祁蕊，陳浩

（珠海市建筑設計院，珠海，519000）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，中央空調被廣泛應用于各類新建或改、擴建公共建筑中，加劇了空調季城市電網(wǎng)的峰谷荷差，在此背景下，蓄能技術越來越被重視，并在近年取得迅速發(fā)展。蓄冷空調系統(tǒng)，在供冷方面，其通過用電低谷時段蓄冷，在供電高峰時段放冷來滿足室內人員的熱舒適性需求；在經(jīng)濟效益方面，其通過政府的峰谷電價政策，降低系統(tǒng)運行費用；在社會效益方面，其通過錯峰用電來降低對電網(wǎng)沖擊，減緩電廠和供配電設施的建設。

1 項目概況

本項目位于珠海市香洲區(qū)，總建筑面積22.78萬m2，地上由兩棟產業(yè)樓及兩棟研發(fā)樓組成，地下共兩層，由車庫、人防、設備房等功能區(qū)組成。應業(yè)主運營管理要求，產業(yè)樓、研發(fā)樓各采用一套空調系統(tǒng)，本文以產業(yè)樓為背景對水蓄冷中央空調系統(tǒng)進行設計分析。兩棟產業(yè)樓高度均為99.7 m，建筑面積約為11.4萬m2，空調面積約為9.28萬m2；其中，L1～L6層為裙房，建筑面積約為3.66萬 m2，主要功能有入戶大堂、生產研發(fā)、研發(fā)辦公、展廳、員工餐廳、配套商業(yè)等，L7～L21層為塔樓（兩棟塔樓建筑平面呈對稱狀，建筑功能、布置均相同），建筑面積約為7.75萬 m2，主要功能有生產研發(fā)、研發(fā)辦公、會議室等。

2 空調系統(tǒng)設計分析

水蓄冷空調系統(tǒng)由常規(guī)制冷空調系統(tǒng)與蓄/釋冷系統(tǒng)組成；其中，常規(guī)制冷空調系統(tǒng)由冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等設備組成，蓄/釋冷系統(tǒng)由冷水機組、蓄冷水泵、釋冷水泵、換熱器等設備和蓄冷水池組成。本項目結合珠海市的電價政策及項目特點采用部分蓄冷系統(tǒng)。

2.1 冷負荷計算

（1）室外設計參數(shù)［1］

（2）室內設計參數(shù)

經(jīng)計算，產業(yè)樓設計日峰值冷負荷為14393 kW，日總冷負荷為44156RTH；其中，裙房冷負荷為6944 kW，塔樓冷負荷為7449kW。

圖1 設計日逐時冷負荷

2.2 空調冷源

2.2.1 蓄冷率的確定

水蓄冷空調系統(tǒng)配電容量和系統(tǒng)初投資同蓄冷率有密切關系，只有在最佳蓄冷率下，系統(tǒng)的配電容量和設備初投資最省［2］。當蓄冷率較低時，蓄冷/釋冷系統(tǒng)產生的經(jīng)濟效益不明顯，很難回收初投資的費用，當蓄冷率較高時，蓄冷水池占用場地面積較大，對建筑功能的正常使用造成影響，參考文獻［3］可知比較適宜的蓄冷率在30 %左右。

結合本項目實際建筑條件，可在B2層設置蓄冷水槽，水槽凈面積約510m2，深度10.4m，據(jù)此通過式1、式2計算得出蓄冷率為27.2 %，在適宜的蓄冷率范圍內。計算式如下［4］：

式中：X為蓄冷率（%）；Qx為蓄冷量（kWH）；Q為設計日全天冷負荷（kWH）；V為蓄冷水池體積（m3）；△t為釋冷回水溫度與蓄冷進水溫度間的溫度差，取值8℃；ρ為蓄冷水的密度，取值1000kg/m3；cp為冷水比熱容，取值4.187kJ/（kg?℃）；FOM為蓄冷水槽的完善度，取值90%；αV為蓄冷水槽的體積利用率，取值95%。

2.2.2 蓄冷系統(tǒng)形式

本項目管道連接方式采用冷水機組與蓄冷水槽并聯(lián)的方式。蓄冷水槽的進、出水溫度為12/4 ℃，冷水機組蓄冷工況供、回水溫度為4/12 ℃，制冷工況供、回水溫度為7/13℃，板換一次側供回水溫度為4/12 ℃，二次側供回水溫度為7/13℃。

圖2 水蓄冷中央空調原理圖

2.2.3 冷源配置分析

本項目采用部分蓄冷，在冷負荷峰值時段，利用蓄冷水池及冷水機組共同承擔用冷需求，降低冷水機組的容量，進而降低冷水機組、水泵、冷卻塔等主要設備初投資及配電容量。制冷主機配置經(jīng)比選，最終選用兩臺1200Rt雙工況離心機組及一臺600 RT常規(guī)離心機組，按此配置5.9小時可將水池冷量蓄滿。本項目不存在以下情況：a、蓄冷時段基載冷負荷超過制冷主機單臺冷負荷的20%；b、基載冷負荷超過350 kW；c、基載負荷下的空調總冷量超過設計蓄水冷了的10 %；故未設置基載機，當臨時出現(xiàn)夜間加班負荷時，可調配600 Rt常規(guī)機組進行供冷。冷源設備配置如下表：

3 運行模式分析

3.1 水蓄冷系統(tǒng)常規(guī)運行模式

本項目水蓄冷中央空調系統(tǒng)有四種不同的供冷模式：

模式一：冷水機組蓄冷的運行模式；

模式二：冷水機組供冷的運行模式；

模式三：蓄冷裝置釋冷的運行模式；

模式四：冷水機組供冷、蓄冷裝置釋冷的運行模式。

3.2 不同負荷率的運行分析

不同運行模式主要從滿足末端用冷需求及運行電費兩方面考慮，根據(jù)實時冷負荷、蓄冷量、電價政策等參數(shù)靈活切換，以達到降低空調系統(tǒng)運行費用的目的。以此原則將空調負荷率分為100 %、75%、50 %、25%四個區(qū)間段，對水蓄冷系統(tǒng)的運行模式細化分析，為系統(tǒng)的實際運行提供理論參考。

廣東省電網(wǎng)企業(yè)代理購電用戶電價表［5］

3.2.1 100%負荷率工況

圖3為設計日100%負荷率工況的運行策略，全天總冷量為44156RTH，蓄冷裝置可供冷量12000 RTH；在0～6點電價低谷時段制冷主機開啟蓄冷模式，8～9點、19～22點電價平谷時段制冷主機獨立供冷，9～19點時段冷負荷高峰及電價高峰均集中在此區(qū)間，冷水機組與蓄冷裝置聯(lián)合供冷。

圖3 100%負荷率工況運行策略

3.2.2 75%負荷率工況圖4為設計日75%負荷率工況的運行策略，全天總冷量為33119RTH，蓄冷裝置可供冷量12000 RTH；在0～6點電價低谷時段制冷主機開啟蓄冷模式，8～10點、19～22點電價平谷時段制冷主機獨立供冷，10～19點時段冷負荷高峰及電價高峰均集中在此區(qū)間，冷水機組與蓄冷裝置聯(lián)合供冷。

3.2.3 50%負荷率工況

圖5為設計日50 %負荷率工況的運行策略，全天總冷量為22083RTH，蓄冷裝置可供冷量12000RTH；在0～6點電價低谷時段制冷主機開啟蓄冷模式，8～10點、12～14點、19～22點電價平谷時段制冷主機獨立供冷，10～12點、14～17點電價高峰時段蓄冷裝置獨立供冷，17～19點時段蓄冷裝置冷量已不滿足獨立供冷，需冷水機組與蓄冷裝置聯(lián)合供冷。

圖5 50%負荷率工況運行策略

3.2.4 25%負荷率工況

圖6為設計日25%負荷率工況的運行策略，全天總冷量為11039RTH，蓄冷裝置容量為12000 RTH，蓄冷裝置已可滿足全天用冷需求，夜間可根據(jù)用冷需求靈活調節(jié)蓄冷量。

圖6 25%負荷率工況運行策略

4 結論

1）蓄冷率為本項目空調系統(tǒng)設計的一個關鍵點，直接影響著空調系統(tǒng)的裝機容量、初投資及運行成本，結合文獻及項目建筑條件進行計算，最終確定蓄冷率為27.2 %；

2）本項目峰值負荷為4093RT，通過采用水蓄冷空調系統(tǒng)，可實現(xiàn)冷負荷峰值區(qū)間蓄冷裝置+冷水機組聯(lián)合供冷，減小了冷水機組的裝機容量；

3）根據(jù)珠海市峰、平、谷電價政策及項目特點提出不同負荷率工況下的運行建議，為項目的投產運行提供理論參考，既可緩解城市電網(wǎng)的壓力，又有良好的經(jīng)濟效益及社會效益。