某产业园项目水蓄冷空调系统设计分析

祁蕊，陈浩

（珠海市建筑设计院，珠海，519000）

0 引言

随着经济的发展和人民生活水平的提高，中央空调被广泛应用于各类新建或改、扩建公共建筑中，加剧了空调季城市电网的峰谷荷差，在此背景下，蓄能技术越来越被重视，并在近年取得迅速发展。蓄冷空调系统，在供冷方面，其通过用电低谷时段蓄冷，在供电高峰时段放冷来满足室内人员的热舒适性需求；在经济效益方面，其通过政府的峰谷电价政策，降低系统运行费用；在社会效益方面，其通过错峰用电来降低对电网冲击，减缓电厂和供配电设施的建设。

1 项目概况

本项目位于珠海市香洲区，总建筑面积22.78万m2，地上由两栋产业楼及两栋研发楼组成，地下共两层，由车库、人防、设备房等功能区组成。应业主运营管理要求，产业楼、研发楼各采用一套空调系统，本文以产业楼为背景对水蓄冷中央空调系统进行设计分析。两栋产业楼高度均为99.7 m，建筑面积约为11.4万m2，空调面积约为9.28万m2；其中，L1～L6层为裙房，建筑面积约为3.66万 m2，主要功能有入户大堂、生产研发、研发办公、展厅、员工餐厅、配套商业等，L7～L21层为塔楼（两栋塔楼建筑平面呈对称状，建筑功能、布置均相同），建筑面积约为7.75万 m2，主要功能有生产研发、研发办公、会议室等。

2 空调系统设计分析

水蓄冷空调系统由常规制冷空调系统与蓄/释冷系统组成；其中，常规制冷空调系统由冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等设备组成，蓄/释冷系统由冷水机组、蓄冷水泵、释冷水泵、换热器等设备和蓄冷水池组成。本项目结合珠海市的电价政策及项目特点采用部分蓄冷系统。

2.1 冷负荷计算

（1）室外设计参数［1］

（2）室内设计参数

经计算，产业楼设计日峰值冷负荷为14393 kW，日总冷负荷为44156RTH；其中，裙房冷负荷为6944 kW，塔楼冷负荷为7449kW。

图1 设计日逐时冷负荷

2.2 空调冷源

2.2.1 蓄冷率的确定

水蓄冷空调系统配电容量和系统初投资同蓄冷率有密切关系，只有在最佳蓄冷率下，系统的配电容量和设备初投资最省［2］。当蓄冷率较低时，蓄冷/释冷系统产生的经济效益不明显，很难回收初投资的费用，当蓄冷率较高时，蓄冷水池占用场地面积较大，对建筑功能的正常使用造成影响，参考文献［3］可知比较适宜的蓄冷率在30 %左右。

结合本项目实际建筑条件，可在B2层设置蓄冷水槽，水槽净面积约510m2，深度10.4m，据此通过式1、式2计算得出蓄冷率为27.2 %，在适宜的蓄冷率范围内。计算式如下［4］：

式中：X为蓄冷率（%）；Qx为蓄冷量（kWH）；Q为设计日全天冷负荷（kWH）；V为蓄冷水池体积（m3）；△t为释冷回水温度与蓄冷进水温度间的温度差，取值8℃；ρ为蓄冷水的密度，取值1000kg/m3；cp为冷水比热容，取值4.187kJ/（kg•℃）；FOM为蓄冷水槽的完善度，取值90%；αV为蓄冷水槽的体积利用率，取值95%。

2.2.2 蓄冷系统形式

本项目管道连接方式采用冷水机组与蓄冷水槽并联的方式。蓄冷水槽的进、出水温度为12/4 ℃，冷水机组蓄冷工况供、回水温度为4/12 ℃，制冷工况供、回水温度为7/13℃，板换一次侧供回水温度为4/12 ℃，二次侧供回水温度为7/13℃。

图2 水蓄冷中央空调原理图

2.2.3 冷源配置分析

本项目采用部分蓄冷，在冷负荷峰值时段，利用蓄冷水池及冷水机组共同承担用冷需求，降低冷水机组的容量，进而降低冷水机组、水泵、冷却塔等主要设备初投资及配电容量。制冷主机配置经比选，最终选用两台1200Rt双工况离心机组及一台600 RT常规离心机组，按此配置5.9小时可将水池冷量蓄满。本项目不存在以下情况：a、蓄冷时段基载冷负荷超过制冷主机单台冷负荷的20%；b、基载冷负荷超过350 kW；c、基载负荷下的空调总冷量超过设计蓄水冷了的10 %；故未设置基载机，当临时出现夜间加班负荷时，可调配600 Rt常规机组进行供冷。冷源设备配置如下表：

3 运行模式分析

3.1 水蓄冷系统常规运行模式

本项目水蓄冷中央空调系统有四种不同的供冷模式：

模式一：冷水机组蓄冷的运行模式；

模式二：冷水机组供冷的运行模式；

模式三：蓄冷装置释冷的运行模式；

模式四：冷水机组供冷、蓄冷装置释冷的运行模式。

3.2 不同负荷率的运行分析

不同运行模式主要从满足末端用冷需求及运行电费两方面考虑，根据实时冷负荷、蓄冷量、电价政策等参数灵活切换，以达到降低空调系统运行费用的目的。以此原则将空调负荷率分为100 %、75%、50 %、25%四个区间段，对水蓄冷系统的运行模式细化分析，为系统的实际运行提供理论参考。

广东省电网企业代理购电用户电价表［5］

3.2.1 100%负荷率工况

图3为设计日100%负荷率工况的运行策略，全天总冷量为44156RTH，蓄冷装置可供冷量12000 RTH；在0～6点电价低谷时段制冷主机开启蓄冷模式，8～9点、19～22点电价平谷时段制冷主机独立供冷，9～19点时段冷负荷高峰及电价高峰均集中在此区间，冷水机组与蓄冷装置联合供冷。

图3 100%负荷率工况运行策略

3.2.2 75%负荷率工况图4为设计日75%负荷率工况的运行策略，全天总冷量为33119RTH，蓄冷装置可供冷量12000 RTH；在0～6点电价低谷时段制冷主机开启蓄冷模式，8～10点、19～22点电价平谷时段制冷主机独立供冷，10～19点时段冷负荷高峰及电价高峰均集中在此区间，冷水机组与蓄冷装置联合供冷。

3.2.3 50%负荷率工况

图5为设计日50 %负荷率工况的运行策略，全天总冷量为22083RTH，蓄冷装置可供冷量12000RTH；在0～6点电价低谷时段制冷主机开启蓄冷模式，8～10点、12～14点、19～22点电价平谷时段制冷主机独立供冷，10～12点、14～17点电价高峰时段蓄冷装置独立供冷，17～19点时段蓄冷装置冷量已不满足独立供冷，需冷水机组与蓄冷装置联合供冷。

图5 50%负荷率工况运行策略

3.2.4 25%负荷率工况

图6为设计日25%负荷率工况的运行策略，全天总冷量为11039RTH，蓄冷装置容量为12000 RTH，蓄冷装置已可满足全天用冷需求，夜间可根据用冷需求灵活调节蓄冷量。

图6 25%负荷率工况运行策略

4 结论

1）蓄冷率为本项目空调系统设计的一个关键点，直接影响着空调系统的装机容量、初投资及运行成本，结合文献及项目建筑条件进行计算，最终确定蓄冷率为27.2 %；

2）本项目峰值负荷为4093RT，通过采用水蓄冷空调系统，可实现冷负荷峰值区间蓄冷装置+冷水机组联合供冷，减小了冷水机组的装机容量；

3）根据珠海市峰、平、谷电价政策及项目特点提出不同负荷率工况下的运行建议，为项目的投产运行提供理论参考，既可缓解城市电网的压力，又有良好的经济效益及社会效益。