南方基地二期項目冰蓄冷技術應用

李奇

摘? 要：冰蓄冷技術已在我國多個城市廣泛應用，作為電力的移峰填谷措施，可有效提升所在區(qū)域的電網用電負荷率。由于冰蓄冷項目在建設體系及硬件設施均有要求，對已實施的項目基本上很難應用。為此，南方基地二期項目在規(guī)劃實施時已采用冰蓄冷技術，以解決項目用電效率低的問題，為園區(qū)公用建筑節(jié)能起到示范作用，達到園區(qū)運營降本增效。

關鍵詞：冰蓄冷技術;移峰平谷;應用;示范作用

中圖分類號：TM73? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）27-0155-03

Abstract： Ice storage technology has been widely used in many cities in China. As a peak-shifting and valley-filling measure， ice storage technology can effectively improve the power load rate of the power grid in the region. Because the ice storage project has requirements in the construction system and hardware facilities， it is basically difficult to apply to the projects that have been implemented. For this reason， the second phase of the southern base project has adopted ice storage technology in the planning and implementation， in order to solve the problem of low power efficiency of the project， play a demonstration role for the energy saving of public buildings in the park， and achieve cost reduction and efficiency increase in the operation of the park.

Keywords： ice storage technology; peak-shifting flat valley; application; demonstration effect

1 項目綜述

1.1 蓄冷背景

隨著社會的發(fā)展，中央空調在公用建筑的普及率日漸增高。據(jù)統(tǒng)計，空調高峰時用電量達到城市用電負荷的25%-30%，加大了電網的峰谷用電差。公用建筑一般主要集中在每天上午8時至夜間10時這段時間。在這段時間中，所有的用電設備都在先后運行著，為保證電力供應，電廠在這段時間內就需要全力發(fā)電，電網就需要全力供電，這時電廠和電網的負擔都很重。過了辦公時段，多數(shù)建筑的用電設備、辦公及生活用電設備不運行。冰蓄冷技術之所以得到政府和工程技術界的重視，正因為它對電網有卓越的移峰填谷功能，是電力需求側最有效的電能蓄存方法。冰蓄冷技術應用可使空調的降溫速度快，提高制冷品質，大幅減少運營成本等。

冰蓄冷技術應用的基本原理就是利用夜間低谷時的電能來制冰并將冰蓄存起來，在白天用電高峰的時候，用蓄存的冰作為冷源供給空調系統(tǒng)，這樣白天很多空調設備就不必要運行了，減輕了白天電網的高峰負荷，達到了電網“削峰填谷”提高能源利用效率的目的。同時，由于實施的是分布式供冷的方式，減少了空調降溫所要消耗的能源。冰蓄冷技術的應用將實現(xiàn)現(xiàn)代城市供冷方式由常規(guī)機房制冷到低谷蓄冰制冷、由按戶分散供冷到相對集中區(qū)域供冷兩方面的重大改變，將對節(jié)能減排發(fā)揮十分重要的作用。

冰蓄冷技術在系統(tǒng)構成上，是在常規(guī)空調系統(tǒng)的基礎上增加了一套蓄冷裝置，其它各部分在結構上與常規(guī)空調并無不同，它在使用范圍方面也與常規(guī)空調基本一致。冰蓄冷技術使用的主要設備有盤管、冰球等多種方式。

1.2 工程概況

本項目位于廣州市天河區(qū)，總建筑面積為130652m2，其中地下建筑面積為39464m2，地上建筑面積為88992m2;地下兩層，為設備房及車庫，地上共分為三棟單體，建筑高度為32m。本項目各棟單體的體量相對不是很大，各單體建筑距離較近，空調水系統(tǒng)輸送距離適中，項目的空調冷源結合廣州地區(qū)氣候特點采用區(qū)域集中供冷形式，集中冷源可降低冷水機組、冷卻塔等的裝機容量、減少水泵臺數(shù)，降低初投資，節(jié)省運行費用，便于運維管理。

本項目3棟采用集中供冷形式，地上建筑面積為69896m2，其中空調面積為57071m2，經計算典型設計日空調冷負荷最大值為9799kW（2787RT），根據(jù)需要夜間可供冷且最大負荷為430RT，全日累計冷負荷約為：32748RTH。

根據(jù)項目所在區(qū)域，發(fā)改委部門于2017年發(fā)布的有關政策規(guī)定，明確了電價峰谷區(qū)間及相對應的費用。

1.3 逐時負荷

經過對南方基地二期項目逐時冷負荷計算，其典型日夏季設計日供冷逐時冷負荷如表1。

2 冰蓄冷技術工藝流程設計

2.1 融冰方式

冰蓄冷目前盤管式較為通用，且穩(wěn)定性高。盤管式蓄冷設備是由浸在冰槽中的盤管構成換熱表面。在蓄冰時，載冷劑在盤管內循環(huán)，吸收水的熱量，在盤管外表面形成冰層。融冰方式有兩種形式，分包為外融冰、內融冰。

外融冰：槽內水參與空調水循環(huán)或換熱，冰層由外向內融化。供水溫度為1-3℃，采用壓縮空氣加強冰水換熱。適宜大型區(qū)域供冷或低溫送風工程。

內融冰：與空調水換熱的載冷劑在盤管內循環(huán)，冰層由內向外融化，槽內水為靜態(tài)。載冷劑送冷溫度為2-5℃。適宜單體建筑的常溫及低溫送風工程。

根據(jù)本工程的規(guī)模及特點分析對比，本項目選用內融冰方式更合理，且有利于成本控制。

2.2 系統(tǒng)方式

冰蓄冷系統(tǒng)常見的系統(tǒng)流程有并聯(lián)流程和制冷機組位于蓄冷裝置上游或下游的串聯(lián)流程。系統(tǒng)為串聯(lián)時：在制冷機組位于蓄冷裝置上游的串聯(lián)系統(tǒng)中，制冷主機出水溫度較高，蓄冰裝置進出水溫度較低，制冷主機效率高、電耗較小。若蓄冰裝置位于制冷主機上游時，恰好相反，融冰效率高，主機效率低。

根據(jù)現(xiàn)有廣州的電價政策及本項目的特點，本項目選用主機和蓄冰裝置并聯(lián)的系統(tǒng)流程，這不僅兼顧了主機效率，又可以保證融冰速率。并聯(lián)系統(tǒng)原理圖如下：（雙工況主機以單臺顯示、實際為2臺，基載主機與板換并聯(lián)運行），采用并聯(lián)系統(tǒng)融冰速度更快，融冰速度與主機是否開啟無關;在部分負荷日能更快地融冰。

2.3 蓄冷規(guī)劃方案

冰蓄冷技術應用須結合所在區(qū)域的電價政策，選擇合適的規(guī)劃方案。根據(jù)廣州地區(qū)的峰谷電價及其時間段等因素，本項目雙工況主機與蓄冰裝置（內融冰）采用并聯(lián)的形式，盡最大可能地發(fā)揮主機及蓄冷裝置的效率，板式換熱器選擇2臺主機直供板換和2臺蓄冰裝置融冰供冷板換，設計日融冰量為10800RTH，冰槽選型安裝容量要求大于12000RTH，蓄冷裝置單獨融冰供冷最大小時供冷量不小于1800RT，這滿足綠建二星提出的蓄冰量大于30%要求。晚間基載負荷由一臺1477kW（420RT）的變頻離心式冷水主機提供，滿足負荷項目夜間運營要求。蓄冰主機制冰時的供回水溫度為-5.6/-2.1℃，蓄冰主機制冷時的供回水溫度為5/10℃;基載主機的供回水溫度為冷凍水供回水溫度為6/13℃;板換側空調冷凍供回水溫度為6/13℃;板換側乙二醇供回水溫度為5/11℃。

本工程設置冷凍水系統(tǒng)1個，制冷機房1個。制冷機房設在負一層，蓄冷槽間設置于負二層。鑒于本項目單體建筑共有3個，擬將空調區(qū)域分為3個環(huán)路，冷凍水在制冷機房通過分、集水器，分別為各自相應的區(qū)域提供服務。

（1）基載主機：1臺1477kW（420RT）的變頻螺桿式冷水機組，基本能滿足本項目夜間24：00～次日7：00內時間段內的空調需求。

（2）雙工況制冷主機：根據(jù)《蓄冷空調工程技術規(guī)程》（JGJ158-2008）計算公式及適當考慮部分余量，最后確定選用2臺單機容量為900 RT（3165kW）的雙工況離心機組。

3 冰蓄冷設備的選型

3.1 冰蓄冷系統(tǒng)主機選型

通過對夏季逐時冷負荷分布情況分析，考慮到最大限度提高機組制冷效率，以及供冷時負荷控制精確度的要求，采用2臺3165kW/2159kW（900/614RT）雙工況冷離心式冷水機組、1臺1477kW（420RT）基載變頻冷水機組。

3.2 蓄冰裝置選型

根據(jù)廣州市蓄冷空調峰谷電價政策及本項目設計日逐時冷負荷分布情況，雙工況機組在夜間低谷電24：00～08：00時段蓄冰，由于在蓄冰的8個小時內，主機平均出水溫度為-4.5℃左右，該工況的主機制冷量約為675RT，則8小時雙工況機組制冰總量為：Qi=8h×2臺×675RT=10800RTH。

蓄冰裝置選型及參數(shù)如下：

本項目蓄冰裝置采用蓄冰盤管。蓄冰裝置應考慮一定的富余量及考慮過渡季節(jié)主機冷卻水溫較設計工況低時主機制冷量會增大，因此考慮10%的富余量，因此蓄冰裝置的蓄冰量為10800×1.1=12000RTH。

3.3 冷卻塔選型

冷卻塔的選型主要從以下四個方面考慮選擇：

（1）冷卻水量：冷卻塔要求的冷卻水量至少是主機冷水水流1.25倍以上。

（2）進出塔溫差：冷卻塔標準塔型設計工況為進水溫度37℃，出水32℃，進出塔溫差為5℃。

（3）濕球溫度：冷卻塔回水與出水溫度主要取決于周圍空氣的濕球溫度。當?shù)貪袂驕囟葹?7.8℃，選型時取28℃。

（4）干球溫度：空氣冷卻塔是利用傳導使空氣吸熱來實現(xiàn)散熱，主要受空氣干球溫度的影響，廣州地區(qū)的計算干球溫度為34.2℃。

考慮冷卻水溫低的時候，對變頻冷水機組的能效比提高較大，因此最終冷卻塔選型為1臺450CMH與2臺900CMH（由2臺450CMH拼接）方形超低噪音型橫流式冷卻塔。

3.4 板式換熱器選型

板式換熱器的選型是根據(jù)本項目雙工況主機與蓄冰裝置并聯(lián)等要求，這就需要選擇2臺主機直供板換和2臺蓄冰裝置融冰供冷板換。

4 結束語

由于本項目各棟單體的體量相對不是很大，各單體建筑距離較近，空調水系統(tǒng)輸送距離適中，本項目的空調冷源結合廣州地區(qū)氣候特點采用區(qū)域集中供冷形式，集中冷源可降低冷水機組、冷卻塔等的裝機容量、減少水泵臺數(shù)，降低初投資，節(jié)省運行費用，便于運維管理。

結合現(xiàn)有廣州地區(qū)有峰谷電價政策、綠建節(jié)能及項目建設等目標，南方基地二期項目冰蓄冷技術應用是十分必要的。通過對比分析、痛難點排查，本項目冰蓄冷技術應用方案采用了碳鋼盤管蓄冰、內融冰并聯(lián)及相匹配的設備選型，以實現(xiàn)用地的移峰填谷。本項目冰蓄冷技術應用不僅可轉移電力高峰期用電負荷，降低制冷機總裝機容量，還減少系統(tǒng)運行費用。

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