济南某办公楼冰蓄冷空调系统设计

2023.04.22

高亚南冯炜祖文超

摘要：针对目前我国电力供应存在着电网负荷率低、高峰电力严重不足、低谷电力不能充分利用、城市电力供需矛盾尖锐等问题，济南某办公楼采用了冰蓄冷空调系统，本文介绍了工程概况及该工程的冰蓄冷工作模式，为类似的工程设计提供了参考。

关键词：冰蓄冷；削峰填谷；工作模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.042

1 引言

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，城市用电结构不断发生变化，建筑物空调系统的负荷比例日益增加，空调用电量高峰时达到城市总用电负荷的30%～50%。而目前我国电力供应存在着电网负荷率低、高峰电力严重不足、低谷电力不能充分利用、城市电力供需矛盾尖锐等问题。冰蓄冷空调系统将空调用电从白天高峰期转移至夜间，能够对电网起到“削峰填谷”的作用，为了鼓励夜间使用低谷电，国家和各地区电力部门制定了峰谷电价差政策。因此，冰蓄冷空调系统在国内得到了日益广泛的应用。

2 工程概况及空调冷负荷计算

某办公楼，地处济南，建筑面积：102500m2，经逐时负荷计算，建筑冷负荷：9225kW，建筑面积冷负荷指标90W/m2。该办公楼空调运行时间为8：00～20：00。该办公楼逐时冷负荷如图1所示，从图中可以发现，建筑物的各项逐时冷负荷是随时间不断变化的，空调冷负荷的高峰期出现在16：00点。常规的空调系统的制冷机容量应满足建筑物峰值冷负荷需要，白天电网高峰期时电力需求量较大，而蓄冰式空调系统，建筑物的峰值冷负荷由蓄冰装置和制冷机共同提供或者蓄冰装置独自提供，这无疑减轻了电网高峰期时用电需求，对电网起到“削峰填谷”的作用。

3 制冷机与蓄冰装置容量

蓄冷空调可分类为全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷两种模式。全负荷蓄冷是蓄冷装置承担设计周期内全部空调冷负荷，制冷机仅在夜间非用电高峰启动蓄冷；部分负荷蓄冷是空调冷负荷由蓄冷装置和制冷机共同承担，蓄冷装置储存的冷量由制冷机在夜间非用电高峰时运行制取。由于全负荷蓄冷初投资比较高，适用于有严格限制用电或分时峰、谷电价差特别大的地区；部分负荷蓄冷比较适用于有合理峰、谷电价差的空调系统。因此结合工程所在地的实际条件，设计中选择了部分负荷蓄冷模式。

可以看出，部分负荷蓄冷模式的冰蓄冷系统，蓄冰负荷占建筑物总负荷的比例，与选择的系统运行模式、建筑物逐时负荷、峰值负荷、日累积负荷等因素有关。本工程中，全日需冷量：105891kW*h，白天空调工况运行时间=12h，夜间制冷机制冰小时数=7h。所需制冷机容量kW，制冷机选用4台制冰工况为1360 kW （-1.4℃/0℃），空调工况为1760 kW（7℃/12℃）的双工况冷水机组。所需蓄冷量，选用蓄冰池体积1200m3钢筋混凝土槽体（聚氨酯保温+聚脲防水）一个。

4 冰蓄冷系统工作模式

本工程采用分量蓄冰模式设计，系统在电价低谷时间蓄冰，白天融冰供冷。制冰机组与蓄冰池采用制冷主机上游、蓄冰池下游的单级泵串联系统流程。设计工况的制冷运行方式为满负荷时按主机优先模式运行，部分负荷时按融冰优先模式运行。根据气候特点和空调实际需求，蓄冰系统可按以下四种工作模式运行：制冰模式、融冰供冷模式、空调模式、联合供冷模式（融冰+空调模式）。

制冰模式（23：00次日06：00）：在夜间电力低谷时间段内，系统自动进入蓄冰模式。循环水泵开启，蓄冰池内冷水经降温后制成晶冰储存在蓄冰槽内。

融冰供冷模式：系统进入该模式后，空调冷冻水回水通过板式换热器与一次侧的冷水换热后，由12℃降为5℃供到空调区域。板换一次侧，蓄冰池出水温度为3.5℃，经与板换二次侧冷冻水换热后，温度升高至11℃，温升后的“高温水”进入蓄冰池内，与蓄冰池内的流态冰换热，“高温水”被冷却进入下一次循环。

主机与蓄冰槽联合供冷模式：系统进入该模式后，空调冷冻水回水通过板式换热器与一次侧的冷水换热后，由12℃降为5℃供到空调区域；板换一次侧，蓄冰池出水温度为3.5℃，经与板换二次侧冷冻水换热后，温度升高至11℃，温升后的“高温水”先进入制冷主机，由11℃降至6℃；一部分水进入蓄冰池融冰，一部分通过蓄冰池旁通管道；两部分冷水混合至3.5℃供给板式换热器。

主机单独供冷：系统进入该模式后，空调冷冻水回水通过板式换热器与一次侧的冷水换热后，由12℃降为5℃供到空调区域；板换一次侧，主机回水温度11℃，经机组降温至3.5℃进入板式换热器。

非设计日空调运行模式：当实际运行负荷偏离设计工况时，系统将依据实际的冷负荷需求，通过控制系统调节运行模式，在每一时段内自动调整蓄冰装置融冰供冷及主机供冷的相对应比例，以实现分量蓄冰模式逐步向全量蓄冰模式的運行转化，按照蓄冰装置优先供冷的原则，最大限度地限制主机在电力高峰期间的运行。冰蓄冷装置流程

5 工程设计总结

从以上的分析可以看出，冰蓄冷实际上是对能源的一种储备——在用电低谷、电价较低（或机组不需要工作）时开始制冰，蓄存冷量；而在用电高峰、电价较高（机组需要工作）时停止制冰、同时依靠冰的融化来制冷，从而完成能源利用在时间上的转移，节省运行费用，降低运行成本。蓄冷空调系统无论是采用部分蓄冷还是全部蓄冷，其初期投资通常均比常规空调系统高，这就要求设计者应正确掌握建筑物空调负荷的时间变化特性，确定合理的蓄冷设备及其系统配置，制定系统的运转策略，准确地作出经济分析，以便投资者可以在短时间里以节省电费的形式收回多出的投资。

参考文献：

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作者简介：高亚南（1983-），女，山东济南人，硕士，讲师，研究方向：建筑节能。