南昌地铁大厦冰蓄冷空调的节能经济技术分析

文／赵晖 江西同济建筑设计咨询有限公司 江西南昌 330077

1、工程概况

南昌地铁大厦是一栋包含轨道交通指挥控制中心系统用房、会议及甲级标准办公写字楼的综合建筑，属超高层，建筑总高度为189米，总建筑面积约为13万平米。整栋建筑地上共计45层（包括避难层及屋顶机房层），地下3层，裙房5层，主楼共40层（计避难层及屋顶机房层），三层地下室均为汽车库和设备用房（地下三层局部战时为人防物资库）；一层西北角设为控制中心的门厅，二、三、四层和五层部分用房为控制中心用房，地下二层设有控制中心的设备用房，控制中心建筑面积总计20800平方米左右。6-45层塔楼包括标准办公楼、厨房、餐厅。

2、空调系统设计

2.1 室内设计计算参数

表1

2.2 办公主楼的空调系统

标准层办公位于地铁大厦的六至四十五层，建筑面积约为8万平米，空调总冷负荷约9500 kW，冬季空调总热负荷为7500kw。本工程办公主楼的空调冷源采用冰蓄冷系统。本工程机房按冰蓄冷空调分量蓄冰模式设计，双工况主机和盘管为串联方式，主机位于盘管上游。空调系统需配备额定空调工况制冷量为3067kw (制冰工况为2035kw)的双工况冷水机组2台，另配备额定空调工况制冷量1037kw的常规螺杆机组一台。1台基载制冷主机与2台双工况主机、蓄冰装置、板式换热器、乙二醇泵等设备组成冰蓄冷系统。冰蓄冷系统可以按以下5种工作模式进行：a.双工况主机制冰基载主机供冷模式；b.双工况主机单独制冰模式；c.主机与蓄冰装置联合供冷模式；d.融冰单独供冷模式；e.主机单独供冷模式【1】。考虑到控制中心空调系统运行的安全可靠性，利用办公主楼的冰蓄冷装置作为备用冷源。系统原理图见图1。

图1 地铁大厦办公主楼冰蓄冷空调冷水系统原理图

本工程标准层办公楼的冬季空调总热负荷为7500kw.选用3台燃气真空热水锅炉，每台2500kw,气源为天然气，天然气用量210Nm3/h。真空热水锅炉的进、出水温度为50/60℃。

2.3 标准层办公的空调水系统

根据业主使用楼层情况，考虑大楼功能、用户单元划分、计量、管理等综合因素。大楼空调水系统采用四管制异程式系统，分为3个区，1～17层为低区，19～33层为中区，35～45层为高区，高、中区的冷热水由板式换热器换热提供，热水换热机房设于18层（第二避难层）。冷水换热一次侧供回水温度5/12℃，二次侧供回水温度6.5/13.5℃；热水换热一次侧供回水温度60/50℃，二次侧供回水温度58/48℃。

3、冰蓄冷空调系统的技术经济分析

（1）标准层办公位于地铁大厦的六至四十五层，建筑面积约为8万平米，空调总冷负荷约9500 kW，冬季空调总热负荷为7500kw。夏季空调设计日逐时冷负荷图如下图2所示【2】：

图2 设计日逐时负荷

（2）冰蓄冷机房的运行策略：根据南昌市峰谷电价政策：低谷时段为23:00～次日5:00，电价为0.4元/kW.h，尖峰时段为17:00～23:00，电价为1.2元/kW.h，其余为平段时间，电价为0.8元/kW.h.。尽量利用低谷低价蓄冷，白天融冰供冷，尽量减少白天高峰时期的用电量，蓄能机房在100%负荷下的运行策略见下图3：

图3 100%负荷设计日运行策略

（3）机房初投资比较

1）冰蓄冷中央空调系统的初投资

冰蓄冷系统采用制冷主机优先运行的部分负荷冰蓄冷策略，设备选型及初期投资费用详见下表2：

表2

2）常规电制冷冷水机组中央空调系统

表3

（4）空调冷热源运行费用比较

1）冰蓄冷空调日运行费用计算：

a) 100%负荷设计日运行费16410元/天：根据冰蓄冷空调系统100%负荷运行策略计算，

b) 75%负荷设计日运行费11307元/天：根据冰蓄冷空调系统75%负荷运行策略计算

c) 50%负荷设计日运行费9025元/天：根据冰蓄冷空调系统50%负荷运行策略计算

d) 25%负荷设计日运行费5070元/天：根据冰蓄冷空调系统25%负荷运行策略计算

注：按总供冷天数为150天考虑。

表4

2）常规电制冷日运行费用计算：

a) 100%负荷设计日运行费24870元/天：具体计算结果详见表5：

表5

b) 75%负荷设计日运行费16911元/天：

c) 50%负荷设计日运行费11191元/天：

d) 25%负荷设计日运行费5086元/天：

（5）两种方案初投资和运行费用比较

见表6

表6

结语：

采用冰蓄冷空调系统，利用峰谷荷电价差，平衡电网负荷，大大减少空调年运行费，综合初投资比常规冷水机组系统略高，但冰蓄冷机房的年运行费用比常规电制冷冷水机组低69.6万，约4.6年即可回收成本，长期的综合效益非常显著。