郭星

（上海興筑建筑設(shè)計(jì)有限公司，上海 200000）

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于廣東省深圳市，總建筑面積約7 萬平米，為一棟超高層辦公樓，地上32 層，地下3 層，建筑高度為162.4m。地下一層為架空休閑空間及辦公大堂，地下二為職工餐廳及廚房，地下三層為機(jī)動(dòng)車庫及設(shè)備用房，地上一層為商業(yè)用房，地上二層及以上均為研發(fā)辦公用房。本項(xiàng)目制冷機(jī)房及配套設(shè)備房間位于地下三層。

2 冰蓄冷方案可行性分析

從市政電力系統(tǒng)角度看，冰蓄冷中央空調(diào)在平衡電網(wǎng)負(fù)荷、移峰填谷方面的巨大作用已得到了印證，從項(xiàng)目運(yùn)行費(fèi)用角度分析，冰蓄冷系統(tǒng)可節(jié)約大量電費(fèi)。冰蓄冷空調(diào)在國內(nèi)項(xiàng)目中得到廣泛推廣和大量應(yīng)用，技術(shù)已相對(duì)成熟。本項(xiàng)目在方案階段，從以下三個(gè)方面對(duì)冰蓄冷方案進(jìn)行了可行性分析。

（1）深圳的電價(jià)政策。深圳市執(zhí)行峰谷電價(jià)政策，具體的峰谷電價(jià)制度及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)詳見表1：

表1 深圳市峰谷電價(jià)表

（2）本項(xiàng)目為典型的辦公類建筑，空調(diào)負(fù)荷主要集中在工作日日間，其余時(shí)段負(fù)荷較少。其負(fù)荷特征與蓄冷空調(diào)的適用性匹配度很高。

（3）根據(jù)以往的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，深圳地區(qū)辦公類建筑全年的空調(diào)運(yùn)行時(shí)間為300 天以上，冰蓄冷空調(diào)較常規(guī)空調(diào)節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)可觀。

3 蓄冰方式

常規(guī)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行模式分為全部蓄冷模式和部分蓄冷模式。全部蓄冷模式在谷電時(shí)段儲(chǔ)存全部的空調(diào)日冷負(fù)荷，在峰電和平電時(shí)段空調(diào)主機(jī)不運(yùn)行，靠融冰滿足全部冷負(fù)荷。部分蓄冷模式則是在谷電時(shí)段儲(chǔ)存部分冷量，平日的空調(diào)負(fù)荷部分由融冰負(fù)擔(dān)，部分仍由制冷機(jī)組承擔(dān)。全部蓄冷模式運(yùn)行費(fèi)用低，但是，初期投資大，系統(tǒng)主機(jī)容量、儲(chǔ)冰容量和配套設(shè)備容量大，對(duì)機(jī)房空間要求也相應(yīng)很高。部分蓄冰模式在節(jié)省電費(fèi)上優(yōu)勢(shì)較全部蓄冰小，但制冷機(jī)組容量小，機(jī)組的利用率高，可節(jié)省不小的機(jī)房面積和初投資。項(xiàng)目最終決定采用部分蓄冰模式。冰蓄冷空調(diào)中常用的蓄冰裝置有冰球、冰桶、冰盤管等。冰球的售價(jià)較低，但釋冰有效使用率較低，常用于需要降低初投資的場(chǎng)合；冰盤管價(jià)格較高，其有效使用率也很高，盤管較冰球使用壽命長，蓄冰槽可配合土建設(shè)計(jì)，常用于蓄冰空間緊張，對(duì)機(jī)組有效利用率要求高的場(chǎng)合；冰桶的有效使用率較冰球更低，但蓄冷性能最高，釋冷平穩(wěn)，價(jià)格也最高，常用于空調(diào)負(fù)荷持續(xù)高位的場(chǎng)合，在項(xiàng)目用常常與三級(jí)離心機(jī)組匹配使用。結(jié)合項(xiàng)目的特性及機(jī)房場(chǎng)地要求，本項(xiàng)目決定采用冰盤管的蓄冰裝置。

4 冰蓄冷空調(diào)容量計(jì)算

根據(jù)華電華源負(fù)荷計(jì)算軟件，HDY-SMAD 暖通空調(diào)負(fù)荷計(jì)算及分析軟件V1.92.003 版計(jì)算，本項(xiàng)目空調(diào)冷負(fù)荷為9904.69kW，空調(diào)面積冷指標(biāo)為154W/m2。設(shè)計(jì)日空調(diào)冷負(fù)荷為：31343RT×h。根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50736-2012》附錄J，部分蓄冰模式下，蓄冰裝置有效容量和制冷機(jī)標(biāo)定制冷量可按下列公式計(jì)算：

QS為蓄冰裝置的有效容量（kWh）；n1為夜間制冷機(jī)組在制冰工況下運(yùn)行的小時(shí)數(shù)（h）；cf為制冷機(jī)制冰時(shí)制冷能力的變化率；qc為制冷機(jī)的標(biāo)定制冷量（空調(diào)工況）（kWh）；qi為建筑物逐時(shí)冷負(fù)荷（kW）；n2為白天制冷機(jī)在空調(diào)工況下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)（h）。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，考慮本項(xiàng)目的建筑功能、夜間荷載和業(yè)主的使用要求，本項(xiàng)目設(shè)置1 臺(tái)制冷量為1000RT 的離心式基載主機(jī)，2 臺(tái)制冷量1200RT 的離心式雙工況主機(jī)（蓄冷工況制冷量：733RT）。蓄冰槽蓄冷量為：11393 RT×h，蓄冰裝置的有效容量為11280RT，冰槽釋冷供冷量約占設(shè)計(jì)日空調(diào)冷負(fù)荷的34%，滿足綠建二星中對(duì)部分蓄冷空調(diào)系統(tǒng)蓄冰量大于30%空調(diào)冷負(fù)荷的要求。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果詳見表2。

表2 冰蓄冷空調(diào)設(shè)計(jì)日負(fù)荷平衡表

5 冰蓄冷系統(tǒng)流程

在制冷主機(jī)與蓄冰裝置串并聯(lián)的確定階段，考慮并聯(lián)流程可以最大化發(fā)揮制冷主機(jī)和蓄冰裝置的效率，但對(duì)機(jī)組入口溫度的穩(wěn)定性要求較高，負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，流量分配及溫度控制均較為復(fù)雜；串聯(lián)流程在滿負(fù)荷和部分符合條件下都可以保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，供冷溫度穩(wěn)定且控制較為簡(jiǎn)單。制冷主機(jī)上游的串聯(lián)方式，主機(jī)出水溫度較制冷主機(jī)下游溫度高，冷機(jī)制冷效率高，更為節(jié)能，因此，最終選擇制冷主機(jī)位于蓄冰裝置上游的串聯(lián)流程，綜合比較，此系統(tǒng)最為經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定且便于管理。

6 運(yùn)行策略分析

部分蓄冷空調(diào)系統(tǒng)常用的運(yùn)行策略包括冷機(jī)優(yōu)先，融冰優(yōu)先和優(yōu)化控制三種。冷機(jī)優(yōu)先是當(dāng)空調(diào)負(fù)荷大于基載負(fù)荷時(shí)，優(yōu)先開啟雙工況主機(jī)制冷模式，當(dāng)主機(jī)冷量不滿足時(shí)，輔以冰槽融冰制冷。這種運(yùn)行方式下冷機(jī)的利用率最高，冰槽體量較小，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，控制方式簡(jiǎn)單成熟。融冰優(yōu)先是在空調(diào)負(fù)荷大于基載負(fù)荷時(shí)，優(yōu)先利用冰槽融冰負(fù)擔(dān)。當(dāng)冰槽蓄冷量釋放完畢，再由制冷機(jī)組承擔(dān)冷負(fù)荷。這種運(yùn)行方式極大地利用了冰槽蓄能，在節(jié)省電費(fèi)上的優(yōu)勢(shì)突出。但由于融冰釋冷的延時(shí)性，需要提前對(duì)冷負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，系統(tǒng)的控制實(shí)施難度較大。優(yōu)化控制是在經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的前提下，依據(jù)電費(fèi)政策和空調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)，由計(jì)算機(jī)分析提出最優(yōu)的控制模式，既最大限度地保證了蓄冷系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)運(yùn)行電費(fèi)最低，又可及時(shí)融冰滿足空調(diào)負(fù)荷，是一種最理想的運(yùn)行模式。融冰優(yōu)先和優(yōu)化控制可靠運(yùn)行的前提是對(duì)空調(diào)冷負(fù)荷的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，這需要計(jì)算機(jī)軟件的成熟配合，對(duì)自控軟件和運(yùn)行管理人員的要求很高。在本項(xiàng)目初期，推薦采用較為成熟的冷機(jī)優(yōu)先的運(yùn)行策略，設(shè)計(jì)日各負(fù)荷情況下的具體運(yùn)行詳見表2。后期隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的累積以及自控系統(tǒng)的完善，建議業(yè)主逐步向融冰優(yōu)先的運(yùn)行策略轉(zhuǎn)化，直至實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制的運(yùn)行模式，從而最大限度地體現(xiàn)冰蓄冷系統(tǒng)在節(jié)省電費(fèi)上的優(yōu)勢(shì)。

7 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)初投資約增加10%～30%，在方案確定初期，本項(xiàng)目采用追加初投資回收期的靜態(tài)評(píng)價(jià)法進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，詳見表3。

表3 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

經(jīng)分析，本項(xiàng)目采用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)較常規(guī)空調(diào)初投資增加約500 萬元，每年運(yùn)行電費(fèi)節(jié)省150~210 萬元，3 年左右即可實(shí)現(xiàn)初投資費(fèi)用回收，滿足靜態(tài)回收期小于5 年的基本要求，經(jīng)濟(jì)性還是相當(dāng)可觀的。