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《河北工業(yè)科技雜志》2015年第二期

1水蓄冷系統(tǒng)設計

1.1空調(diào)冷源分析該綜合樓位于保定市繁華的商業(yè)區(qū)，場地較為緊湊，可利用的空間很少，兩面與周圍商業(yè)建筑之間只有5m寬的消防車道，這種特殊的場地使常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)的使用受到限制。空調(diào)運行情況如下：商場每天運行12h，早9點到晚9點；公寓每天24h運行。空調(diào)負荷高峰時主要是商業(yè)白天的冷負荷，與電網(wǎng)高峰時正好重合；并且晚上公寓的負荷較小，正好是電網(wǎng)的低谷段；空調(diào)逐時負荷的峰、谷相差較大，使用常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)會導致裝機容量過大，而且系統(tǒng)大部分時間處于部分負荷下運行；由于該項目為一類公共建筑，需設置1000m3的消防水池，若將消防水池改造成蓄冷水池，對于較小的夜間冷負荷是容易滿足的，只需在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的基礎上增加1套蓄冷裝置，在運行工況方面與常規(guī)空調(diào)基本一致，就可以將高峰時段的空調(diào)用電量轉(zhuǎn)移至低谷，達到節(jié)約運行電費的目的。同時消防水池中的水保持流動和低溫狀態(tài)，可有效防止水質(zhì)變壞和藻類滋生。綜合考慮水蓄冷作為該項目的冷源是十分理想的。

1.2水蓄冷系統(tǒng)設計原則進行水蓄冷設計時，須準確分析建筑空調(diào)負荷特點，并計算建筑物的逐時負荷，然后根據(jù)設計負荷的特點和運行策略來確定系統(tǒng)選型和控制策略，目標是盡可能地減少各種設備的裝機容量，并達到滿足各工作時段的負荷需求，在非滿負荷運行時應充分利用蓄冷量，減少冷水機組運行時間，從而節(jié)省運行費用。經(jīng)過詳細地空調(diào)逐時負荷計算，結合從電力部門獲得的峰、谷電價數(shù)據(jù)，制定了夏季典型設計日負荷及電價圖表，結果見圖1。

1.3控制策略水蓄冷系統(tǒng)通過控制閥門和設備，可以實現(xiàn)以下5種運行模式：1）雙工況機組夜間蓄冷；2）雙工況機組夜間蓄冷同時供冷；3）雙工況機組單獨供冷；4）蓄冷設備單獨供冷；5）雙工況機組和蓄冷設備聯(lián)合供冷［15－16］。水蓄冷系統(tǒng)及連接圖見圖2。

2系統(tǒng)運行方案

空調(diào)系統(tǒng)負荷隨室外氣象參數(shù)變化而變化，因此設備在全年運行中需不斷調(diào)節(jié)。對水蓄冷系統(tǒng)，在非滿負荷時應充分利用蓄冷量，減少機組運行時間，從而節(jié)省運行費用［17］。根據(jù)這個原則，本工程采用2臺雙工況冷水機組（日間制冷工況7～12℃、夜間蓄冷工況4～9℃）。雙工況主機在夜間電力低谷時段向蓄冷水池蓄得冷量，日間在電力高峰時段時利用夜間蓄得的冷量向建筑物供冷。為達到節(jié)省電費的目的，系統(tǒng)運行應該遵循：盡量不使用峰電，少使用平電，多使用谷電。本文提出兩種運行方案，每種方案的系統(tǒng)配置及運行策略均不同，通過比較從中選出更優(yōu)的解決方案。

2.1消防水池水蓄冷（夜間采用邊蓄邊供方式）

2.1.1系統(tǒng)配置選擇國內(nèi)外在工程中應用較成熟的設備，功能完全滿足使用需要，建立合理的控制系統(tǒng)同時達到最佳控制效果；實現(xiàn)設計中的運行節(jié)能要求并兼顧設備價格因素，配置合理的系統(tǒng)。

2.1.2水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運行策略說明系統(tǒng)運行策略如下。22：00－06：00：雙工況機組蓄冷工況運行8h，向蓄冷設備蓄得冷量并承擔基載負荷；07：00－21：00：蓄冷設備輸出冷量，與雙工況主機聯(lián)合供冷或單獨供冷；06：00－07：00，9：00－18：00，21：00－22：00：雙工況主機制冷工況供冷。系統(tǒng)能量分配：基載主機日間空調(diào)工況最大能量輸出為1214kW；夜間蓄冷工況制冷量：蓄冷990kW＋基載負荷126kW；蓄冷設備夜間儲存的可利用冷量：7920kW•h；蓄冷設備日間最大輸出能量：972kW•h；削峰量：100％；蓄冷設備削減冷量占總冷量。

2.2消防水池水蓄冷（夜間負荷由水冷渦旋機組承擔）本方案與方案1的不同之處在于夜間基載負荷的設計。夜間基載完全由水冷渦旋機組承擔，帶來的相應的變化如下：1）雙工況主機容量減小，不存在夜間邊蓄邊供的工況，系統(tǒng)簡單；2）夜間低負荷的制冷負荷完全由水冷渦旋冷水機組承擔；3）水冷渦旋機組不是獨立運行的，其運行依賴于制冷機房冷卻塔系統(tǒng)的運行；4）水冷渦旋機組及其配套冷卻水泵、冷凍水泵等都設置在機房內(nèi)部，需要增加機房占地面積約10m2；5）系統(tǒng)配置見表2。通過上述2種方案的比較，第2種方案中水冷渦旋機組不存在夜間邊蓄邊供的工況，系統(tǒng)效率得以提高；夜間建筑冷負荷較小，而且夜間電費相對較低，制冷負荷完全由水冷渦旋冷水機組承擔，對于系統(tǒng)的整體效率而言是最高的。故最終選擇了水冷渦旋機組方案。

3經(jīng)濟性分析

3.1初投資應用水蓄冷技術后機房的初投資有所增加，消防水池布水器增加費用＋自控系統(tǒng)增加費用＋機房至消防水池供回水管增加費用＋板式換熱器增加費用＋增加的閥門水泵增加費用－制冷機組容量減少費用＝47萬元，即初投資增加費用47萬元。

3.2年運行費用該建筑商場每天運行12h，早9點到晚9點；公寓每天24h運行。夏季運行120d，100％負荷運行時間26d，75％負荷運行時間53d，50％運行時間33d，25％運行時間8d。則運行費用如下：常規(guī)機組年運行費用為404366元；水蓄冷機組年運行費用為278268元。年節(jié)約運行費用約為12．6萬元。

4結語

經(jīng)過成本核算，水蓄冷增加的成本靜態(tài)回收期為47／12．6＝3．73a。而水蓄冷系統(tǒng)的使用壽命都在20年以上，隨著電價差的持續(xù)加大，本項目節(jié)省的費用也將成倍增長。故采用水蓄冷技術將帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

作者：張偉力李恒任鳳彥單位：保定市建筑設計院有限公司