高亞南 馮煒 祖文超

摘 要：針對(duì)目前我國電力供應(yīng)存在著電網(wǎng)負(fù)荷率低、高峰電力嚴(yán)重不足、低谷電力不能充分利用、城市電力供需矛盾尖銳等問題，濟(jì)南某辦公樓采用了冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，本文介紹了工程概況及該工程的冰蓄冷工作模式，為類似的工程設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：冰蓄冷；削峰填谷；工作模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.042

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，城市用電結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，建筑物空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷比例日益增加，空調(diào)用電量高峰時(shí)達(dá)到城市總用電負(fù)荷的30%～50%。而目前我國電力供應(yīng)存在著電網(wǎng)負(fù)荷率低、高峰電力嚴(yán)重不足、低谷電力不能充分利用、城市電力供需矛盾尖銳等問題。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)將空調(diào)用電從白天高峰期轉(zhuǎn)移至夜間，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)起到“削峰填谷”的作用，為了鼓勵(lì)夜間使用低谷電，國家和各地區(qū)電力部門制定了峰谷電價(jià)差政策。因此，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在國內(nèi)得到了日益廣泛的應(yīng)用。

2 工程概況及空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算

某辦公樓，地處濟(jì)南，建筑面積：102500m2，經(jīng)逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算，建筑冷負(fù)荷：9225kW，建筑面積冷負(fù)荷指標(biāo)90W/m2。該辦公樓空調(diào)運(yùn)行時(shí)間為8：00～20：00。該辦公樓逐時(shí)冷負(fù)荷如圖1所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，建筑物的各項(xiàng)逐時(shí)冷負(fù)荷是隨時(shí)間不斷變化的，空調(diào)冷負(fù)荷的高峰期出現(xiàn)在16：00點(diǎn)。常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)容量應(yīng)滿足建筑物峰值冷負(fù)荷需要，白天電網(wǎng)高峰期時(shí)電力需求量較大，而蓄冰式空調(diào)系統(tǒng)，建筑物的峰值冷負(fù)荷由蓄冰裝置和制冷機(jī)共同提供或者蓄冰裝置獨(dú)自提供，這無疑減輕了電網(wǎng)高峰期時(shí)用電需求，對(duì)電網(wǎng)起到“削峰填谷”的作用。

3 制冷機(jī)與蓄冰裝置容量

蓄冷空調(diào)可分類為全負(fù)荷蓄冷和部分負(fù)荷蓄冷兩種模式。全負(fù)荷蓄冷是蓄冷裝置承擔(dān)設(shè)計(jì)周期內(nèi)全部空調(diào)冷負(fù)荷，制冷機(jī)僅在夜間非用電高峰啟動(dòng)蓄冷；部分負(fù)荷蓄冷是空調(diào)冷負(fù)荷由蓄冷裝置和制冷機(jī)共同承擔(dān)，蓄冷裝置儲(chǔ)存的冷量由制冷機(jī)在夜間非用電高峰時(shí)運(yùn)行制取。由于全負(fù)荷蓄冷初投資比較高，適用于有嚴(yán)格限制用電或分時(shí)峰、谷電價(jià)差特別大的地區(qū)；部分負(fù)荷蓄冷比較適用于有合理峰、谷電價(jià)差的空調(diào)系統(tǒng)。因此結(jié)合工程所在地的實(shí)際條件，設(shè)計(jì)中選擇了部分負(fù)荷蓄冷模式。

可以看出，部分負(fù)荷蓄冷模式的冰蓄冷系統(tǒng)，蓄冰負(fù)荷占建筑物總負(fù)荷的比例，與選擇的系統(tǒng)運(yùn)行模式、建筑物逐時(shí)負(fù)荷、峰值負(fù)荷、日累積負(fù)荷等因素有關(guān)。本工程中，全日需冷量：105891kW*h，白天空調(diào)工況運(yùn)行時(shí)間=12h，夜間制冷機(jī)制冰小時(shí)數(shù)=7h。所需制冷機(jī)容量kW，制冷機(jī)選用4臺(tái)制冰工況為1360 kW （-1.4℃/0℃） ，空調(diào)工況為1760 kW（7℃/12℃） 的雙工況冷水機(jī)組。所需蓄冷量，選用蓄冰池體積1200m3鋼筋混凝土槽體（聚氨酯保溫+聚脲防水）一個(gè)。

4 冰蓄冷系統(tǒng)工作模式

本工程采用分量蓄冰模式設(shè)計(jì)，系統(tǒng)在電價(jià)低谷時(shí)間蓄冰，白天融冰供冷。制冰機(jī)組與蓄冰池采用制冷主機(jī)上游、蓄冰池下游的單級(jí)泵串聯(lián)系統(tǒng)流程。設(shè)計(jì)工況的制冷運(yùn)行方式為滿負(fù)荷時(shí)按主機(jī)優(yōu)先模式運(yùn)行，部分負(fù)荷時(shí)按融冰優(yōu)先模式運(yùn)行。根據(jù)氣候特點(diǎn)和空調(diào)實(shí)際需求，蓄冰系統(tǒng)可按以下四種工作模式運(yùn)行：制冰模式、融冰供冷模式、空調(diào)模式、聯(lián)合供冷模式（融冰+空調(diào)模式）。

制冰模式（23：00次日06：00）：在夜間電力低谷時(shí)間段內(nèi)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入蓄冰模式。循環(huán)水泵開啟，蓄冰池內(nèi)冷水經(jīng)降溫后制成晶冰儲(chǔ)存在蓄冰槽內(nèi)。

融冰供冷模式：系統(tǒng)進(jìn)入該模式后，空調(diào)冷凍水回水通過板式換熱器與一次側(cè)的冷水換熱后，由12℃降為5℃供到空調(diào)區(qū)域。板換一次側(cè)，蓄冰池出水溫度為3.5℃，經(jīng)與板換二次側(cè)冷凍水換熱后，溫度升高至11℃，溫升后的“高溫水”進(jìn)入蓄冰池內(nèi)，與蓄冰池內(nèi)的流態(tài)冰換熱，“高溫水”被冷卻進(jìn)入下一次循環(huán)。

主機(jī)與蓄冰槽聯(lián)合供冷模式：系統(tǒng)進(jìn)入該模式后，空調(diào)冷凍水回水通過板式換熱器與一次側(cè)的冷水換熱后，由12℃降為5℃供到空調(diào)區(qū)域；板換一次側(cè)，蓄冰池出水溫度為3.5℃，經(jīng)與板換二次側(cè)冷凍水換熱后，溫度升高至11℃，溫升后的“高溫水”先進(jìn)入制冷主機(jī)，由11℃降至6℃；一部分水進(jìn)入蓄冰池融冰，一部分通過蓄冰池旁通管道；兩部分冷水混合至3.5℃供給板式換熱器。

主機(jī)單獨(dú)供冷：系統(tǒng)進(jìn)入該模式后，空調(diào)冷凍水回水通過板式換熱器與一次側(cè)的冷水換熱后，由12℃降為5℃供到空調(diào)區(qū)域；板換一次側(cè)，主機(jī)回水溫度11℃，經(jīng)機(jī)組降溫至3.5℃進(jìn)入板式換熱器。

非設(shè)計(jì)日空調(diào)運(yùn)行模式：當(dāng)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，系統(tǒng)將依據(jù)實(shí)際的冷負(fù)荷需求，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)運(yùn)行模式，在每一時(shí)段內(nèi)自動(dòng)調(diào)整蓄冰裝置融冰供冷及主機(jī)供冷的相對(duì)應(yīng)比例，以實(shí)現(xiàn)分量蓄冰模式逐步向全量蓄冰模式的運(yùn)行轉(zhuǎn)化，按照蓄冰裝置優(yōu)先供冷的原則，最大限度地限制主機(jī)在電力高峰期間的運(yùn)行。冰蓄冷裝置流程

5 工程設(shè)計(jì)總結(jié)

從以上的分析可以看出，冰蓄冷實(shí)際上是對(duì)能源的一種儲(chǔ)備——在用電低谷、電價(jià)較低（或機(jī)組不需要工作）時(shí)開始制冰，蓄存冷量；而在用電高峰、電價(jià)較高（機(jī)組需要工作）時(shí)停止制冰、同時(shí)依靠冰的融化來制冷，從而完成能源利用在時(shí)間上的轉(zhuǎn)移，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，降低運(yùn)行成本。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)無論是采用部分蓄冷還是全部蓄冷，其初期投資通常均比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高，這就要求設(shè)計(jì)者應(yīng)正確掌握建筑物空調(diào)負(fù)荷的時(shí)間變化特性，確定合理的蓄冷設(shè)備及其系統(tǒng)配置，制定系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)策略，準(zhǔn)確地作出經(jīng)濟(jì)分析，以便投資者可以在短時(shí)間里以節(jié)省電費(fèi)的形式收回多出的投資。

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作者簡介：高亞南（1983-），女，山東濟(jì)南人，碩士，講師，研究方向：建筑節(jié)能。