李奇

摘? 要：冰蓄冷技術(shù)已在我國(guó)多個(gè)城市廣泛應(yīng)用，作為電力的移峰填谷措施，可有效提升所在區(qū)域的電網(wǎng)用電負(fù)荷率。由于冰蓄冷項(xiàng)目在建設(shè)體系及硬件設(shè)施均有要求，對(duì)已實(shí)施的項(xiàng)目基本上很難應(yīng)用。為此，南方基地二期項(xiàng)目在規(guī)劃實(shí)施時(shí)已采用冰蓄冷技術(shù)，以解決項(xiàng)目用電效率低的問題，為園區(qū)公用建筑節(jié)能起到示范作用，達(dá)到園區(qū)運(yùn)營(yíng)降本增效。

關(guān)鍵詞：冰蓄冷技術(shù);移峰平谷;應(yīng)用;示范作用

中圖分類號(hào)：TM73? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）27-0155-03

Abstract： Ice storage technology has been widely used in many cities in China. As a peak-shifting and valley-filling measure， ice storage technology can effectively improve the power load rate of the power grid in the region. Because the ice storage project has requirements in the construction system and hardware facilities， it is basically difficult to apply to the projects that have been implemented. For this reason， the second phase of the southern base project has adopted ice storage technology in the planning and implementation， in order to solve the problem of low power efficiency of the project， play a demonstration role for the energy saving of public buildings in the park， and achieve cost reduction and efficiency increase in the operation of the park.

Keywords： ice storage technology; peak-shifting flat valley; application; demonstration effect

1 項(xiàng)目綜述

1.1 蓄冷背景

隨著社會(huì)的發(fā)展，中央空調(diào)在公用建筑的普及率日漸增高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)高峰時(shí)用電量達(dá)到城市用電負(fù)荷的25%-30%，加大了電網(wǎng)的峰谷用電差。公用建筑一般主要集中在每天上午8時(shí)至夜間10時(shí)這段時(shí)間。在這段時(shí)間中，所有的用電設(shè)備都在先后運(yùn)行著，為保證電力供應(yīng)，電廠在這段時(shí)間內(nèi)就需要全力發(fā)電，電網(wǎng)就需要全力供電，這時(shí)電廠和電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)都很重。過了辦公時(shí)段，多數(shù)建筑的用電設(shè)備、辦公及生活用電設(shè)備不運(yùn)行。冰蓄冷技術(shù)之所以得到政府和工程技術(shù)界的重視，正因?yàn)樗鼘?duì)電網(wǎng)有卓越的移峰填谷功能，是電力需求側(cè)最有效的電能蓄存方法。冰蓄冷技術(shù)應(yīng)用可使空調(diào)的降溫速度快，提高制冷品質(zhì)，大幅減少運(yùn)營(yíng)成本等。

冰蓄冷技術(shù)應(yīng)用的基本原理就是利用夜間低谷時(shí)的電能來(lái)制冰并將冰蓄存起來(lái)，在白天用電高峰的時(shí)候，用蓄存的冰作為冷源供給空調(diào)系統(tǒng)，這樣白天很多空調(diào)設(shè)備就不必要運(yùn)行了，減輕了白天電網(wǎng)的高峰負(fù)荷，達(dá)到了電網(wǎng)“削峰填谷”提高能源利用效率的目的。同時(shí)，由于實(shí)施的是分布式供冷的方式，減少了空調(diào)降溫所要消耗的能源。冰蓄冷技術(shù)的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代城市供冷方式由常規(guī)機(jī)房制冷到低谷蓄冰制冷、由按戶分散供冷到相對(duì)集中區(qū)域供冷兩方面的重大改變，將對(duì)節(jié)能減排發(fā)揮十分重要的作用。

冰蓄冷技術(shù)在系統(tǒng)構(gòu)成上，是在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一套蓄冷裝置，其它各部分在結(jié)構(gòu)上與常規(guī)空調(diào)并無(wú)不同，它在使用范圍方面也與常規(guī)空調(diào)基本一致。冰蓄冷技術(shù)使用的主要設(shè)備有盤管、冰球等多種方式。

1.2 工程概況

本項(xiàng)目位于廣州市天河區(qū)，總建筑面積為130652m2，其中地下建筑面積為39464m2，地上建筑面積為88992m2;地下兩層，為設(shè)備房及車庫(kù)，地上共分為三棟單體，建筑高度為32m。本項(xiàng)目各棟單體的體量相對(duì)不是很大，各單體建筑距離較近，空調(diào)水系統(tǒng)輸送距離適中，項(xiàng)目的空調(diào)冷源結(jié)合廣州地區(qū)氣候特點(diǎn)采用區(qū)域集中供冷形式，集中冷源可降低冷水機(jī)組、冷卻塔等的裝機(jī)容量、減少水泵臺(tái)數(shù)，降低初投資，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，便于運(yùn)維管理。

本項(xiàng)目3棟采用集中供冷形式，地上建筑面積為69896m2，其中空調(diào)面積為57071m2，經(jīng)計(jì)算典型設(shè)計(jì)日空調(diào)冷負(fù)荷最大值為9799kW（2787RT），根據(jù)需要夜間可供冷且最大負(fù)荷為430RT，全日累計(jì)冷負(fù)荷約為：32748RTH。

根據(jù)項(xiàng)目所在區(qū)域，發(fā)改委部門于2017年發(fā)布的有關(guān)政策規(guī)定，明確了電價(jià)峰谷區(qū)間及相對(duì)應(yīng)的費(fèi)用。

1.3 逐時(shí)負(fù)荷

經(jīng)過對(duì)南方基地二期項(xiàng)目逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算，其典型日夏季設(shè)計(jì)日供冷逐時(shí)冷負(fù)荷如表1。

2 冰蓄冷技術(shù)工藝流程設(shè)計(jì)

2.1 融冰方式

冰蓄冷目前盤管式較為通用，且穩(wěn)定性高。盤管式蓄冷設(shè)備是由浸在冰槽中的盤管構(gòu)成換熱表面。在蓄冰時(shí)，載冷劑在盤管內(nèi)循環(huán)，吸收水的熱量，在盤管外表面形成冰層。融冰方式有兩種形式，分包為外融冰、內(nèi)融冰。

外融冰：槽內(nèi)水參與空調(diào)水循環(huán)或換熱，冰層由外向內(nèi)融化。供水溫度為1-3℃，采用壓縮空氣加強(qiáng)冰水換熱。適宜大型區(qū)域供冷或低溫送風(fēng)工程。

內(nèi)融冰：與空調(diào)水換熱的載冷劑在盤管內(nèi)循環(huán)，冰層由內(nèi)向外融化，槽內(nèi)水為靜態(tài)。載冷劑送冷溫度為2-5℃。適宜單體建筑的常溫及低溫送風(fēng)工程。

根據(jù)本工程的規(guī)模及特點(diǎn)分析對(duì)比，本項(xiàng)目選用內(nèi)融冰方式更合理，且有利于成本控制。

2.2 系統(tǒng)方式

冰蓄冷系統(tǒng)常見的系統(tǒng)流程有并聯(lián)流程和制冷機(jī)組位于蓄冷裝置上游或下游的串聯(lián)流程。系統(tǒng)為串聯(lián)時(shí)：在制冷機(jī)組位于蓄冷裝置上游的串聯(lián)系統(tǒng)中，制冷主機(jī)出水溫度較高，蓄冰裝置進(jìn)出水溫度較低，制冷主機(jī)效率高、電耗較小。若蓄冰裝置位于制冷主機(jī)上游時(shí)，恰好相反，融冰效率高，主機(jī)效率低。

根據(jù)現(xiàn)有廣州的電價(jià)政策及本項(xiàng)目的特點(diǎn)，本項(xiàng)目選用主機(jī)和蓄冰裝置并聯(lián)的系統(tǒng)流程，這不僅兼顧了主機(jī)效率，又可以保證融冰速率。并聯(lián)系統(tǒng)原理圖如下：（雙工況主機(jī)以單臺(tái)顯示、實(shí)際為2臺(tái)，基載主機(jī)與板換并聯(lián)運(yùn)行），采用并聯(lián)系統(tǒng)融冰速度更快，融冰速度與主機(jī)是否開啟無(wú)關(guān);在部分負(fù)荷日能更快地融冰。

2.3 蓄冷規(guī)劃方案

冰蓄冷技術(shù)應(yīng)用須結(jié)合所在區(qū)域的電價(jià)政策，選擇合適的規(guī)劃方案。根據(jù)廣州地區(qū)的峰谷電價(jià)及其時(shí)間段等因素，本項(xiàng)目雙工況主機(jī)與蓄冰裝置（內(nèi)融冰）采用并聯(lián)的形式，盡最大可能地發(fā)揮主機(jī)及蓄冷裝置的效率，板式換熱器選擇2臺(tái)主機(jī)直供板換和2臺(tái)蓄冰裝置融冰供冷板換，設(shè)計(jì)日融冰量為10800RTH，冰槽選型安裝容量要求大于12000RTH，蓄冷裝置單獨(dú)融冰供冷最大小時(shí)供冷量不小于1800RT，這滿足綠建二星提出的蓄冰量大于30%要求。晚間基載負(fù)荷由一臺(tái)1477kW（420RT）的變頻離心式冷水主機(jī)提供，滿足負(fù)荷項(xiàng)目夜間運(yùn)營(yíng)要求。蓄冰主機(jī)制冰時(shí)的供回水溫度為-5.6/-2.1℃，蓄冰主機(jī)制冷時(shí)的供回水溫度為5/10℃;基載主機(jī)的供回水溫度為冷凍水供回水溫度為6/13℃;板換側(cè)空調(diào)冷凍供回水溫度為6/13℃;板換側(cè)乙二醇供回水溫度為5/11℃。

本工程設(shè)置冷凍水系統(tǒng)1個(gè)，制冷機(jī)房1個(gè)。制冷機(jī)房設(shè)在負(fù)一層，蓄冷槽間設(shè)置于負(fù)二層。鑒于本項(xiàng)目單體建筑共有3個(gè)，擬將空調(diào)區(qū)域分為3個(gè)環(huán)路，冷凍水在制冷機(jī)房通過分、集水器，分別為各自相應(yīng)的區(qū)域提供服務(wù)。

（1）基載主機(jī)：1臺(tái)1477kW（420RT）的變頻螺桿式冷水機(jī)組，基本能滿足本項(xiàng)目夜間24：00～次日7：00內(nèi)時(shí)間段內(nèi)的空調(diào)需求。

（2）雙工況制冷主機(jī)：根據(jù)《蓄冷空調(diào)工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ158-2008）計(jì)算公式及適當(dāng)考慮部分余量，最后確定選用2臺(tái)單機(jī)容量為900 RT（3165kW）的雙工況離心機(jī)組。

3 冰蓄冷設(shè)備的選型

3.1 冰蓄冷系統(tǒng)主機(jī)選型

通過對(duì)夏季逐時(shí)冷負(fù)荷分布情況分析，考慮到最大限度提高機(jī)組制冷效率，以及供冷時(shí)負(fù)荷控制精確度的要求，采用2臺(tái)3165kW/2159kW（900/614RT）雙工況冷離心式冷水機(jī)組、1臺(tái)1477kW（420RT）基載變頻冷水機(jī)組。

3.2 蓄冰裝置選型

根據(jù)廣州市蓄冷空調(diào)峰谷電價(jià)政策及本項(xiàng)目設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷分布情況，雙工況機(jī)組在夜間低谷電24：00～08：00時(shí)段蓄冰，由于在蓄冰的8個(gè)小時(shí)內(nèi)，主機(jī)平均出水溫度為-4.5℃左右，該工況的主機(jī)制冷量約為675RT，則8小時(shí)雙工況機(jī)組制冰總量為：Qi=8h×2臺(tái)×675RT=10800RTH。

蓄冰裝置選型及參數(shù)如下：

本項(xiàng)目蓄冰裝置采用蓄冰盤管。蓄冰裝置應(yīng)考慮一定的富余量及考慮過渡季節(jié)主機(jī)冷卻水溫較設(shè)計(jì)工況低時(shí)主機(jī)制冷量會(huì)增大，因此考慮10%的富余量，因此蓄冰裝置的蓄冰量為10800×1.1=12000RTH。

3.3 冷卻塔選型

冷卻塔的選型主要從以下四個(gè)方面考慮選擇：

（1）冷卻水量：冷卻塔要求的冷卻水量至少是主機(jī)冷水水流1.25倍以上。

（2）進(jìn)出塔溫差：冷卻塔標(biāo)準(zhǔn)塔型設(shè)計(jì)工況為進(jìn)水溫度37℃，出水32℃，進(jìn)出塔溫差為5℃。

（3）濕球溫度：冷卻塔回水與出水溫度主要取決于周圍空氣的濕球溫度。當(dāng)?shù)貪袂驕囟葹?7.8℃，選型時(shí)取28℃。

（4）干球溫度：空氣冷卻塔是利用傳導(dǎo)使空氣吸熱來(lái)實(shí)現(xiàn)散熱，主要受空氣干球溫度的影響，廣州地區(qū)的計(jì)算干球溫度為34.2℃。

考慮冷卻水溫低的時(shí)候，對(duì)變頻冷水機(jī)組的能效比提高較大，因此最終冷卻塔選型為1臺(tái)450CMH與2臺(tái)900CMH（由2臺(tái)450CMH拼接）方形超低噪音型橫流式冷卻塔。

3.4 板式換熱器選型

板式換熱器的選型是根據(jù)本項(xiàng)目雙工況主機(jī)與蓄冰裝置并聯(lián)等要求，這就需要選擇2臺(tái)主機(jī)直供板換和2臺(tái)蓄冰裝置融冰供冷板換。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于本項(xiàng)目各棟單體的體量相對(duì)不是很大，各單體建筑距離較近，空調(diào)水系統(tǒng)輸送距離適中，本項(xiàng)目的空調(diào)冷源結(jié)合廣州地區(qū)氣候特點(diǎn)采用區(qū)域集中供冷形式，集中冷源可降低冷水機(jī)組、冷卻塔等的裝機(jī)容量、減少水泵臺(tái)數(shù)，降低初投資，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，便于運(yùn)維管理。

結(jié)合現(xiàn)有廣州地區(qū)有峰谷電價(jià)政策、綠建節(jié)能及項(xiàng)目建設(shè)等目標(biāo)，南方基地二期項(xiàng)目冰蓄冷技術(shù)應(yīng)用是十分必要的。通過對(duì)比分析、痛難點(diǎn)排查，本項(xiàng)目冰蓄冷技術(shù)應(yīng)用方案采用了碳鋼盤管蓄冰、內(nèi)融冰并聯(lián)及相匹配的設(shè)備選型，以實(shí)現(xiàn)用地的移峰填谷。本項(xiàng)目冰蓄冷技術(shù)應(yīng)用不僅可轉(zhuǎn)移電力高峰期用電負(fù)荷，降低制冷機(jī)總裝機(jī)容量，還減少系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。

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