南昌地鐵大廈冰蓄冷空調的節能經濟技術分析

趙暉

【摘要】詳細介紹了夏熱冬冷地區的南昌地鐵大廈的空調冷熱源系統的設計。分析了冰蓄冷系統在不同空調負荷率下的逐時運行策略，并與常規冷水機組進行初投資與運行費用的經濟分析。

【關鍵詞】冰蓄冷空調;節能分析

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.07.060

1、工程概況

南昌地鐵大廈是一棟包含軌道交通指揮控制中心系統用房、會議及甲級標準辦公寫字樓的綜合建筑，屬超高層，建筑總高度為189米，總建筑面積約為13萬平米。整棟建筑地上共計45層（包括避難層及屋頂機房層），地下3層，裙房5層，主樓共40層（計避難層及屋頂機房層），三層地下室均為汽車庫和設備用房（地下三層局部戰時為人防物資庫）;一層西北角設為控制中心的門廳，二、三、四層和五層部分用房為控制中心用房，地下二層設有控制中心的設備用房，控制中心建筑面積總計20800平方米左右。6-45層塔樓包括標準辦公樓、廚房、餐廳。

2、空調系統設計

2.1室內設計計算參數

2.2辦公主樓的空調系統

標準層辦公位于地鐵大廈的六至四十五層，建筑面積約為8萬平米，空調總冷負荷約9500 kW，冬季空調總熱負荷為7500kw。本工程辦公主樓的空調冷源采用冰蓄冷系統。本工程機房按冰蓄冷空調分量蓄冰模式設計，雙工況主機和盤管為串聯方式，主機位于盤管上游。空調系統需配備額定空調工況制冷量為3067kw （制冰工況為2035kw）的雙工況冷水機組2臺，另配備額定空調工況制冷量1037kw的常規螺桿機組一臺。1臺基載制冷主機與2臺雙工況主機、蓄冰裝置、板式換熱器、乙二醇泵等設備組成冰蓄冷系統。冰蓄冷系統可以按以下5種工作模式進行：a.雙工況主機制冰基載主機供冷模式;b.雙工況主機單獨制冰模式;c.主機與蓄冰裝置聯合供冷模式;d.融冰單獨供冷模式;e.主機單獨供冷模式。考慮到控制中心空調系統運行的安全可靠性，利用辦公主樓的冰蓄冷裝置作為備用冷源。系統原理圖見圖1。

本工程標準層辦公樓的冬季空調總熱負荷為7500kw.選用3臺燃氣真空熱水鍋爐，每臺2500kw，氣源為天然氣，天然氣用量210Nm/h。真空熱水鍋爐的進、出水溫度為50/60℃。

2.3標準層辦公的空調水系統

根據業主使用樓層情況，考慮大樓功能、用戶單元劃分、計量、管理等綜合因素。大樓空調水系統采用四管制異程式系統，分為3個區，1～17層為低區，19～33層為中區，35～45層為高區，高、中區的冷熱水由板式換熱器換熱提供，熱水換熱機房設于18層（第二避難層）。冷水換熱一次側供回水溫度5/12℃，二次側供回水溫度6.5/13.5℃;熱水換熱一次側供回水溫度60/50℃，二次側供回水溫度58/48℃。

3、冰蓄冷空調系統的技術經濟分析

（1）標準層辦公位于地鐵大廈的六至四十五層，建筑面積約為8萬平米，空調總冷負荷約9500 kW，冬季空調總熱負荷為7500kw。夏季空調設計日逐時冷負荷圖如下圖2所示：

（2）冰蓄冷機房的運行策略：根據南昌市峰谷電價政策：低谷時段為23：00～次日5：00，電價為0.4元/kW.h，尖峰時段為17：00～23：00，電價為1.2元/kW.h，其余為平段時間，電價為0.8元/kW.h.。盡量利用低谷低價蓄冷，白天融冰供冷，盡量減少白天高峰時期的用電量，蓄能機房在100%負荷下的運行策略見下圖3：

（3）機房初投資比較

1）冰蓄冷中央空調系統的初投資

冰蓄冷系統采用制冷主機優先運行的部分負荷冰蓄冷策略，設備選型及初期投資費用詳見下表2：

2）常規電制冷冷水機組中央空調系統

（4）空調冷熱源運行費用比較

1）冰蓄冷空調日運行費用計算：

a） 100%負荷設計日運行費16410元/天：根據冰蓄冷空調系統100%負荷運行策略計算，

b） 75%負荷設計日運行費11307元/天：根據冰蓄冷空調系統75%負荷運行策略計算

c） 50%負荷設計日運行費9025元/天：根據冰蓄冷空調系統50%負荷運行策略計算

d） 25%負荷設計日運行費5070元/天：根據冰蓄冷空調系統25%負荷運行策略計算

注：按總供冷天數為150天考慮。

2）常規電制冷日運行費用計算：

a） 100%負荷設計日運行費24870元/天：具體計算結果詳見表5：

b） 75%負荷設計日運行費16911元/天：

c） 50%負荷設計日運行費11191元/天：

d） 25%負荷設計日運行費5086元/天：

（5）兩種方案初投資和運行費用比較

見表6

結語：

采用冰蓄冷空調系統，利用峰谷荷電價差，平衡電網負荷，大大減少空調年運行費，綜合初投資比常規冷水機組系統略高，但冰蓄冷機房的年運行費用比常規電制冷冷水機組低69.6萬，約4.6年即可回收成本，長期的綜合效益非常顯著。

參考文獻：

[1]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

[2]中國氣象局氣象信息中心氣象資料室著中國建筑熱環境分析專用氣象數據[M] . 中國建筑工業出版社， 2005