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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(shè)計(jì)

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(chǎng)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(chǎng)地使常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)的使用受到限制?？照{(diào)運(yùn)行情況如下：商場(chǎng)每天運(yùn)行12h，早9點(diǎn)到晚9點(diǎn)；公寓每天24h運(yùn)行?？照{(diào)負(fù)荷高峰時(shí)主要是商業(yè)白天的冷負(fù)荷，與電網(wǎng)高峰時(shí)正好重合；并且晚上公寓的負(fù)荷較小，正好是電網(wǎng)的低谷段；空調(diào)逐時(shí)負(fù)荷的峰、谷相差較大，使用常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致裝機(jī)容量過大，而且系統(tǒng)大部分時(shí)間處于部分負(fù)荷下運(yùn)行；由于該項(xiàng)目為一類公共建筑，需設(shè)置1000m3的消防水池，若將消防水池改造成蓄冷水池，對(duì)于較小的夜間冷負(fù)荷是容易滿足的，只需在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加1套蓄冷裝置，在運(yùn)行工況方面與常規(guī)空調(diào)基本一致，就可以將高峰時(shí)段的空調(diào)用電量轉(zhuǎn)移至低谷，達(dá)到節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)的目的。同時(shí)消防水池中的水保持流動(dòng)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(xiàng)目的冷源是十分理想的。

1.2水蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行水蓄冷設(shè)計(jì)時(shí)，須準(zhǔn)確分析建筑空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)，并計(jì)算建筑物的逐時(shí)負(fù)荷，然后根據(jù)設(shè)計(jì)負(fù)荷的特點(diǎn)和運(yùn)行策略來確定系統(tǒng)選型和控制策略，目標(biāo)是盡可能地減少各種設(shè)備的裝機(jī)容量，并達(dá)到滿足各工作時(shí)段的負(fù)荷需求，在非滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)應(yīng)充分利用蓄冷量，減少冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，從而節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。經(jīng)過詳細(xì)地空調(diào)逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算，結(jié)合從電力部門獲得的峰、谷電價(jià)數(shù)據(jù)，制定了夏季典型設(shè)計(jì)日負(fù)荷及電價(jià)圖表，結(jié)果見圖1。

1.3控制策略水蓄冷系統(tǒng)通過控制閥門和設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)以下5種運(yùn)行模式：1）雙工況機(jī)組夜間蓄冷；2）雙工況機(jī)組夜間蓄冷同時(shí)供冷；3）雙工況機(jī)組單獨(dú)供冷；4）蓄冷設(shè)備單獨(dú)供冷；5）雙工況機(jī)組和蓄冷設(shè)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(yùn)行方案

空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷隨室外氣象參數(shù)變化而變化，因此設(shè)備在全年運(yùn)行中需不斷調(diào)節(jié)。對(duì)水蓄冷系統(tǒng)，在非滿負(fù)荷時(shí)應(yīng)充分利用蓄冷量，減少機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，從而節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用［17］。根據(jù)這個(gè)原則，本工程采用2臺(tái)雙工況冷水機(jī)組（日間制冷工況7～12℃、夜間蓄冷工況4～9℃）。雙工況主機(jī)在夜間電力低谷時(shí)段向蓄冷水池蓄得冷量，日間在電力高峰時(shí)段時(shí)利用夜間蓄得的冷量向建筑物供冷。為達(dá)到節(jié)省電費(fèi)的目的，系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)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(yùn)行方案，每種方案的系統(tǒng)配置及運(yùn)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(yīng)用較成熟的設(shè)備，功能完全滿足使用需要，建立合理的控制系統(tǒng)同時(shí)達(dá)到最佳控制效果；實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的運(yùn)行節(jié)能要求并兼顧設(shè)備價(jià)格因素，配置合理的系統(tǒng)。

2.1.2水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行策略說明系統(tǒng)運(yùn)行策略如下。22：00－06：00：雙工況機(jī)組蓄冷工況運(yùn)行8h，向蓄冷設(shè)備蓄得冷量并承擔(dān)基載負(fù)荷；07：00－21：00：蓄冷設(shè)備輸出冷量，與雙工況主機(jī)聯(lián)合供冷或單獨(dú)供冷；06：00－07：00，9：00－18：00，21：00－22：00：雙工況主機(jī)制冷工況供冷。系統(tǒng)能量分配：基載主機(jī)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(fù)荷126kW；蓄冷設(shè)備夜間儲(chǔ)存的可利用冷量：7920kW•h；蓄冷設(shè)備日間最大輸出能量：972kW•h；削峰量：100％；蓄冷設(shè)備削減冷量占總冷量。

2.2消防水池水蓄冷（夜間負(fù)荷由水冷渦旋機(jī)組承擔(dān)）本方案與方案1的不同之處在于夜間基載負(fù)荷的設(shè)計(jì)。夜間基載完全由水冷渦旋機(jī)組承擔(dān)，帶來的相應(yīng)的變化如下：1）雙工況主機(jī)容量減小，不存在夜間邊蓄邊供的工況，系統(tǒng)簡(jiǎn)單；2）夜間低負(fù)荷的制冷負(fù)荷完全由水冷渦旋冷水機(jī)組承擔(dān)；3）水冷渦旋機(jī)組不是獨(dú)立運(yùn)行的，其運(yùn)行依賴于制冷機(jī)房冷卻塔系統(tǒng)的運(yùn)行；4）水冷渦旋機(jī)組及其配套冷卻水泵、冷凍水泵等都設(shè)置在機(jī)房?jī)?nèi)部，需要增加機(jī)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(jī)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(fù)荷較小，而且夜間電費(fèi)相對(duì)較低，制冷負(fù)荷完全由水冷渦旋冷水機(jī)組承擔(dān)，對(duì)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(jī)組方案。

3經(jīng)濟(jì)性分析

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

3.2年運(yùn)行費(fèi)用該建筑商場(chǎng)每天運(yùn)行12h，早9點(diǎn)到晚9點(diǎn)；公寓每天24h運(yùn)行。夏季運(yùn)行120d，100％負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間26d，75％負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間53d，50％運(yùn)行時(shí)間33d，25％運(yùn)行時(shí)間8d。則運(yùn)行費(fèi)用如下：常規(guī)機(jī)組年運(yùn)行費(fèi)用為404366元；水蓄冷機(jī)組年運(yùn)行費(fèi)用為278268元。年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約為12．6萬元。

4結(jié)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(jià)差的持續(xù)加大，本項(xiàng)目節(jié)省的費(fèi)用也將成倍增長(zhǎng)。故采用水蓄冷技術(shù)將帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

作者：張偉力李恒任鳳彥單位：保定市建筑設(shè)計(jì)院有限公司