九棵树（上海）未来艺术中心空调系统配置及运营策略

史洪伟（上海奉贤南桥新城建设发展有限公司，上海 201406 )

九棵树（上海）未来艺术中心（简称“艺术中心”）项目用地面积 120 522 m2，容积率 1.0，设施类别为文化及商业服务，其中文化设施占比 45%，商业服务设施占比55%。本项目主要建设内容为文化设施部分，总建筑面积71 700 m2（其中地上建筑面积 52 800 m2，地下建筑面积18 900 m2），地上 4 层，为文化场馆设施、艺术创作中心及相关配套，包括 1 个 1 200 座主剧场、1 个 500 座多功能剧场及 1 个 300 座的主题剧场，以及行政和后勤配套用房等，1 个艺术展览、创作中心及配套附属功能用房。

1 项目空调负荷特点及外部能源条件

1.1 空调负荷特点

艺术中心剧院为人员密集的场馆，用冷特性为冷负荷较为集中，会出现短时高峰情况。粗略估计，最大人流量可达 2 400 人，短时高峰冷负荷大，其他时段冷负荷较小。另外，根据运营管理方的分体管理要求，每个空间独立冷负荷运行，避免能源、资源的浪费。

1.2 负荷分布变化

演出时间设计日逐时冷负荷变化见图1，非演出时间设计日逐时冷负荷变化见图2。

图1 演出时间设计日逐时冷负荷变化

图2 非演出时间设计日逐时冷负荷变化

1.3 当地电价政策

当地电价夏季、非夏季分时变化见表1、表2。

表1 夏季电价政策(7、8、9月）

表2 非夏季电价

2 空调系统的选择

2.1 常规空调系统和冰蓄冷空调系统比较

常规的空调系统通常冷源采用电制冷机组、热源采用燃气（油）热水锅炉。夏天制冷机组提供的冷冻水通过循环水泵送至各空调用户；冬天锅炉提供的热水通过循环水泵直接（或经过换热器间接）送至各空调用户。常规空调系统配置见表3。

蓄冰空调系统：在电力负荷很低的夜间用电低谷期,采用电制冷机制冰，将冷量以冰的方式储存起来。在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，把储存的冷量释放出来，以满足建筑物空调负荷的需要；有全量蓄冰模式与分量蓄冰模式 2 种。目前国内绝大多数冰蓄冷工程项目均采用分量蓄冰模式。经计算蓄冰量是总冷负荷的 21%。冰蓄冷系统配置见表4。

表3 常规空调系统配置

表4 冰蓄冷系统配置

2.2 运行费用比较

2.2.1 常规空调系统运行费用

演出日夏季7～9月运行费用：设计日总电费15 028 元；空调年运行时间 24 d；空调年负荷系数 0.7；年运行费用 252 470元。演出日非夏季 6、10月常规空调运行费用：设计日总电费 13 489 元；空调年运行时间 16 d；空调年负荷系数 0.5；年运行费用 107 911 元。

非演出日夏季7～9月运行费用：设计日总电费 9 600元；空调年运行时间 36 d；空调年负荷系数 0.7；年运行费用 241 930 元。非演出日非夏季 6、10月运行费用：设计日总电费 6 367 元；空调年运行时间 24 d；空调年负荷系数0.5；年运行费用 76 399 元。

运行费用合计 678 710 元，运行时间 100 d。

2.2.2 冰蓄冷空调系统的运行费用

演出日夏季7～9月运行费用：设计日总电费 14 375元；空调年运行时间 24 d；空调年负荷系数 0.7；年运行费用 217 356 元。演出日非夏季 6、10月常规空调运行费用：设计日总电费 6 299 元；空调年运行时间 16 d；空调年负荷系数 0.5；年运行费 45 355 元。

非演出日夏季7～9月运行费用：设计日总电费7 667 元；空调年运行时间 36 d；空调年负荷系数 0.7；年运行费用 173 885 元。非演出日非夏季 6、10月运行费用：设计日总电费 3 237 元；空调年运行时间 24 d；空调年负荷系数 0.5；年运行费用 34 957 元。

运行费用合计 471 552 元，运行时间 100 d。

2.3 综合比较

（1）常规空调系统的特点：配置简单；运行费用较高；配电容量较高；容灾应急方式较少。

（2）冰蓄冷空调系统的特点：具有卓越的移峰填谷功能，是电力需求侧管理的重要技术手段。平衡电网昼夜峰谷电力负荷，减缓电厂建设，提高火电厂发电效率；减少制冷主机容量，减少空调系统电力工程贴费及配电设施费用；空调系统使用更加灵活，小负荷状态下，可融冰供冷，无须开启制冷主机；蓄冰装置的蓄冷量可作为应急冷源，在停电时只需开启水泵即可供冷，提高了空调系统的可靠性；冷冻水温度可降至 2～4 ℃, 可实现冷冻水大温差或低温送风，降低水管、风管的口径，降低建筑层高；低温送风技术可降低室内相对湿度，提高空调舒适性；供冷启动时间短，可在演出时间快速放出，只需 15 ～ 20 min 即可达到所需温度；在冷水机组出现意外情况，多一套容灾系统，能更确保系统运行的安全可靠性。

3 经济比较结果

回收期：冰蓄冷空调比较常规空调初投资高 44.69 万元，运行费用节约 20.72 万元，高出部分 2.16 a 即可回收；如不计算配电投入，需 5 a 回收。经济比较见表5。

表5 两种空调投资增减费用经济比较

根据以上经济技术分析，本项目采用冰蓄冷空调系统是最合适的选择。

4 本项目空调系统设备配置说明及运行策略

4.1 本项目空调系统设备配置

本工程中采用了技术成熟、效率高、易控制的主机（上游）、蓄冰装置（下游）串联循环回路设计，设计要素如下。

（1）采用分量蓄冰模式设计，合理配置主机容量和蓄冰容量，使系统技术经济性最优。

（2）采用制冷主机上游、蓄冰设备下游的串联系统流程，本系统形式效率高、控制简单可靠、使用灵活。

（3）采用 1 台 600 RT 做基载运行，载冷剂为水；2 台300 RT 的双工况制冷机白天供冷，夜间制冰，载冷剂为二乙醇。

（4）蓄冰装置总蓄冰量不小于 3 600 RT · h 。

本系统配置 2 供冷板换，每台换热量 2 500 kW，冷侧（25% 乙二醇溶液）3 ～ 11 ℃，热侧（水）7 ～ 12 ℃。

4.2 本工程蓄冰系统运行模式及策略

本工程的冰蓄冷系统设计日时按主机优先模式设计，在大部分空调使用时间内结合本地的电价政策按优化控制，逐渐向由分量蓄冰转化为全量蓄冰模式。合理的运行策略必须综合考虑系统的实际配置情况和冰蓄冷系统的运行约束条件，具体如下。

（1）充分利用夜间低谷电，双工况制冷主机在夜间全力蓄冰。

（2）高峰电时段少开甚至不开制冷主机，并尽可能减少制冷主机的启停次数。

（3）充分利用夜间低谷电，双工况制冷主机在夜间全力蓄冰。

（4）应灵活调整主机优先或者融冰优先的组合方式。

（5）当前处于运行状态的制冷主机应尽量使其运行于能效比较高的区域。

（6）每小时的融冰量不能超出蓄冰装置在当前融冰温度下对应的最大融冰速度；合理设定冷却水供水温度，优化制冷主机的供冷冷凝工况。

（7）冰蓄冷系统工程全年运行策略，从设计日主机优先融冰补充供冷，逐渐过渡到融冰优先主机补充供冷，再到全融冰供冷。

5 结 语

本项目具有如下优势：第一是安全性，有冰蓄冷系统作为备用冷源，增加容灾能力，能确保艺术中心更自如地应对停电或主机事故；第二是冰蓄冷能迅速冷却空调系统，对艺术中心的负荷变化应变力超强；第三是冰蓄冷空调系统运行费用较低，非常适合艺术中心的商业运行。