深圳創智云城冰蓄冷設計分析

李斌

（深圳市建筑設計研究總院有限公司，廣東 深圳 518000）

深圳創智云城項目是深圳一座地標性商業綜合體（見圖1）項目，該項目基本已建成，該項目4標段設計中采用了冰蓄冷技術，本文對6A、6B棟塔樓進行設計，對運行策略進行分析研究。

1 項目概況

1.1 建筑概況

工程位于深圳市，創智云城項目4標段項目，內設研發用房（辦公）、商業、宴會廳、電影院、地下停車庫等。其總用地面積約14581.30m2，總建筑面積約286580m2，空調面積約146345m2。本建筑物地面由3棟單體建筑組成，地下室3層。地下部分建筑面積約36800m2。地上部分建筑面積約249780m2，6A棟為57層，建筑高度為244.6m：6B棟為48層、建筑高度為207.4m；6C棟為13層，建筑高度為53.9m。其中6A棟。6B棟為超高層，6A座避難層為12層、27層及43層：6B棟避難層為15層、27層及39層。均系一類公共建統、新建工程。

1.2 空調負荷分析

該項目尖峰總冷負荷為20447kW（5814RT），設計日總冷負荷為243283kW·h（69173RT·h）。設計日總蓄冰量為73154kW·h（20800RT·h），空調負荷見表1、圖2。

表1 空調冷負荷

本項目6A、6B棟共用一套冰蓄冷系統，其中6A棟，空調面積72318m2，冷負荷11137KW(3168RT），冷指標為154W/m2；6B棟，空調面積59291m2，冷負荷9310kW(2648RT），冷指標為157W/m2。

1.3 空調冷源設計

該工程6A、6B棟采用冰蓄冷集中冷源系統，最大計算冷負荷為20447kW。結合2022年深圳市峰谷電價政策（約4.3:1），對2種方案和蓄冰率進行了對比分析，結果見表2、表3。

表2 蓄冰率

經對以上2種方案蓄冰率、全年運行費用和初投資進行測算對比可知，方案1與方案2相比：蓄冰率高出1.17%、初投資節約175.2萬元，年運行費用節約21.69萬元。因此，本項目6A棟和6B棟選用空調工況制冷量為7030kW(2000RT)制冰工況制冷量為4801KW(1365RT）的高壓水冷離心式雙工況冷水機組2合，制冷量為1055KW(300UT)的水冷高心式基載冷水機組2臺，并聯運行。(主要參數見表3)。

表3 初投資與運行費用

系統形式采用主機上游+冰槽下游的串聯系統。蓄冰系統采用管外蓄冰，盤管內融冰的設計(系統流程圖見圖3)。融冰時，經板式換熱器換熱后的系統回流的溫熱乙二醇溶液進入蓄冰換熱器，將蓄冰槽內的冰逐漸融化，使乙二醇溶液溫度降低，再送回負荷端滿足空調冷負荷的需要；冰蓄冷系統配套選用3臺25%乙二醇溶液-水板式換熱器（換熱量=6800kW，冷側(25%乙二醇溶液）3.5℃/10.5℃ ，熱側(水）10.5℃/5℃），對應設置了合乙二醇泵（2用1備）和3臺冷凍泵（兩用一備）水泵及乙二醇泵均采用變頻控制，可根據負荷需要調節流量。乙二醇系采用總管的形式，通過臺數或變頻調節來滿足各種不同工況的要求。基載冷水機組與冰蓄冷系統在空調水系統中采用并聯方式連接。制冰工況時：冷水機組供回水設計溫度為-5.6℃/-2.2℃：蓄冷溫度為-5.6℃空調工況時：冷水機組供回水設計溫度為5℃/10.5℃。

表4 空調設備表

2 運行模式控制

本工程采用優化控制（智能控制）系統，根據測定的氣象條件及負荷側回水溫度、流量，通過計算預測全天逐時負荷，然后制定主機和蓄冰設備的逐時負荷分配（運行控制）情況，控制主機輸出，按照蓄冰裝置優先供冷的原則，最大限度地發揮蓄冰設備融冰供冷量，以達到節約電費之目的。制冷系統主要控制點請見制冷自控原理圖，系統通過控制閥，同時應能實現以下運行工況的控制：

（1）雙工況主機制冰工況；

（2）蓄冰設備融冰供冷工況；

（3）雙工況主機和蓄冰設備同時供冷工況；

（4）雙工況主機單獨供冷工況；（該模式下,主機負責大樓的全部冷負荷。但主機單獨供冷工況無法保證末端設備所需的全部負荷和溫度，因此只能作為極端情況下的一種備用補救措施。）

（5）系統關閉工況。

3 運行策略

3.1 雙工況主機和蓄冰設備同時供冷工況(100%負荷模式)

（1）23:00-6:00：雙工況主機開啟制冰模式運行，利用夜間低谷電價進行蓄冰；

（2）7:00-22:00：機載主機開啟2臺供冷；

（3）8:00-22:00：雙工況主機開啟制冷模式供冷（高峰時段14：00-17：00時雙工況主機開啟2臺同時供冷，其余時間開啟1臺運行）；

（4） 8:00-22:00：蓄冰槽融冰供冷。

圖4為100%空調負荷時不同工況負荷分布。

3.2 雙工況主機和蓄冰設備同時供冷工況(75%負荷模式)

（1）23:00-6:00：雙工況主機開啟制冰模式運行，利用夜間低谷電價進行蓄冰；

（2）7:00-22:00：機載主機開啟2臺供冷；

（3）8:00-22:00：雙工況主機開啟1臺制冷模式供冷；

（4）8:00-22:00：蓄冰槽融冰供冷。

圖5為75%空調負荷時不同工況負荷分布。

3.3 雙工況主機和蓄冰設備同時供冷工況(50%負荷模式)

（1） 23:00-6:00：雙工況主機開啟制冰模式運行，利用夜間低谷電價進行蓄冰；

（2）7:00-22:00：機載主機開啟2臺供冷；

（3）16:00-18:00：雙工況主機開啟1臺制冷模式供冷；

（4）8:00-22:00：蓄冰槽融冰供冷。

圖6為50%空調負荷時不同工況負荷分布。

3.4 蓄冰設備融冰供冷工況(25%負荷模式)

（1）00:00-6:00：雙工況主機開啟制冰模式運行，利用夜間低谷電價進行蓄冰；

（2）7:00-22:00：蓄冰槽融冰供冷。

圖7為25%空調負荷時不同工況負荷分布。

4 能耗分析

該工程所在地深圳市峰谷電價見表5。

表5 深圳市峰谷電價

23:00-7:00 低估 0.2188 0.2137 4.3 7:00-9:00 平段 0.688 0.688 11:30-14:00 16:30-19:00 21:00-23:00 19:00-21:00 高峰 0.9226 0.9226 9:00-11:30 14:00-16:30 15:00-16:00

在深圳市峰谷電價政策下，冰蓄冷空調系統按全年供冷時間280天、100%負荷運行30天、75%負荷運行130天、50%負荷運行90天、30%負荷運行30天考慮（因項目進展目前階段暫無完整的數據）初步估算冷源初投資約675.6萬元，年運行費用約752.28萬元，與常規水冷空調進行比較，每年節約運行費用約29%，經成本分析與運行費用估算，節約運行費用約2.1年即可抵消初投資成本。由此可見，經濟效益顯著。

5 結語

在國家“雙碳”戰略目標發展背景下，冰蓄冷空調系統利用峰谷電價差運行的特點，有著重要的戰略意義和顯著的經濟效益，普遍適用于商業綜合體、辦公等各類大型公共建筑，在設計過程中應注意以下內容：

蓄冷率并非越大越好，而是存在一個臨界值，最佳蓄冷率通常在20%～40%之間經過技術經濟分析確定。

冰蓄冷系統形式應根據建筑物的負荷特點和規律、系統規模、建筑物現場條件及冰蓄冷裝置的特性等綜合確定，以串聯系統為佳。

控制策略在冰蓄冷設計中起著非常重要的作用，需經過優化控制，對系統進行合理的選擇和調節，確定最佳控制策略，以達到最優的運行效果，進一步節省運行費用。