深圳科技开发园--蓄冰空调系统经济技术分析

摘 要：暖通空调设计方案的技术经济比较是一项影响建筑设计质量和建筑节能效率的重要工作。本文对暖通空调设计方案的蓄冰空调技术经济问题进行探讨，利用蓄冰系统的优化原理，阐述空调制冷机在电力低谷时段充分利用本地的低价电运行制冷蓄冰机制。并结合方案设计、优化原理、运行实践、实际运行经济方面的提出一些个人认识。

关键词：暖通空调 冷负荷分析 蓄冰空调 设计方案 技术经济对比

1 规划设计

深圳高新技术产业园某科技开发园工程，其定位用途为深圳市高新科技园的高档科技开发园。我方从深圳建筑的发展状况分析，结合近年推出的空调节能技术，提出采用蓄冰空调技术。

1.1蓄冰空调技术原理和实践：

蓄冰空调技术是利用夜间的低谷电力将建筑物所需空调冷量部分或全部制备好，以冰的形式存储，在白天用电高峰时段融冰供冷，这样既可以节约电费，同时对当地电网有移峰填谷的作用。根据该科技开发园实践统计，采用蓄冰中央空调，利用电力系统峰谷电差价，第二年的运行费用比常规中央空调要节省电费20%~30%，效益相当可观（九~十年左右节省的电费相当于首期投资费用）。

1.2环境工程分析：

深圳是中国南部海滨城市。属于亚热带海洋性气候，日照时间长，夏季炎热且潮湿，根据设计工程项目―周边城市（汕头/广州/湛江/香港）的各项实际环境条件的初步设定（2003年~2005年全国气象站资料）：

由此可见按夏季温度的最大可能性分析：一年需要开启的空调时间比较长，一般说来一年的供冷时间需要260天左右。

空调（室外机）系统制冷的年使用（最大可能）时间段为：最热月份5~9月。日使用（最大可能）时间段为：早9：00~晚：19：00（10小时）。实际需求年使用（最大可能）时间段为：4~10月，日使用（最大可能）时间段为：早7：00~晚：24：00。

深圳市电价情况：深圳市的电力供应情况夏季比较紧张，实行峰谷电价，比较适合采用蓄冰空调。抵免新增所得税等一系列的优惠措施。

通过整体建筑的冷负荷计算，建筑负荷：空调设计日总冷负荷为19332RTH。年度冷负荷分别按：100%负荷、80%负荷、60%负荷、30%负荷统计。

2 蓄冷系统设计思路分析

2.1蓄冷系统的设计思想通常有二种，即：全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷。

2.1.1.全负荷蓄冷

全负荷蓄冷或称负荷转移，其策略是将电高峰期的冷负荷全部转移到电力低谷期。虽然，运行费用低，但设备投资高、蓄冷装置占地面积大，除峰值需冷量大且用冷时间短的建筑以外，一般不宜采用。

2.1.2.部分负荷蓄冷

部分负荷蓄冷就是全天所需冷量部分由蓄冷装置供给。如图1-2所示，夜间用电低谷期利用制冷机蓄存一定冷量，补充电高峰时间所需部分冷量；当然，有些城市地区对高峰用电量有所限制，这时就需要根据峰期可使用的限制电量设计部分负荷蓄冷系统，此时，制冷机容量和蓄冷装置容量均需稍大。

2.3冰蓄冷系统方案分析：

2.3.1方案一：带基载方案--冰蓄冷系统原理流程

系统的原理流程是设计计算依据，因此根据原理流程图简化成以下的示意图以便于分析。

系统供冷时，乙二醇溶液首先经过冷机在空调工况下降温以保持较高效的工作，再经冰槽的冷却使乙二醇溶液的温度进一步降低，这样板式换热器的进出口处乙二醇溶液的可以达到较大的温差，从而使得在相同的负荷条件下，串联系统乙二醇溶液的流量较小，因此在相同的条件时串联系统的乙二醇循环泵小于并联系统，从而使串联系统的设备投资和运行费用都优于并联系统，而且串联方式管路更加简单运行可靠。在蓄冰系统用完或者出现故障时，机载冷水机组可以全负荷运行。

2.3.2方案二：不带基载的方案--冰蓄冷系统原理流程

该系统的原理流程是设计计算依据，因此根据原理流程图简化成以下的示意图以便于分析。

该系统供冷时，从而使串联系统的设备投资和运行费用都优于并联系统，而且串联方式管路更加简单运行可靠。

空调系统设计日的最大负荷时，设备的运行工况为双工况冷机、蓄冰设备、联合供冷。冰蓄冷系统示意图如下所示：

2.3.3设计日负荷平衡策略

设计日（100%负荷）负荷分配策略：空调冷负荷由制冷机和蓄冰槽共同承担。双工况制冷机在夜间的电力低谷时段23：00―07：00进行蓄冰，8个小时的低谷电即可蓄满冰槽，此时双工况冷机停止蓄冰工况下的运行，从上午08：00开始切换到空调工况进行运行。在平电时段双工况冷机满负荷运行，双工况冷机不足的部分由蓄冰槽补充。

2.4、冰蓄冷空调系统设备选型及流程设计：

以该系统的设计日（最不利情况）逐时负荷分布为依据的。根据本工程的空调负荷分布情况可以知道，这些模式可以随着时间及负荷的变化情况由控制系统进行自动切换，其中冰蓄冷系统运行工况分析如下：a.双工况制冷机蓄水b.双工况制冷机+蓄冰槽联合供冷c.双工况制冷机单独供冷d.蓄冰槽单独供冷e.冷机边蓄边供冷

运行策略

按照本工程蓄冰冷系统设计，常用运行模式主要有五种模式。系统在这五种模式中运行时各个阀门的工作状态如下表：

3 工程设计方案选择结论

根据上述分析，我方确定：方案二能够满足使用要求，采用蓄冰空调设计方案时已考虑现状和变化趋势等问题。

由此我方根据方案二进行了冰蓄冷空调系统设备选型及流程设计。在这方面暖通空调设计人员既要有环境保护的责任感，同时也要考虑建设方和用户的经济承受能力，不要盲目冒进，以免给建设方和用户增加不必要的经济负担。

3.1整个冰蓄冷空调系统的设计难点：

蓄冰供冷流程控制及计量系统为整个冰蓄冷空调系统的设计难点，本文简单阐述：冰蓄冷空调系统控制及计量系统技术构成和技术特点，计量系统的原理和组成：

冰蓄冷空调控制及计系统从原理上就是一套标准的远传抄表系统。其系统软硬件由四层构成：

3.1.1第一层：中心管理站

中心管理站主要由一台计算机和一套系统管理软件。也可安装在物业管理部门的计算机上。通过该软件及网络控制在五种模式中运行时各个阀门的工作状态，使各部门可以直接通过局域网统一控制冰蓄冷空调系统。

3.1.2第二层：网络控制器

网络控制器具有一定的数据处理能力、通讯能力和高可靠性。网络控制器通过RS485总线与最多255个信号采集器连接并控制它们的工作，读取它们的各种信息。

3.1.3第三层：信号采集器

信号采集器是该系统中的一种高性能的脉冲计数装置，由一个高性能单片微处理器及芯片构成，必须结构简单、性能可靠。信号采集器主要用于处理前端传输过来的脉冲信号和模拟信号，并通过RS485总线与区域管理器连接。

3.1.4第四层：前端设备

前端设备主要包括温度传感器、流量计、脉冲水表或超声波流量计等。简单归纳为所要计量的是两个温度值和一个流量值共3个模拟量。

4 结束语

民用建筑用电是构成电力峰荷的主要因素。目前，我国城市建筑夏季的空调用电量占其总用电量的40％以上。同时，结合设备投资、工程安装、年运行费等综合考虑，冰蓄冷系统只需5~6年即可收回投资，考虑到长期可持续性发展的因素，根据运行实践和证明本工程采用冰蓄冷方案是合理的，从而能够实现经济效益的最大化。

参考文献：

1严德隆，张维君.《空调蓄冷应用技术》.中国建筑工业出版社

2彦启森，赵庆珠.《冰蓄冷系统设计.》全国蓄冷空调节能技术中心、清华同方股份有限公司人工环境工程公司

3潘云钢.《高层民用建筑空调设计》.中国建筑工业出版社

作者简介：

童斌--机电工程师，身份证（522121196807081453）

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