美 的：邯郸文化艺术中心项目水蓄冷空调系统方案探讨

文/谭悦龙

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随着我国国民经济的发展, 人民的生活水平不断地提高,人们对生活的环境质量也提出越来越高的要求, 空调己越来越多的进入人们生活中。空调系统是耗能大户, 约占整个建筑总能量1/3以上, 对城市的电力系统造成了很大的负担，很大程度地影响了城市电网的稳定运行。为了尽可能削平用电高峰负荷，提高低谷负荷，很多国家和地区都实行了分时电价政策。目前，我国除西藏等个别地区外，基本实行了分时电价，且峰谷电价相差各地区不等，在欧美一些国家的峰谷电价相差可高达到10倍。

水蓄冷中央空调系统是用水作为介质，将夜间电网多余的谷段电力（低电价时）与水的显热相结合来蓄冷，以低温冷冻水形式储存冷量，并在用电高峰时段（高电价时）使用储存的低温冷冻水来作为冷源的空调系统，从而达到电力移峰填谷的目的。由于电力部门实施分时电价优惠政策，水蓄冷空调技术的运行费用比常规空调系统低，分时电差价越大，用户得益越多。采用水蓄冷空调技术，业主并不一定节省用电量，但能减少运行费用，更重要的是有利于国家电网的安全运行。因此，国家把它作为一种节能环保技术大力推广。

项目概况

邯郸文化艺术中心位建筑总面积119 371 m2，占地170 000 m2。其中，大剧院42 647 m2，观众席位3层1 567座，能够接待国内外高水平演出团体，同时可以满足“两会”等大型会议的需求。博物馆30 679 m2，图书馆30 643 m2，城市规划展馆10 141 m2，经邯郸营用房5 261 m2。项目概算投资近12亿元，是河北省3年大变样百项基础设施建设项目之一，是体现历史文化和现代城市文明的地标性建筑。项目建成后，对于提升城市品位和建设四省交界区域经济中心城市有着重要意义。

邯郸文化艺术中心工程按舒适性空调设计，空调系统采用水系统，考虑夏季降温、冬季采暖。美的中央空调为邯郸文化艺术中心提供的方案，综合了邯郸文化艺术中心的各区域的实际运营情况，选用3台大温差型离心式冷水机组（其中1台为变频离心机）+ 2台R134a环保冷媒干式螺杆机组的方案，包括3台500 RT大温差型离心式冷水机组（13.5 ℃进水，5.5 ℃出水），2台350 RT的大温差干式螺杆机组（13.5 ℃进水，5.5 ℃出水）。

方案设计

邯郸文化艺术中心项目为博物馆区域和大剧院等区域（含大剧院、规划展览馆、图书馆及预留经营用房）分别设置制冷机房，冷源均采用水冷式电驱动冷水机组。博物馆区域的制冷系统设2 台制冷量为350 RT的螺杆式冷水机组，冷冻水供回水设计温度为5.5/13.5 ℃，冷却水进出水设计温度为32/37 ℃。为每台制冷机一对一配备冷冻水定流量循环泵和冷却水定流量循环泵，可通过阀门转换互为备用。大剧院等区域的制冷系统服务对象含大剧院、规划展览馆、图书馆及预留经营用房，设3 台制冷量为1 755 kW（约500 RT） 的离心式冷水机组，供冷时蒸发器进出口设计温度为13.5/5.5 ℃，蓄冷时蒸发器进出口设计温度为12/4 ℃，冷凝器进出水设计温度32/37 ℃。设3 台1次冷冻水定流量循环泵，与制冷机对应开启，并联运行，互为备用。采用部分负荷水蓄冷系统，利用水容积约1 060 m3的消防水池兼做蓄冷水池，采用垂直温度分层方式。按蓄冷温度为4 ℃，放冷时回水温度12 ℃设计，水池理论蓄冷量约为2 800 RTH， 实际有效放冷量约2 300 RTH 。供给末端的冷冻水供回水设计温度为5.5/13.5 ℃，采用2级泵系统。主要包括制冷主机、蓄水池、板式换热器、水池侧蓄冷放冷泵、板换2次侧的放冷泵、与制冷主机对应的冷冻泵和冷却泵、2次泵组等设备。同时供冷时制冷主机和蓄冷装置为并联，按水池供冷优先的方式运行。设3 台冷却水定流量循环泵，与制冷机对应开启，并联运行，互为备用。在蓄水池侧设置2 台变流量蓄冷放冷循环泵，互为备用。蓄冷时定流量运行，放冷时根据板换二次侧的出水温度变流量运行。设1 台放冷用板式换热器，设计换热量为1 406 kW（ 约400 RT）。在板式换热器二次侧设2 台并联的定流量冷冻水循环泵，作为满足末端系统的基础负荷可连续运行，并可通过台数控制调节放冷量。

邯郸文化艺术中心空调采暖水系统采暖采用市政热源，水温95/70 ℃。市政热媒管道承压1.2 MPa。在博物馆大剧院等区域（含大剧院、规划展览馆、图书馆及预留经营用房）分别设换热站。2次水温60/50 ℃，空调冷热水采用2管制，并为冬季采暖（散热器和辐射地板）系统设独立的供回水管道，所有管路为异程式，竖向不分区。博物馆区域和大剧院等区域冬季空调采暖采用热水循环泵变流量运行,末端装置（如空调机组、风机盘管、散热器）设自控阀（调节型或通断型）根据负荷调节流量。采暖热水分区供给大剧院、规划展览馆、图书馆及预留经营用房，每区域均设置热计量表，可实现分区域计费。总热负荷8 153 kW。

邯郸文化艺术中心风机盘管采用风机就地手动控制、盘管水路2通阀就地自动控制，部分风机盘管分组群控。冷水机组等机电一体化设备由机组所带自控设备控制，集中监控系统进行设备群控和主要运行状态的监测。制冷机房、空调泵房、室外冷却塔机房等处的设备在机房控制室集中监控，但主要设备的监测纳入楼宇自动化管理系统总控制中心。其余暖通空调动力系统采用集中自动监控，纳入楼宇自动化管理系统。采用集中控制的设备和自控阀均要求就地手动和控制室自动控制，控制室能够监测手动/自动控制状态。

邯郸文化艺术中心冷水机组与相关的电动水阀、冷却水泵、空调一次冷水泵、冷却塔风机等的电气联锁控制。根据系统需冷量的变化，控制冷水机组及对应的空调水泵的运行台数。大剧院区域的空调冷水2次泵：根据系统压差控制其转速，根据系统流量控制运行台数。由冷却水温控制冷却塔风机启停。

邯郸文化艺术中心根据系统需热量的变化，控制换热机组的运行台数。根据换热器二次侧供水温度调节一次侧水路电动阀的开度，根据供回水压差控制循环泵变频。根据流量控制循环水泵运行台数。

方案比较

邯郸文化艺术中心项目蓄冷方式可选水蓄冷与冰蓄冷2种方案，如表1所示。

经过2种方案的优劣性的对比，在考虑邯郸文化中心项目本身自有条件的实际情况下，选择水蓄冷空调系统的方案。

方案分析

邯郸文化艺术中心项目在应用大温差小流量技术方案的基础上采用了水蓄冷的技术方案，大大提升了整个系统的节能能力。由于建筑物一天内实际空调负荷变化很大，有的是连续空调，有的是间歇空调。对于无蓄冷的空调系统，空调冷、热源设备是按设计日峰值负荷选定的。这些设备具有在极短的峰值负荷时，能充分发挥其效益，而在大部分情况,均在部分负荷下运行。其次，由于空调的集中使用，尤其是炎热的夏季，空调负荷极不平衡，用电峰谷现象加剧, 这一方面造成高峰时电力紧张，电力设备超载运行，而另一方面低谷时电力过剩，又造成很大的浪费，整个电网效率低。在此项目中采用水蓄冷技术，从而确定合理的设备配置，不仅能节省初投资，同时能减少运行费用，缓解高峰时用电紧张，是行之有效的优质的空调系统方案。

表1 水蓄冷与冰蓄冷系统方案的对比

根据邯郸市实施的峰谷电价政策，谷段仅是峰段电价的1/3，为充分利用峰谷电价政策，节约电费成本，综合考虑工程投资成本，本项目采用水蓄冷集中空调系统供冷空调方式。水蓄冷方案优势在于:根据文化中心的空调运行特点，即只需白天进行空调供冷，因而可以在夜间用电低谷期进行蓄冷，白天用电高峰期时进行放冷，即将白天的电力负荷转移到夜晚，实现电力负荷的削峰填谷，有着较高的社会效益。充分利用峰谷电价差，在夜间低谷期开机储蓄冷量替换白天用电高峰期间空调冷量，从而大大节省运行电费，有着较高的经济效益。采用水蓄冷系统时，制冷主机的选型可根据没有采用水蓄冷系统方案时设计日峰值负荷的制冷量减去水蓄冷在设计日峰值补充的制冷量进行选择，可选择制冷能力较小的主机，减小设备的初投资。水蓄冷时，制冷主机的蒸发温度与常规制冷运行模式相比基本没有降低，即保持较高的运行效率，约为80%（冰蓄冷制冷主机运行效率为70%以下）。蓄冷槽可以利用本工程主体原有的530 m3×2消防水池（其容量完全可以满足蓄冷的需要），省去了蓄冷槽的占地空间和初投资（而冰蓄冷方案需配备乙二醇冰球蓄冰罐，相比冰蓄冷减少设备投资约120万元）。控制灵活，可以实现多种模式运行。系统可实现冷机蓄冷、冷机单独供冷、水池单独供冷、冷机水池联合供冷等4种工况。

费用分析

根据逐时负荷计算结果，设计日总负荷为21 132 RTH。设计日逐时冷负荷平衡如表2所示。

表2 设计日逐时冷负荷平衡表

相对常规空调系统运行费用作计算比较：邯郸市峰谷用电价格峰段：0.957元/ kW·h，平段：0.645元/kW·h，谷段：0.334元/ kW·h。方案的蓄冷量约占设计日白天总负荷的11%。依据中央空调系统的运行管理经验数据，1 RT冷量综合耗电量（主机、泵、冷却塔）在0.9～1.1 kW·h/RT范围内，计算时取1.0 kW·h/RT。夜间机组蓄冷的综合效率约为常规空调系统的80%，换言之，蓄冷相对常规空调系统多耗电20%。每年空调制冷运行日按200 d 计算。水蓄冷空调系统方案相对常规空调系统方案每年节省运行费用为：日蓄冷冷量：2 800 RT；日蓄冷转移峰段冷量：1 500 RT；日蓄冷转移平段冷量：800 RT；年蓄冷冷量：200 × 2 800＝560 000 RT；年蓄冷转移峰段冷量：200 × 1 500＝300 000 RT；年蓄冷转移平段冷量：200 × 800＝160 000 RT；年蓄冷电量：560 000 RT ×1.0 kW·h/RT＝560 000 kW·h；年蓄冷转移峰段电量：300 000 RT × 1.0 kW·h/RT＝300 000 kW·h；年蓄冷转移平段电量：160 000 RT × 1.0 kW·h/RT＝160 000 kW·h；年节省运行费用＝年蓄冷转移峰段电费＋年蓄冷转移平段电费－年蓄冷电费＝300 000 × 0.957 ＋ 160 000 × 0.645 －560 000 × 0.334 ＝ 20.326 万元。

从邯郸文化中心的空调运行特点为出发点，水蓄冷中央空调方案采用低谷电价时段蓄冷，高平谷电价时段释放已储备的蓄冷量，有效地获取了分时电价差效益，有较好的社会经济效益；与冰蓄冷中央空调比较，水蓄冷中央空调系统运行效率更高，且设备初投资更低，而且水蓄冷中央空调方案还充分利用了已有的建筑设施，在本项目中更具有可行性，这也是本方案的特色之处；实际运行测试结果表明，系统达到了预期设计效果，这说明本方案设计是成功的。