文/譚悅龍

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隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 人民的生活水平不斷地提高,人們對(duì)生活的環(huán)境質(zhì)量也提出越來越高的要求, 空調(diào)己越來越多的進(jìn)入人們生活中?？照{(diào)系統(tǒng)是耗能大戶, 約占整個(gè)建筑總能量1/3以上, 對(duì)城市的電力系統(tǒng)造成了很大的負(fù)擔(dān)，很大程度地影響了城市電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了盡可能削平用電高峰負(fù)荷，提高低谷負(fù)荷，很多國(guó)家和地區(qū)都實(shí)行了分時(shí)電價(jià)政策。目前，我國(guó)除西藏等個(gè)別地區(qū)外，基本實(shí)行了分時(shí)電價(jià)，且峰谷電價(jià)相差各地區(qū)不等，在歐美一些國(guó)家的峰谷電價(jià)相差可高達(dá)到10倍。

水蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)是用水作為介質(zhì)，將夜間電網(wǎng)多余的谷段電力（低電價(jià)時(shí)）與水的顯熱相結(jié)合來蓄冷，以低溫冷凍水形式儲(chǔ)存冷量，并在用電高峰時(shí)段（高電價(jià)時(shí)）使用儲(chǔ)存的低溫冷凍水來作為冷源的空調(diào)系統(tǒng)，從而達(dá)到電力移峰填谷的目的。由于電力部門實(shí)施分時(shí)電價(jià)優(yōu)惠政策，水蓄冷空調(diào)技術(shù)的運(yùn)行費(fèi)用比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)低，分時(shí)電差價(jià)越大，用戶得益越多。采用水蓄冷空調(diào)技術(shù)，業(yè)主并不一定節(jié)省用電量，但能減少運(yùn)行費(fèi)用，更重要的是有利于國(guó)家電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，國(guó)家把它作為一種節(jié)能環(huán)保技術(shù)大力推廣。

項(xiàng)目概況

邯鄲文化藝術(shù)中心位建筑總面積119 371 m2，占地170 000 m2。其中，大劇院42 647 m2，觀眾席位3層1 567座，能夠接待國(guó)內(nèi)外高水平演出團(tuán)體，同時(shí)可以滿足“兩會(huì)”等大型會(huì)議的需求。博物館30 679 m2，圖書館30 643 m2，城市規(guī)劃展館10 141 m2，經(jīng)邯鄲營(yíng)用房5 261 m2。項(xiàng)目概算投資近12億元，是河北省3年大變樣百項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目之一，是體現(xiàn)歷史文化和現(xiàn)代城市文明的地標(biāo)性建筑。項(xiàng)目建成后，對(duì)于提升城市品位和建設(shè)四省交界區(qū)域經(jīng)濟(jì)中心城市有著重要意義。

邯鄲文化藝術(shù)中心工程按舒適性空調(diào)設(shè)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)采用水系統(tǒng)，考慮夏季降溫、冬季采暖。美的中央空調(diào)為邯鄲文化藝術(shù)中心提供的方案，綜合了邯鄲文化藝術(shù)中心的各區(qū)域的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，選用3臺(tái)大溫差型離心式冷水機(jī)組（其中1臺(tái)為變頻離心機(jī)）+ 2臺(tái)R134a環(huán)保冷媒干式螺桿機(jī)組的方案，包括3臺(tái)500 RT大溫差型離心式冷水機(jī)組（13.5 ℃進(jìn)水，5.5 ℃出水），2臺(tái)350 RT的大溫差干式螺桿機(jī)組（13.5 ℃進(jìn)水，5.5 ℃出水）。

方案設(shè)計(jì)

邯鄲文化藝術(shù)中心項(xiàng)目為博物館區(qū)域和大劇院等區(qū)域（含大劇院、規(guī)劃展覽館、圖書館及預(yù)留經(jīng)營(yíng)用房）分別設(shè)置制冷機(jī)房，冷源均采用水冷式電驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組。博物館區(qū)域的制冷系統(tǒng)設(shè)2 臺(tái)制冷量為350 RT的螺桿式冷水機(jī)組，冷凍水供回水設(shè)計(jì)溫度為5.5/13.5 ℃，冷卻水進(jìn)出水設(shè)計(jì)溫度為32/37 ℃。為每臺(tái)制冷機(jī)一對(duì)一配備冷凍水定流量循環(huán)泵和冷卻水定流量循環(huán)泵，可通過閥門轉(zhuǎn)換互為備用。大劇院等區(qū)域的制冷系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象含大劇院、規(guī)劃展覽館、圖書館及預(yù)留經(jīng)營(yíng)用房，設(shè)3 臺(tái)制冷量為1 755 kW（約500 RT） 的離心式冷水機(jī)組，供冷時(shí)蒸發(fā)器進(jìn)出口設(shè)計(jì)溫度為13.5/5.5 ℃，蓄冷時(shí)蒸發(fā)器進(jìn)出口設(shè)計(jì)溫度為12/4 ℃，冷凝器進(jìn)出水設(shè)計(jì)溫度32/37 ℃。設(shè)3 臺(tái)1次冷凍水定流量循環(huán)泵，與制冷機(jī)對(duì)應(yīng)開啟，并聯(lián)運(yùn)行，互為備用。采用部分負(fù)荷水蓄冷系統(tǒng)，利用水容積約1 060 m3的消防水池兼做蓄冷水池，采用垂直溫度分層方式。按蓄冷溫度為4 ℃，放冷時(shí)回水溫度12 ℃設(shè)計(jì)，水池理論蓄冷量約為2 800 RTH， 實(shí)際有效放冷量約2 300 RTH 。供給末端的冷凍水供回水設(shè)計(jì)溫度為5.5/13.5 ℃，采用2級(jí)泵系統(tǒng)。主要包括制冷主機(jī)、蓄水池、板式換熱器、水池側(cè)蓄冷放冷泵、板換2次側(cè)的放冷泵、與制冷主機(jī)對(duì)應(yīng)的冷凍泵和冷卻泵、2次泵組等設(shè)備。同時(shí)供冷時(shí)制冷主機(jī)和蓄冷裝置為并聯(lián)，按水池供冷優(yōu)先的方式運(yùn)行。設(shè)3 臺(tái)冷卻水定流量循環(huán)泵，與制冷機(jī)對(duì)應(yīng)開啟，并聯(lián)運(yùn)行，互為備用。在蓄水池側(cè)設(shè)置2 臺(tái)變流量蓄冷放冷循環(huán)泵，互為備用。蓄冷時(shí)定流量運(yùn)行，放冷時(shí)根據(jù)板換二次側(cè)的出水溫度變流量運(yùn)行。設(shè)1 臺(tái)放冷用板式換熱器，設(shè)計(jì)換熱量為1 406 kW（ 約400 RT）。在板式換熱器二次側(cè)設(shè)2 臺(tái)并聯(lián)的定流量冷凍水循環(huán)泵，作為滿足末端系統(tǒng)的基礎(chǔ)負(fù)荷可連續(xù)運(yùn)行，并可通過臺(tái)數(shù)控制調(diào)節(jié)放冷量。

邯鄲文化藝術(shù)中心空調(diào)采暖水系統(tǒng)采暖采用市政熱源，水溫95/70 ℃。市政熱媒管道承壓1.2 MPa。在博物館大劇院等區(qū)域（含大劇院、規(guī)劃展覽館、圖書館及預(yù)留經(jīng)營(yíng)用房）分別設(shè)換熱站。2次水溫60/50 ℃，空調(diào)冷熱水采用2管制，并為冬季采暖（散熱器和輻射地板）系統(tǒng)設(shè)獨(dú)立的供回水管道，所有管路為異程式，豎向不分區(qū)。博物館區(qū)域和大劇院等區(qū)域冬季空調(diào)采暖采用熱水循環(huán)泵變流量運(yùn)行,末端裝置（如空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管、散熱器）設(shè)自控閥（調(diào)節(jié)型或通斷型）根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)流量。采暖熱水分區(qū)供給大劇院、規(guī)劃展覽館、圖書館及預(yù)留經(jīng)營(yíng)用房，每區(qū)域均設(shè)置熱計(jì)量表，可實(shí)現(xiàn)分區(qū)域計(jì)費(fèi)?？偀嶝?fù)荷8 153 kW。

邯鄲文化藝術(shù)中心風(fēng)機(jī)盤管采用風(fēng)機(jī)就地手動(dòng)控制、盤管水路2通閥就地自動(dòng)控制，部分風(fēng)機(jī)盤管分組群控。冷水機(jī)組等機(jī)電一體化設(shè)備由機(jī)組所帶自控設(shè)備控制，集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備群控和主要運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。制冷機(jī)房、空調(diào)泵房、室外冷卻塔機(jī)房等處的設(shè)備在機(jī)房控制室集中監(jiān)控，但主要設(shè)備的監(jiān)測(cè)納入樓宇自動(dòng)化管理系統(tǒng)總控制中心。其余暖通空調(diào)動(dòng)力系統(tǒng)采用集中自動(dòng)監(jiān)控，納入樓宇自動(dòng)化管理系統(tǒng)。采用集中控制的設(shè)備和自控閥均要求就地手動(dòng)和控制室自動(dòng)控制，控制室能夠監(jiān)測(cè)手動(dòng)/自動(dòng)控制狀態(tài)。

邯鄲文化藝術(shù)中心冷水機(jī)組與相關(guān)的電動(dòng)水閥、冷卻水泵、空調(diào)一次冷水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等的電氣聯(lián)鎖控制。根據(jù)系統(tǒng)需冷量的變化，控制冷水機(jī)組及對(duì)應(yīng)的空調(diào)水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。大劇院區(qū)域的空調(diào)冷水2次泵：根據(jù)系統(tǒng)壓差控制其轉(zhuǎn)速，根據(jù)系統(tǒng)流量控制運(yùn)行臺(tái)數(shù)。由冷卻水溫控制冷卻塔風(fēng)機(jī)啟停。

邯鄲文化藝術(shù)中心根據(jù)系統(tǒng)需熱量的變化，控制換熱機(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。根據(jù)換熱器二次側(cè)供水溫度調(diào)節(jié)一次側(cè)水路電動(dòng)閥的開度，根據(jù)供回水壓差控制循環(huán)泵變頻。根據(jù)流量控制循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)。

方案比較

邯鄲文化藝術(shù)中心項(xiàng)目蓄冷方式可選水蓄冷與冰蓄冷2種方案，如表1所示。

經(jīng)過2種方案的優(yōu)劣性的對(duì)比，在考慮邯鄲文化中心項(xiàng)目本身自有條件的實(shí)際情況下，選擇水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的方案。

方案分析

邯鄲文化藝術(shù)中心項(xiàng)目在應(yīng)用大溫差小流量技術(shù)方案的基礎(chǔ)上采用了水蓄冷的技術(shù)方案，大大提升了整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能能力。由于建筑物一天內(nèi)實(shí)際空調(diào)負(fù)荷變化很大，有的是連續(xù)空調(diào)，有的是間歇空調(diào)。對(duì)于無蓄冷的空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)冷、熱源設(shè)備是按設(shè)計(jì)日峰值負(fù)荷選定的。這些設(shè)備具有在極短的峰值負(fù)荷時(shí)，能充分發(fā)揮其效益，而在大部分情況,均在部分負(fù)荷下運(yùn)行。其次，由于空調(diào)的集中使用，尤其是炎熱的夏季，空調(diào)負(fù)荷極不平衡，用電峰谷現(xiàn)象加劇, 這一方面造成高峰時(shí)電力緊張，電力設(shè)備超載運(yùn)行，而另一方面低谷時(shí)電力過剩，又造成很大的浪費(fèi)，整個(gè)電網(wǎng)效率低。在此項(xiàng)目中采用水蓄冷技術(shù)，從而確定合理的設(shè)備配置，不僅能節(jié)省初投資，同時(shí)能減少運(yùn)行費(fèi)用，緩解高峰時(shí)用電緊張，是行之有效的優(yōu)質(zhì)的空調(diào)系統(tǒng)方案。

表1 水蓄冷與冰蓄冷系統(tǒng)方案的對(duì)比

根據(jù)邯鄲市實(shí)施的峰谷電價(jià)政策，谷段僅是峰段電價(jià)的1/3，為充分利用峰谷電價(jià)政策，節(jié)約電費(fèi)成本，綜合考慮工程投資成本，本項(xiàng)目采用水蓄冷集中空調(diào)系統(tǒng)供冷空調(diào)方式。水蓄冷方案優(yōu)勢(shì)在于:根據(jù)文化中心的空調(diào)運(yùn)行特點(diǎn)，即只需白天進(jìn)行空調(diào)供冷，因而可以在夜間用電低谷期進(jìn)行蓄冷，白天用電高峰期時(shí)進(jìn)行放冷，即將白天的電力負(fù)荷轉(zhuǎn)移到夜晚，實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷的削峰填谷，有著較高的社會(huì)效益。充分利用峰谷電價(jià)差，在夜間低谷期開機(jī)儲(chǔ)蓄冷量替換白天用電高峰期間空調(diào)冷量，從而大大節(jié)省運(yùn)行電費(fèi)，有著較高的經(jīng)濟(jì)效益。采用水蓄冷系統(tǒng)時(shí)，制冷主機(jī)的選型可根據(jù)沒有采用水蓄冷系統(tǒng)方案時(shí)設(shè)計(jì)日峰值負(fù)荷的制冷量減去水蓄冷在設(shè)計(jì)日峰值補(bǔ)充的制冷量進(jìn)行選擇，可選擇制冷能力較小的主機(jī)，減小設(shè)備的初投資。水蓄冷時(shí)，制冷主機(jī)的蒸發(fā)溫度與常規(guī)制冷運(yùn)行模式相比基本沒有降低，即保持較高的運(yùn)行效率，約為80%（冰蓄冷制冷主機(jī)運(yùn)行效率為70%以下）。蓄冷槽可以利用本工程主體原有的530 m3×2消防水池（其容量完全可以滿足蓄冷的需要），省去了蓄冷槽的占地空間和初投資（而冰蓄冷方案需配備乙二醇冰球蓄冰罐，相比冰蓄冷減少設(shè)備投資約120萬元）?？刂旗`活，可以實(shí)現(xiàn)多種模式運(yùn)行。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)冷機(jī)蓄冷、冷機(jī)單獨(dú)供冷、水池單獨(dú)供冷、冷機(jī)水池聯(lián)合供冷等4種工況。

費(fèi)用分析

根據(jù)逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)日總負(fù)荷為21 132 RTH。設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷平衡如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷平衡表

相對(duì)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用作計(jì)算比較：邯鄲市峰谷用電價(jià)格峰段：0.957元/ kW·h，平段：0.645元/kW·h，谷段：0.334元/ kW·h。方案的蓄冷量約占設(shè)計(jì)日白天總負(fù)荷的11%。依據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，1 RT冷量綜合耗電量（主機(jī)、泵、冷卻塔）在0.9～1.1 kW·h/RT范圍內(nèi)，計(jì)算時(shí)取1.0 kW·h/RT。夜間機(jī)組蓄冷的綜合效率約為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的80%，換言之，蓄冷相對(duì)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)多耗電20%。每年空調(diào)制冷運(yùn)行日按200 d 計(jì)算。水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)方案相對(duì)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)方案每年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用為：日蓄冷冷量：2 800 RT；日蓄冷轉(zhuǎn)移峰段冷量：1 500 RT；日蓄冷轉(zhuǎn)移平段冷量：800 RT；年蓄冷冷量：200 × 2 800＝560 000 RT；年蓄冷轉(zhuǎn)移峰段冷量：200 × 1 500＝300 000 RT；年蓄冷轉(zhuǎn)移平段冷量：200 × 800＝160 000 RT；年蓄冷電量：560 000 RT ×1.0 kW·h/RT＝560 000 kW·h；年蓄冷轉(zhuǎn)移峰段電量：300 000 RT × 1.0 kW·h/RT＝300 000 kW·h；年蓄冷轉(zhuǎn)移平段電量：160 000 RT × 1.0 kW·h/RT＝160 000 kW·h；年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用＝年蓄冷轉(zhuǎn)移峰段電費(fèi)＋年蓄冷轉(zhuǎn)移平段電費(fèi)－年蓄冷電費(fèi)＝300 000 × 0.957 ＋ 160 000 × 0.645 －560 000 × 0.334 ＝ 20.326 萬元。

從邯鄲文化中心的空調(diào)運(yùn)行特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，水蓄冷中央空調(diào)方案采用低谷電價(jià)時(shí)段蓄冷，高平谷電價(jià)時(shí)段釋放已儲(chǔ)備的蓄冷量，有效地獲取了分時(shí)電價(jià)差效益，有較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；與冰蓄冷中央空調(diào)比較，水蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率更高，且設(shè)備初投資更低，而且水蓄冷中央空調(diào)方案還充分利用了已有的建筑設(shè)施，在本項(xiàng)目中更具有可行性，這也是本方案的特色之處；實(shí)際運(yùn)行測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)效果，這說明本方案設(shè)計(jì)是成功的。