劉賀兵

深圳市建筑設計研究總院有限公司

1 項目概況

工程位于河南省新鄭市，為鄭州華南城一期1#交易廣場（圖1），分A、B、C、D、E 五座單體，系新建工程；總建筑面積約為50萬m2，空調(diào)面積約為41萬m2，總高度為22.32 m，屬于多層公共建筑[1]。本工程地下一層為汽車庫，地上一至五層均為商業(yè)，五層局部為餐廳、廚房等。

圖1 鄭州華南城一期1#交易廣場

為在宏觀上節(jié)約能源，提高電網(wǎng)效率，鄭州華南城一期1#交易廣場的空調(diào)系統(tǒng)采用了具有削峰填谷、平衡電網(wǎng)壓力、節(jié)能效果較好的冰蓄冷空調(diào)[2]。

2 室外氣象參數(shù)

根據(jù)參考文獻[3]，可得鄭州市室外氣象參數(shù)：夏季大氣壓992.3 kPa；夏季空調(diào)室外計算干球溫度34.9℃；夏季空調(diào)日平均溫度30.2 ℃；夏季空調(diào)室外計算濕球溫度27.4 ℃；夏季通風室外計算溫度30.9℃。

3 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)介紹

1號交易廣場夏季尖峰冷負荷為11172 RT（39281 kW），設計日空調(diào)總冷量為95298 RT，設計蓄冷量為30600 RTh。共選用5臺空調(diào)工況制冷量為1200 RT的雙工況冷水機組和一臺空調(diào)工況制冷量為1200 RT的基載主機。在設計工況下，1#交易廣場的冷負荷由基載冷水機組、雙工況冷水機組、蓄冰桶共同承擔。

本工程末端共分十個回路，峰值負荷分別為：A/B/E座上部分為 4520 kW、A/B/E座下部分為4400 kW、C/D座上部分為4797 kW、C/D座下部分為4677 kW，共45708 kW。

鄭州華南城一期1#交易廣場的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)采用分量蓄冰[4]，制冷主機和蓄冰設備為串聯(lián)方式[4]，制冷主機位于蓄冰設備上游[4]。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)按主機制冰、主機制冰同時供冷、制冷機供冷、冰供冷、制冷機與融冰聯(lián)合供冷等5種模式運行，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)流程圖見圖2。

圖2 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

4 主要設備選型

1）雙工況冷水機組：選用五臺離心式雙工況冷水機組，空調(diào)工況制冷量為4219 kW（1200 RT），冷水進出水溫度11.5 ℃/6.5 ℃，冷卻水進出水溫度32 ℃/37 ℃；制冰工況制冷量為 2630 kW（748 RT），冷水進出水溫度-2.3 ℃/-5.6 ℃，冷卻水進出水溫度30 ℃/33.4 ℃。

2）基載冷水機組：選用一臺離心式冷水機組為基載機，制冷量為4219 kW（1200 RT），冷水進出水溫度12.5 ℃/6.5 ℃，冷卻水進出水溫度 32 ℃/37 ℃。

3）蓄冰槽：蓄冰設備采用圓形蓄冰桶，盤管使用PERT改性導熱材料，蓄冰桶保溫采用整體發(fā)泡，厚度不小于80 mm，布置于制冷機房內(nèi)，設計總蓄冰容量為30600 RTh。

4）板式換熱器：制冷機房內(nèi)設計有七臺（六用一備）乙二醇－水板式換熱器，單臺換熱量5940 kW（1690 RT），在設計工況下聯(lián)合供冷運行時，板式換熱器低溫側介質為質量濃度25%的乙二醇溶液，進/出乙二醇溫度為3.5/11.5 ℃，板式換熱器高溫側介質為水，進/出水溫度為12.5 ℃/6.5 ℃。

5）水泵選型：所有水泵選用雙吸臥式離心泵，板換冷凍水泵8臺（7用1備），基載冷凍水泵及冷卻水泵各2臺（1用1備），冷卻水泵7臺（6用1備），乙二醇泵6臺（5用1備）。所有水泵（除冷卻水泵）均采用變頻控制，根據(jù)工況調(diào)整水泵運行頻率，以降低運行功率。

6）冷卻塔選型：以室外濕球溫度27.4 ℃，處理水量400 m3/h，設計選擇橫流型冷卻塔，共18臺。

7）水處理設備：冷卻水、冷（熱）水系統(tǒng)設計有循環(huán)物化自動水處理器，具備水質預設定、水質監(jiān)測、水質調(diào)節(jié)、壓差自動反沖洗功能。

8）冷凝器清洗設備：為保證機組的能效比，設有冷凝器膠球自動在線清洗裝置5臺。

5 冰蓄冷運行模式

根據(jù)氣候特點和空調(diào)實際需求，蓄冰系統(tǒng)可按以下工作模式運行：

1）制冰（蓄冷）模式（00∶00-8∶00）

雙工況主機在電力低谷時段充分利用當?shù)氐牡蛢r電運行制冰。在該時段內(nèi)，制冷機組滿負荷運行，通過低溫的乙二醇溶液將蓄冰桶內(nèi)的水制成冰。根據(jù)所需頻率開啟乙二醇泵后，乙二醇溶液進入主機的蒸發(fā)器（蒸發(fā)器出水溫度-5.6 ℃），經(jīng)主機降溫后的乙二醇溶液（蒸發(fā)器回水溫度-2.3 ℃）進入蓄冰裝置，將盤管外的水結成冰。

2）雙工況主機和蓄冰桶聯(lián)合供冷

在最大空調(diào)負荷時段，為了盡量減少系統(tǒng)的電力運行費用，空調(diào)冷負荷由制冷主機聯(lián)合蓄冰桶供冷。根據(jù)所需頻率開啟乙二醇泵后，從板式換熱器熱側來的高溫乙二醇溶液（11.5 ℃）進入主機的蒸發(fā)器降至約6 ℃后進入蓄冰裝置進行融冰，融冰后產(chǎn)生的低溫乙二醇溶液（3.5 ℃）送至板式換熱器冷側進行換熱，根據(jù)冷負荷的變化通過相應電動閥調(diào)節(jié)進入蓄冰裝置的乙二醇流量，以穩(wěn)定3.5 ℃的乙二醇供液溫度。從集水器回來的12.5 ℃冷凍水進入板式換熱器冷卻到6.5 ℃，然后進入分水器送到空調(diào)末端滿足空調(diào)的需求。

3）蓄冰桶單獨供冷模式

在非最大負荷時段，為了避免在電力高峰期內(nèi)開啟冷機，該時段內(nèi)蓄冰桶的總融冰供冷量為空調(diào)系統(tǒng)負荷的全部。根據(jù)所需頻率開啟乙二醇泵后，從板式換熱器回來的高溫乙二醇溶液（11.5 ℃）進入蓄冰裝置進行融冰，融冰后產(chǎn)生的低溫乙二醇溶液通過乙二醇泵送至板式換熱器冷側進行換熱，進行融冰供冷，根據(jù)冷負荷的變化通過相應電動閥調(diào)節(jié)進入蓄冰裝置的乙二醇流量，以穩(wěn)定3.5 ℃的乙二醇供液溫度。

4）雙工況主機單獨供冷模式

空調(diào)負荷改變時，為了將蓄冰桶的冷量盡量用于電力高峰時段，在電價平峰時段內(nèi)的冷負荷可以適當?shù)赜呻p工況主機單獨提供，這時蓄冰桶與系統(tǒng)隔離。根據(jù)所需頻率開啟乙二醇泵后，11.5 ℃的乙二醇溶液分別進入對應的主機蒸發(fā)器，經(jīng)過降溫至6.5 ℃通過乙二醇泵進入板式換熱器進行供冷。

5）空調(diào)設計日冰蓄冷空調(diào)運行方式

a.主機制冰（蓄冷）模式（00∶00-8∶00）。這期間為鄭州電力低谷時段，自控系統(tǒng)通過電動閥門的切換，形成該模式運行，5臺雙工況主機制冰模式下滿負荷運行，制得46800 RTh的冷量儲存在蓄冰槽中。

b.基載主機、雙工況主機與蓄冷裝置聯(lián)合供冷模式（8∶00-00∶00）。這期間控制系統(tǒng)根據(jù)末端負荷的情況，切換到該供冷模式，優(yōu)先采用蓄冷裝置經(jīng)行供冷，不足部分冷量由機載主機和雙工況主機提供。

6）非設計日冰蓄冷空調(diào)運行方式

在天氣發(fā)生變化，當日負荷較小時，系統(tǒng)將依據(jù)實際的冷負荷需求，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)運行模式，在每一時段內(nèi)自動調(diào)整蓄冰裝置融冰供冷及主機供冷的相對應比例，以實現(xiàn)分量蓄冰模式逐步向全量蓄冰模式的運行轉化，按照蓄冰裝置優(yōu)先供冷的原則，最大限度地限制主機在電力高峰期間的運行，節(jié)省運行費用。

6 冰蓄冷的自動控制要求

本工程空調(diào)制冷系統(tǒng)包括制冷主機、蓄冰槽、乙二醇水泵、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔、定壓設備、水路電動閥門、各種溫濕度、壓力傳感執(zhí)行機構，蓄冰運行控制包括有單制冰運行、主機獨立供冷運行、聯(lián)合供冷運行、冰槽獨立供冷運行四種狀態(tài)，蓄冷系統(tǒng)的控制主要要求如下：

a、控制乙二醇系統(tǒng)的電動轉換閥門，實現(xiàn)四種工況運行方式的轉換。

b、實現(xiàn)各工況運行方式的能量調(diào)節(jié)及溫度控制；主機蓄冷時控制主機的蒸發(fā)溫度；主機單獨供冷時恒定主機出口溫度為6.5 ℃調(diào)整主機出力；蓄冷裝置單獨供冷時恒定蓄冷槽出口溫度為3.5 ℃及換熱板換冷水回水溫度為12.5 ℃，調(diào)節(jié)進入蓄冰槽的乙二醇流量，控制融冰供冷量；聯(lián)合供冷時，恒定主機與蓄冰裝置后的乙二醇溫度為3.5 ℃，調(diào)節(jié)主機出力，調(diào)節(jié)進入蓄冰槽的乙二醇溶液流量，控制融冰供冷量。

本工程的冷水機組、乙二醇溶液泵、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機及其進水電動蝶閥應進行電氣聯(lián)鎖啟停，其啟動順序（停止時，反之）為：

a、主機蓄冷工況：主機、冷卻塔處電動蝶閥－冷卻泵、溶液泵－冷卻塔風機－冷水機組。

b、主機單獨供冷：主機、板換、冷卻塔處電動蝶閥－冷卻泵、冷水泵、溶液泵－冷卻塔風機－冷水機組。

c、蓄冰槽單獨供冷：主機處溶液管路、板換處電動蝶閥－溶液泵、冷水泵。

d、蓄冰槽單獨供冷聯(lián)合供冷工況：主機、板換、冷卻塔處電動蝶閥－冷卻泵、冷水泵、溶液泵－冷卻塔風機－冷水機組。

e、溶液系統(tǒng)的轉換閥門控制要求見表1。

表1 溶液系統(tǒng)的閥門轉換

7 結論

鄭州華南城一期1#交易廣場空調(diào)系統(tǒng)采用冰蓄冷空調(diào)，經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試，在2013年8月正式投入使用，冰蓄冷空調(diào)性能達到設計要求，本項目建筑體量巨大，采用冰蓄冷技術，很好的移峰填谷，利用夜間相對廉價的低谷電將冷量儲存，白天釋放，不僅為工程本身大大降低了運行成本，而且還為國家節(jié)約了能源，具有很好的社會效益，該空調(diào)系統(tǒng)具有以下節(jié)能特點：

1）空調(diào)冷水系統(tǒng)采用變頻泵設計，根據(jù)系統(tǒng)壓力變化改變水泵電機頻率來減少水流量，降低水泵功率[5]。

2）中央空調(diào)水系統(tǒng)采用6 ℃溫差設計，不增加末端造價的情況下，可降低水泵功率，縮小水管管徑。

3）自動控制系統(tǒng)采用智能控制，能自動監(jiān)視和控制空調(diào)設備，使空調(diào)系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運行，根據(jù)實際所需冷量來控制供冷量。

4）采用了較高能效制冷主機，制冷主機COP達到5.8，制冰工下COP為3.6。

5）選擇了較高的效率的水泵，減少輸送能耗。