某滑落式片冰蓄冷系统设计及运行调试分析

王增凯

(厦门泰禾房地产开发有限公司　福建厦门　361012)



某滑落式片冰蓄冷系统设计及运行调试分析

王增凯

(厦门泰禾房地产开发有限公司福建厦门361012)

结合工程实例，对滑落式片冰蓄冷系统设计及运行调试结果进行了分析，分析结果认为：该系统具有相对较高的性价比；蓄冰系统设计应避免蓄冰运行时受到其它负荷的干扰；当重要功能空间制冷系统与项目运行时间不一致时，应设计独立空调系统。

滑落式片冰蓄冷系统；运行调试；分析；性价比

1　工程概况

本工程位于厦门市观音山沿海地区，为超高层甲级写字楼。其中地下4层、地上30层，建筑面积分别为2.25万m2、5.35万m2。地下室为设备房及汽车库；主楼首层为大堂，二～三层为员工餐厅，四层以上为办公区(第六层设大型专用数据中心机房，第十八层为会所，第十五、三十层为避难空间及设备房)。

本文在结合业主单位需求、实地考察多个类似案例及多方案比选的基础上，通过蓄冷系统设计计算，最终确定空调冷源采用滑落式片冰部分蓄冷系统，末端采用低温送风全空气变风量空调系统，为地区同类工程实施提供了一定的借鉴意义。

2　设计条件

2.1室外空气设计参数[1]

夏季空调计算干球温度33.5℃；夏季空调计算湿球温度27.5℃；夏季通风室外计算干球温度31.3℃；夏季大气压力994.5hPa；夏季室外平均风速3.1m/s。

2.2室内空气设计参数

室内空气设计参数参见表1。

表1　室内空气设计参数

2.3设计负荷

本工程集中空调面积45 000m2，最大冷负荷为1 868USRT(6 571kW)，单位空调面积冷负荷145W/m2，设计日逐时总负荷为ΣQi=71 429kWh=20 310RTH，逐时计算结果见表2。

经过经济技术分析，本工程蓄冷设备的总蓄冰量要求≥8 000RTH。设计蓄冰池为600m3，其中有效容积约为550m3。根据已投入使用的相似工程测算，单位RTH蓄冷的冷槽容积约为0.062m3，蓄冷容量约为8 870RTH。另考虑利用700m3(有效容积约660m3)消防水池进行显热蓄冷，结合以上室内、外空气参数，夜间将消防水池降温至2.0℃，白天释冷至10.5℃以上，即有效温差8.5℃，蓄冷量约为1 860RTH；二者总蓄冷量达到10 730RTH，可实现周蓄冷供冷。

3　蓄冷系统设计

3.1蓄冷系统选择

(1)冰蓄冷系统分类[2]，如图1所示。

(2)动态型与静态型(以盘管外结冰为主)蓄冰系统优缺点。

①动态型蓄冰系统。理论上系统蓄冷槽容积比静态冰盘管内融冰、封装冰型系统略高，可提供更低温度、更大温差的冷冻水，输送系统能耗更低。另外该系统制冰与储冰、制冰装置与蓄冰槽均分离，设备维护方便，其工程应用优于静态型。

②静态型蓄冰系统。其制冰盘管置于冰槽内，制冰时盘管外侧冰层不断增厚，制冰效率随热阻增大趋低。同时，系统盘管置于冰槽内，存在千年冰现象，设备稳定性较差，维护管理较为不便。

③以上两种系统制冰机的蓄冷效率(COP值)相当。

综上所述，本工程最终选用滑落式片冰蓄冷系统。

3.2蓄冷设备选型

根据负荷计算，本工程选择3台IH/C500B8型双工况滑落式片冰冷水机组。单台IH/C500B8机组空调工况制冷量为500RT即1 760kW，主机功率为335kW；制冰工况制冷量为340RT即1 195kW，主机功率为309kW；制冰工况总制冷量为1 020RT，低谷电8小时总蓄冰量为8 160RTH>8 000RTH，满足要求。

同时，选择一台空调工况制冷量为200RT即703kW的水冷螺杆冷水机组作为基载机，用于夜间蓄冷时消防水池初始降温，以及空调工况时直接供冷。其他配套设备如冷却塔、板换、冷水泵等不再累述。

3.3蓄冷系统运行工况

3.3.1系统流程

蓄冷系统流程如图2所示：

3.3.2系统运行工况

(1)主机制冷水或制冰蓄冷。在夜间电力低谷时段，利用基载机对消防水池进行初始降温同时对末端供冷，双工况主机切换到制冰工况运行。当消防水池水温下降至7℃时，双工况主机优先对消防水池进行降温蓄冷；水温下降至5℃后基载机停止运行；当水温下降至2℃时，双工况主机停止对消防水池蓄冷；当蓄冰槽水温下降至1.8℃时，双工况主机进入到非稳定制冰模式；当水温降至1.4℃时，双工况主机进入到稳定制冰模式；当冰槽信号指示已储存额定冰量或时间程序指示为非蓄冰时间，主机停止制冰。

(2) 主机与低温冷源(低温水、冰)联合供冷模式(主机投入运行台数根据末端负荷需求自动调整)。当设计日末端负荷相对较大时，采用此运行模式。一次侧冰槽提供1.5℃低温水进入板换与二次侧13℃冷冻回水进行热交换，换热后二次侧冷冻水降到3.5℃送至空调末端；一次侧水温升高至11.0℃，初期一部分回到消防水池并溢入蓄冰槽，一部分回到蒸发板降温并流入蓄冰槽；当消防水池水温升高至10.5℃时停止对外供冷。

(3)低温冷源(低温水)单独供冷模式。当末端负荷较低，消防水池能提供末端负荷所需时，采用此运行模式。一次侧冰槽提供1.5℃低温水进入板换与二次侧13℃冷冻回水进行热交换，换热后二次侧冷冻水降到3.5℃送至空调末端；一次侧水温升高至11.0℃回到消防水池并溢入蓄冰槽，当消防水池水温升高至10.5℃时停止对外供冷。

(4) 低温冷源(低温水、冰)联合供冷模式(主机不开启)。当末端负荷较低，致使消防水池单独释冷不能满足需求时，可通过消防水池和蓄冰槽提供全部末端负荷所需。一次侧冰槽提供1.5℃低温水进入板换与二次侧13℃冷冻回水进行热交换，换热后二次侧冷冻水降到3.5℃送至空调末端；一次侧水温升高至11.0℃，初期一部分回到消防水池并溢入蓄冰槽，一部分直接回到蓄冰槽，当消防水池水温升高至10.5℃时停止对外供冷。

(5) 融冰供冷模式。当末端负荷相对较小、消防水池水温较高已不能提供冷量且无需开制冷主机或电价尖峰时段的情况下，采用单独融冰供冷模式。一次侧冰槽提供1.5℃低温水进入板换与二次侧13℃冷冻回水进行热交换，换热后二次侧冷冻水降到3.5℃送至空调末端；一次侧水温升高至11.0℃回到蓄冰槽，与蓄冰槽内的冰进行热交换，此时冰吸收潜热发生相变。

(6) 主机单独供冷模式。当蓄冰槽融冰结束后，末端仍有少量负荷，或有特殊需要时可采用此模式,此时主机直供1.5℃低温水。

4　运行调试分析

4.1无末端负荷时制冰系统的运行调试

制冷系统安装完成后，其无末端负荷时的联合运行测试结果表明：系统在蓄冰周期内的蓄冰量完全到达设计要求，且运行稳定。

4.2带末端负荷时制冰系统的运行调试问题及解决方案

因建筑功能需求，六楼数据中心机房设备在办公大楼正式入驻前已安装调试结束并投入运行，同时部分楼层已装修完成并入驻，此将导致制冷系统提前对机房(24h供冷)及部分办公楼层供冷，但此时消防系统尚未正式通过验收，消防水池无法投入使用，且基载机因系统管路问题无法单独对末端供冷。制冷系统在电力低谷段进行蓄冰运行，同时对外供冷。经测试，系统在蓄冰周期内蓄冰量无法达到设计要求，且运行极不稳定，能耗超出设计值较多。另经反复测试发现，机房末端负荷导致一次侧回水温度长时间在1.8℃左右，进而致使制冰周期极不稳定。鉴于此情况，设计方根据安装条件，提出在基载机冷冻水出水管与基载机一次泵回水端之间增设一根冷冻水管跨接消防水池，当水池无法投入运行时，采用基载机系统单独对末端进行供冷。改造后，制冷系统在蓄冰周期内蓄冰量完全到达设计要求，且系统运行稳定。

4.3数据中心机房空调运行事故及解决方案

制冷系统在以上改造的基础上调试运行，完全满足设计要求。二次侧水泵根据末端负荷需求采用变频运行，采集设置于三十层空调机房内的压差旁通控制组件压力数据进行启停及频率控制。前期运行过程中，因周六夜间只存在数据中心机房空调负荷，系统启动融冰模式运行，末端负荷较小，又因变频水泵有最低运行频率的限制，导致压差旁通控制组件压差上升，促发二次泵停止运行。另因管理疏漏，该问题未及时发现，致使数据机房温度上升，设备出现宕机，部分主板损毁，损失较大。通过对事故过程的分析，设计方提出调高停泵控制压差的解决方案，后期运行过程未发生类似情况，但水泵能耗有所增加。

4.4经济性分析

本大楼正式入住且制冷系统运行稳定后，借助电力监控系统计量，统计一个制冷季峰平谷时段的电力分布，参考本地区采用常规水冷中央空调制冷系统的同类型项目进行对比分析，当峰谷电价大于3∶1时可考虑采用滑落式片冰蓄冷系统，达到4∶1时投资回报年限约为4.0年～4.5年(含财务成本)。

5　结论

本文针对滑落式片冰蓄冷系统在写字楼工程中的应用实例，结合系统设计及其在不同工况条件下的运行调试结果，得出了以下结论：

(1)在当地鼓励使用低谷电力且项目投资预算允许时，滑落式片冰蓄冷技术性价比相对较高；

(2)为提高蓄冰效率、降低系统能耗，蓄冰系统设计应避免主机蓄冰运行时受其它负荷干扰；

(3)工程功能空间对空调系统稳定性要求较高，且空调与项目运行时间不一致时，应设计独立空调系统。

[1]GB50736-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2012．

[2]陆耀庆．实用供热空调设计手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008．

Analysis of design of Ice Harvest Chiller System and Debugging

WANGZengkai

(Thaihot Real Estate of Xiamen Development Co., Ltd., Xiamen 361012)

Based on existing project, this paper makes a analysis of ice harvest chiller system and debugging, the result as followed: The system presents relative high rate of quantity and price; The operation of ice storage is affected by other load should be avoided in system design; Independent air - conditioning system should be designed when refrigeration system of important function space running time is different from project’s.

Ice harvest chiller system; Debugging; Analysis; Rate of quantity and price

王增凯(1982.03-)，男，工程师。

E-mail:26667528@qq.com

2016-04-28

TU83

A

1004-6135(2016)07-0091-03