廣西中醫學院一附院水蓄冷設計

黃孝軍

華藍設計（集團）有限公司

廣西中醫學院一附院水蓄冷設計

黃孝軍

華藍設計（集團）有限公司

本文以廣西中醫學院第一附屬醫院住院綜合樓為例，分別配置常規空調方案及水蓄冷空調方案的冷熱源設備，并對這兩種空調設計方案的初投資及運行費用進行分析比較，根據計算數據得出結論，為設計師及業主以后在選擇類似項目的空調方案時提供借鑒和參考。

常規空調 水蓄冷 冷熱源設備 初投資 運行費用

1 項目簡介

廣西中醫學院第一附屬醫院位于南寧市，總建筑面積約4.98萬m2，地下一層為設備用房及車庫；地上一至四層裙房為門診用房及手術室；五至二十三層主樓均為病房。

南寧市地處夏熱冬暖地區，本大樓設冷暖空調，夏季制冷，冬季僅五層以上供暖。空調系統全年運行分為3個時段：供暖期，1～2月份，約60天；制冷期，5～9月份，約150天；過渡期，3～4月份及10～12月份，約150天。一至四層裙房除手術室全年需要制冷外，其余均在制冷期每天使用空調8h，五層以上病房在制冷期需全天24h供冷，在供暖期需全天24h供暖，過渡期不需要空調。

經計算，本項目空調系統夏季計算總冷負荷為4952kW，其中手術室的冷負荷為696kW；四至二十三層空調房間冬季供暖計算總熱負荷為1042kW。空調系統日逐時冷負荷如圖1所示。

圖1 空調系統日逐時冷負荷

2 常規空調設計方案

2.1 常規空調方案設備配置

南寧市最常規的冷暖空調設計方案是水冷冷水機組+風冷熱泵機組，先按熱負荷選擇風冷熱泵，制冷由水冷機組與風冷熱泵共同負擔，制冷時優先運行水冷冷水機組。根據本工程的空調冷熱負荷，常規方案空調系統的冷熱源設備配置如表1所示。

表1 常規空調設計方案冷熱源設備組成

2.2 常規空調設計方案的不足

由圖1可知，本項目制冷時白天跟晚上的空調系統冷負荷相差很大，如23:00時的冷負荷只占白天最大冷負荷的1643/4952=29.5%，即常規空調方案冷熱源設備每天只有上班期間可能需要全開啟，其余的16小時，70%左右的能力被閑置了。過渡季節及冬季，僅手術室需制冷，此時冷負荷很小，只能使用能效比較低的風冷熱泵；為滿足只有一兩個手術室在使用空調時的工況，還須再單獨配置小容量的風冷渦旋式熱泵機組（如表1）。

3 水蓄冷空調設計方案

3.1 水蓄冷方案設備配置

本項目的負荷特點是制冷時晚上冷負荷比白天小，而供暖時晚上的熱負荷比白天大，故不考慮供暖蓄熱，只考慮制冷時蓄冷。這樣就還是按空調系統的熱負荷選擇風冷熱泵機組，選擇2臺與常規空調方案相同的風冷熱泵機組。根據文獻資料[1]，當蓄冷量大于7MW·h，或蓄冷容積大于760m3時，水蓄冷就是非常經濟的。本項目根據場地情況，最大可以在本大樓旁邊的地下設1個1800m3的蓄冷水池。根據文獻[2]，每天的蓄冷量（用Qst表示）為：

式中：V為蓄冷水池的體積，m3；ρ為水的密度，取1000kg/m3；Cρ為水的比熱，取4.19kJ/(kg·℃)；Tf為蓄冷水池內放冷結束時水的溫度，取與冷水機組額定回水溫度相同，為12℃；Tx為蓄冷水池內蓄冷結束時水的溫度，取與冷水機組額定出水溫度相同，為7℃；FOM為蓄冷水池的完善度，取85%；αV為蓄冷水池的體積利用率，取95%。

在本項目中，蓄冷水池的體積為1800m3，可計算得：Qst=8459 kW·h。南寧市的低谷電價時段是00:00～ 8:00，其余均為平時電價，則蓄冷時間為8h。根據圖1可知，本項目空調系統冷負荷在上班期間最大，其余時段冷負荷很小，則按上班時間的8h平均放冷，每小時放冷量Qs=Qst/8=1057kW，需配置的冷水機組的容量為4952-Qs=3895kW，選擇2臺螺桿式水冷冷水機組，則每臺水冷冷水機組的制冷量為（3895-風冷熱泵機組的總制冷量）/2=1405kW。

根據計算，參考某主流設備廠家的樣本，配置水蓄冷中央空調系統冷熱源設備如表2。

表2 水蓄冷中央空調系統冷熱源設備組成

3.2 水蓄冷系統流程圖

水蓄冷空調系統的流程圖如圖2所示。圖中F1～F4均為手動蝶閥，F1及F2在手術室需要制冷時打開，需要供暖時關閉，F3及F4在手術室需要供暖時打開，需要制冷時關閉，圖中標注的其余閥門均為電動蝶閥，采用自動控制，具體運行控制詳表3。

表3 水蓄冷空調系統運行工況表

圖2 空調水系統流程圖

4 兩種空調方案分析比較

4.1 初投資及配電量

根據表1及表2，估算出兩個方案冷熱源設備的初投資及額定配電功率如表4。

表4 空調方案冷熱源設備的初投資及配電功率

4.2 運行情況

兩種空調方案各種工況下冷熱源設備的運行情況如表5。

表5 兩種空調方案冷熱源設備運行情況

4.3 運行費用

經考察發現，本大樓各空調區域都是100%的同時使用率，為簡化計算，假定空調系統冷熱源設備的耗電量與主機的負荷輸出成線性關系，根據圖1的負荷情況及表5的設備運行情況，計算出兩種方案的耗電量如表6。

表6 兩種空調方案100%負荷時冷熱源設備的耗電量

南寧市的用電政策是：豐水期，5～9月份，商業電價平時0.78元/kW·h，低谷電價0.26元/kW·h；枯水期，1～4月份及10～12月份，商業電價平時1.03元/ kW·h，低谷電價0.47元/kW·h（低谷電價只有在設蓄冷時才能享受，如果沒有設蓄冷，所有時段的電價按平時電價）。根據表6的數據及上面的電價，計算出兩種空調方案在100%負荷時冷熱源設備每年的運行費用如表7。

表7 兩種空調方案冷熱源設備年運行費用（萬元）

5 結論

1）水蓄冷空調方案與常規空調方案相比，不僅能大大降低運行費用，也能降低系統的配電量，但初投資及耗電量會增加。從表5～表7可知，水蓄冷方案的配電量比常規空調方案約降低18%，每年節約運行費用為66.9萬元，初投資多了122.5萬元，多出的投資靜態回收期為122.5/66.9=1.83年。

2）水蓄冷方式非常容易滿足過渡季節及冬季手術室單獨制冷的使用要求，運行費用也很低。過渡季節以及冬季在病房需供暖時，手術室仍需制冷，此時采用水冷機組低谷時段蓄冷，峰谷時放冷及放冷水泵變頻控制可以輕易地滿足使用要求，也非常節能。

3）根據目前廣西的電價政策，需全天24h運行空調的賓館、醫院住院樓等建筑，采用水蓄冷方式能給使用方節約較大的運行費用。從表6及表7可知，即使兩種方案供暖的運行情況及耗電量完全一樣，水蓄冷方案的運行費用也要比常規方案少18%左右，原因是南寧市只對使用蓄冷方式的空調系統才有低谷電價，如果采用水蓄冷，其夜間低谷時段沒有參與蓄冷的空調系統運行時的電價也可以享受低谷電價。

[1]Charles E D,James S E.Design guide for cool thermal storage [J].ASHRAE Trans,1993,99(2):798-804

[2]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊(2版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2008

De s ign of Air Conditioning Sys te m w ith Chille d Wa te r Stora ge for Firs t Affilia te d Hos pita l of Gua ngxi Tra ditiona l Chine s e Me dic a l Colla ge

HUANG Xiao-jun
Guangxi Hualan Design&Consulting Group

Taking the complex inpatient building of the First Affiliated Hospital of Guangxi Traditional Chinese Medical Collage for example,this paper is intended to show the designs of conventional central air conditioning system and the cold and heat source equipments in the chilled water storage air conditioning system.As a result,this paper provides reference for similar air conditioning schemes for designers and owners by comparing and analyzing the initial investment and operation cost of the three design schemes,and drawing a conclusion based on the calculation data.

conventional central air conditioning system,chilled water storage,cold and heat source equipments,initial investment,operation cost

1003-0344（2015）05-094-4

2014-7-6

黃孝軍（1970～），男，本科，高工；南寧市華東路39號華藍設計公司大樓13樓（530011）；E-mail:957387059@qq.com