012》附录J，部分蓄冰模式下，蓄冰装置有效容量和制冷机标定制冷量可按下列公式计算：

QS为蓄冰装置的有效容量（kWh）；n1为夜间制冷机组在制冰工况下运行的小时数（h）；cf为制冷机制冰时制冷能力的变化率；qc为制冷机的标定制冷量（空调工况）（kWh）；qi为建筑物逐时冷负荷（kW）；n2为白天制冷机在空调工况下的运行小时数（h）。

根据计算结果，考虑本项目的建筑功能、夜间荷载和业主的使用要求，本项目设置1 台制冷量为1000RT 的离心式基载主机，2 台制冷量1200RT 的离心式双工况主机（蓄冷工况制冷量：733RT）。蓄冰槽蓄冷量为：11393 RT×h，蓄冰装置的有效容量为11280RT，冰槽释冷供冷量约占设计日空调冷负荷的34%，满足绿建二星中对部分蓄冷空调系统蓄冰量大于30%空调冷负荷的要求。冰蓄冷空调系统计算结果详见表2。

表2 冰蓄冷空调设计日负荷平衡表

5 冰蓄冷系统流程

在制冷主机与蓄冰装置串并联的确定阶段，考虑并联流程可以最大化发挥制冷主机和蓄冰装置的效率，但对机组入口温度的稳定性要求较高，负荷波动时，流量分配及温度控制均较为复杂；串联流程在满负荷和部分符合条件下都可以保证系统的平稳运行，供冷温度稳定且控制较为简单。制冷主机上游的串联方式，主机出水温度较制冷主机下游温度高，冷机制冷效率高，更为节能，因此，最终选择制冷主机位于蓄冰装置上游的串联流程，综合比较，此系统最为经济、稳定且便于管理。

6 运行策略分析

部分蓄冷空调系统常用的运行策略包括冷机优先，融冰优先和优化控制三种。冷机优先是当空调负荷大于基载负荷时，优先开启双工况主机制冷模式，当主机冷量不满足时，辅以冰槽融冰制冷。这种运行方式下冷机的利用率最高，冰槽体量较小，系统运行平稳，控制方式简单成熟。融冰优先是在空调负荷大于基载负荷时，优先利用冰槽融冰负担。当冰槽蓄冷量释放完毕，再由制冷机组承担冷负荷。这种运行方式极大地利用了冰槽蓄能，在节省电费上的优势突出。但由于融冰释冷的延时性，需要提前对冷负荷进行预测分析，系统的控制实施难度较大。优化控制是在经济最优的前提下，依据电费政策和空调负荷预测，由计算机分析提出最优的控制模式，既最大限度地保证了蓄冷系统的优势，使系统运行电费最低，又可及时融冰满足空调负荷，是一种最理想的运行模式。融冰优先和优化控制可靠运行的前提是对空调冷负荷的准确预测，这需要计算机软件的成熟配合，对自控软件和运行管理人员的要求很高。在本项目初期，推荐采用较为成熟的冷机优先的运行策略，设计日各负荷情况下的具体运行详见表2。后期随着运行经验的累积以及自控系统的完善，建议业主逐步向融冰优先的运行策略转化，直至实现优化控制的运行模式，从而最大限度地体现冰蓄冷系统在节省电费上的优势。