某滑落式片冰蓄冷系統設計及運行調試分析

王增凱

(廈門泰禾房地產開發有限公司　福建廈門　361012)

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某滑落式片冰蓄冷系統設計及運行調試分析

王增凱

(廈門泰禾房地產開發有限公司福建廈門361012)

結合工程實例，對滑落式片冰蓄冷系統設計及運行調試結果進行了分析，分析結果認為：該系統具有相對較高的性價比；蓄冰系統設計應避免蓄冰運行時受到其它負荷的干擾；當重要功能空間制冷系統與項目運行時間不一致時，應設計獨立空調系統。

滑落式片冰蓄冷系統；運行調試；分析；性價比

1　工程概況

本工程位于廈門市觀音山沿海地區，為超高層甲級寫字樓。其中地下4層、地上30層，建筑面積分別為2.25萬m2、5.35萬m2。地下室為設備房及汽車庫；主樓首層為大堂，二～三層為員工餐廳，四層以上為辦公區(第六層設大型專用數據中心機房，第十八層為會所，第十五、三十層為避難空間及設備房)。

本文在結合業主單位需求、實地考察多個類似案例及多方案比選的基礎上，通過蓄冷系統設計計算，最終確定空調冷源采用滑落式片冰部分蓄冷系統，末端采用低溫送風全空氣變風量空調系統，為地區同類工程實施提供了一定的借鑒意義。

2　設計條件

2.1室外空氣設計參數[1]

夏季空調計算干球溫度33.5℃；夏季空調計算濕球溫度27.5℃；夏季通風室外計算干球溫度31.3℃；夏季大氣壓力994.5hPa；夏季室外平均風速3.1m/s。

2.2室內空氣設計參數

室內空氣設計參數參見表1。

表1　室內空氣設計參數

2.3設計負荷

本工程集中空調面積45 000m2，最大冷負荷為1 868USRT(6 571kW)，單位空調面積冷負荷145W/m2，設計日逐時總負荷為ΣQi=71 429kWh=20 310RTH，逐時計算結果見表2。

經過經濟技術分析，本工程蓄冷設備的總蓄冰量要求≥8 000RTH。設計蓄冰池為600m3，其中有效容積約為550m3。根據已投入使用的相似工程測算，單位RTH蓄冷的冷槽容積約為0.062m3，蓄冷容量約為8 870RTH。另考慮利用700m3(有效容積約660m3)消防水池進行顯熱蓄冷，結合以上室內、外空氣參數，夜間將消防水池降溫至2.0℃，白天釋冷至10.5℃以上，即有效溫差8.5℃，蓄冷量約為1 860RTH；二者總蓄冷量達到10 730RTH，可實現周蓄冷供冷。

3　蓄冷系統設計

3.1蓄冷系統選擇

(1)冰蓄冷系統分類[2]，如圖1所示。

(2)動態型與靜態型(以盤管外結冰為主)蓄冰系統優缺點。

①動態型蓄冰系統。理論上系統蓄冷槽容積比靜態冰盤管內融冰、封裝冰型系統略高，可提供更低溫度、更大溫差的冷凍水，輸送系統能耗更低。另外該系統制冰與儲冰、制冰裝置與蓄冰槽均分離，設備維護方便，其工程應用優于靜態型。

②靜態型蓄冰系統。其制冰盤管置于冰槽內，制冰時盤管外側冰層不斷增厚，制冰效率隨熱阻增大趨低。同時，系統盤管置于冰槽內，存在千年冰現象，設備穩定性較差，維護管理較為不便。

③以上兩種系統制冰機的蓄冷效率(COP值)相當。

綜上所述，本工程最終選用滑落式片冰蓄冷系統。

3.2蓄冷設備選型

根據負荷計算，本工程選擇3臺IH/C500B8型雙工況滑落式片冰冷水機組。單臺IH/C500B8機組空調工況制冷量為500RT即1 760kW，主機功率為335kW；制冰工況制冷量為340RT即1 195kW，主機功率為309kW；制冰工況總制冷量為1 020RT，低谷電8小時總蓄冰量為8 160RTH>8 000RTH，滿足要求。

同時，選擇一臺空調工況制冷量為200RT即703kW的水冷螺桿冷水機組作為基載機，用于夜間蓄冷時消防水池初始降溫，以及空調工況時直接供冷。其他配套設備如冷卻塔、板換、冷水泵等不再累述。

3.3蓄冷系統運行工況

3.3.1系統流程

蓄冷系統流程如圖2所示：

3.3.2系統運行工況

(1)主機制冷水或制冰蓄冷。在夜間電力低谷時段，利用基載機對消防水池進行初始降溫同時對末端供冷，雙工況主機切換到制冰工況運行。當消防水池水溫下降至7℃時，雙工況主機優先對消防水池進行降溫蓄冷；水溫下降至5℃后基載機停止運行；當水溫下降至2℃時，雙工況主機停止對消防水池蓄冷；當蓄冰槽水溫下降至1.8℃時，雙工況主機進入到非穩定制冰模式；當水溫降至1.4℃時，雙工況主機進入到穩定制冰模式；當冰槽信號指示已儲存額定冰量或時間程序指示為非蓄冰時間，主機停止制冰。

(2) 主機與低溫冷源(低溫水、冰)聯合供冷模式(主機投入運行臺數根據末端負荷需求自動調整)。當設計日末端負荷相對較大時，采用此運行模式。一次側冰槽提供1.5℃低溫水進入板換與二次側13℃冷凍回水進行熱交換，換熱后二次側冷凍水降到3.5℃送至空調末端；一次側水溫升高至11.0℃，初期一部分回到消防水池并溢入蓄冰槽，一部分回到蒸發板降溫并流入蓄冰槽；當消防水池水溫升高至10.5℃時停止對外供冷。

(3)低溫冷源(低溫水)單獨供冷模式。當末端負荷較低，消防水池能提供末端負荷所需時，采用此運行模式。一次側冰槽提供1.5℃低溫水進入板換與二次側13℃冷凍回水進行熱交換，換熱后二次側冷凍水降到3.5℃送至空調末端；一次側水溫升高至11.0℃回到消防水池并溢入蓄冰槽，當消防水池水溫升高至10.5℃時停止對外供冷。

(4) 低溫冷源(低溫水、冰)聯合供冷模式(主機不開啟)。當末端負荷較低，致使消防水池單獨釋冷不能滿足需求時，可通過消防水池和蓄冰槽提供全部末端負荷所需。一次側冰槽提供1.5℃低溫水進入板換與二次側13℃冷凍回水進行熱交換，換熱后二次側冷凍水降到3.5℃送至空調末端；一次側水溫升高至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，當消防水池水溫升高至10.5℃時停止對外供冷。

(5) 融冰供冷模式。當末端負荷相對較小、消防水池水溫較高已不能提供冷量且無需開制冷主機或電價尖峰時段的情況下，采用單獨融冰供冷模式。一次側冰槽提供1.5℃低溫水進入板換與二次側13℃冷凍回水進行熱交換，換熱后二次側冷凍水降到3.5℃送至空調末端；一次側水溫升高至11.0℃回到蓄冰槽，與蓄冰槽內的冰進行熱交換，此時冰吸收潛熱發生相變。

(6) 主機單獨供冷模式。當蓄冰槽融冰結束后，末端仍有少量負荷，或有特殊需要時可采用此模式,此時主機直供1.5℃低溫水。

4　運行調試分析

4.1無末端負荷時制冰系統的運行調試

制冷系統安裝完成后，其無末端負荷時的聯合運行測試結果表明：系統在蓄冰周期內的蓄冰量完全到達設計要求，且運行穩定。

4.2帶末端負荷時制冰系統的運行調試問題及解決方案

因建筑功能需求，六樓數據中心機房設備在辦公大樓正式入駐前已安裝調試結束并投入運行，同時部分樓層已裝修完成并入駐，此將導致制冷系統提前對機房(24h供冷)及部分辦公樓層供冷，但此時消防系統尚未正式通過驗收，消防水池無法投入使用，且基載機因系統管路問題無法單獨對末端供冷。制冷系統在電力低谷段進行蓄冰運行，同時對外供冷。經測試，系統在蓄冰周期內蓄冰量無法達到設計要求，且運行極不穩定，能耗超出設計值較多。另經反復測試發現，機房末端負荷導致一次側回水溫度長時間在1.8℃左右，進而致使制冰周期極不穩定。鑒于此情況，設計方根據安裝條件，提出在基載機冷凍水出水管與基載機一次泵回水端之間增設一根冷凍水管跨接消防水池，當水池無法投入運行時，采用基載機系統單獨對末端進行供冷。改造后，制冷系統在蓄冰周期內蓄冰量完全到達設計要求，且系統運行穩定。

4.3數據中心機房空調運行事故及解決方案

制冷系統在以上改造的基礎上調試運行，完全滿足設計要求。二次側水泵根據末端負荷需求采用變頻運行，采集設置于三十層空調機房內的壓差旁通控制組件壓力數據進行啟停及頻率控制。前期運行過程中，因周六夜間只存在數據中心機房空調負荷，系統啟動融冰模式運行，末端負荷較小，又因變頻水泵有最低運行頻率的限制，導致壓差旁通控制組件壓差上升，促發二次泵停止運行。另因管理疏漏，該問題未及時發現，致使數據機房溫度上升，設備出現宕機，部分主板損毀，損失較大。通過對事故過程的分析，設計方提出調高停泵控制壓差的解決方案，后期運行過程未發生類似情況，但水泵能耗有所增加。

4.4經濟性分析

本大樓正式入住且制冷系統運行穩定后，借助電力監控系統計量，統計一個制冷季峰平谷時段的電力分布，參考本地區采用常規水冷中央空調制冷系統的同類型項目進行對比分析，當峰谷電價大于3∶1時可考慮采用滑落式片冰蓄冷系統，達到4∶1時投資回報年限約為4.0年～4.5年(含財務成本)。

5　結論

本文針對滑落式片冰蓄冷系統在寫字樓工程中的應用實例，結合系統設計及其在不同工況條件下的運行調試結果，得出了以下結論：

(1)在當地鼓勵使用低谷電力且項目投資預算允許時，滑落式片冰蓄冷技術性價比相對較高；

(2)為提高蓄冰效率、降低系統能耗，蓄冰系統設計應避免主機蓄冰運行時受其它負荷干擾；

(3)工程功能空間對空調系統穩定性要求較高，且空調與項目運行時間不一致時，應設計獨立空調系統。

[1]GB50736-2012 民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S]．北京：中國建筑工業出版社，2012．

[2]陸耀慶．實用供熱空調設計手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，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

王增凱(1982.03-)，男，工程師。

E-mail:26667528@qq.com

2016-04-28

TU83

A

1004-6135(2016)07-0091-03