李奇

摘  要：冰蓄冷技术已在我国多个城市广泛应用，作为电力的移峰填谷措施，可有效提升所在区域的电网用电负荷率。由于冰蓄冷项目在建设体系及硬件设施均有要求，对已实施的项目基本上很难应用。为此，南方基地二期项目在规划实施时已采用冰蓄冷技术，以解决项目用电效率低的问题，为园区公用建筑节能起到示范作用，达到园区运营降本增效。

关键词：冰蓄冷技术;移峰平谷;应用;示范作用

中图分类号：TM73         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）27-0155-03

Abstract： Ice storage technology has been widely used in many cities in China. As a peak-shifting and valley-filling measure， ice storage technology can effectively improve the power load rate of the power grid in the region. Because the ice storage project has requirements in the construction system and hardware facilities， it is basically difficult to apply to the projects that have been implemented. For this reason， the second phase of the southern base project has adopted ice storage technology in the planning and implementation， in order to solve the problem of low power efficiency of the project， play a demonstration role for the energy saving of public buildings in the park， and achieve cost reduction and efficiency increase in the operation of the park.

Keywords： ice storage technology; peak-shifting flat valley; application; demonstration effect

1 項目综述

1.1 蓄冷背景

随着社会的发展，中央空调在公用建筑的普及率日渐增高。据统计，空调高峰时用电量达到城市用电负荷的25%-30%，加大了电网的峰谷用电差。公用建筑一般主要集中在每天上午8时至夜间10时这段时间。在这段时间中，所有的用电设备都在先后运行着，为保证电力供应，电厂在这段时间内就需要全力发电，电网就需要全力供电，这时电厂和电网的负担都很重。过了办公时段，多数建筑的用电设备、办公及生活用电设备不运行。冰蓄冷技术之所以得到政府和工程技术界的重视，正因为它对电网有卓越的移峰填谷功能，是电力需求侧最有效的电能蓄存方法。冰蓄冷技术应用可使空调的降温速度快，提高制冷品质，大幅减少运营成本等。

冰蓄冷技术应用的基本原理就是利用夜间低谷时的电能来制冰并将冰蓄存起来，在白天用电高峰的时候，用蓄存的冰作为冷源供给空调系统，这样白天很多空调设备就不必要运行了，减轻了白天电网的高峰负荷，达到了电网“削峰填谷”提高能源利用效率的目的。同时，由于实施的是分布式供冷的方式，减少了空调降温所要消耗的能源。冰蓄冷技术的应用将实现现代城市供冷方式由常规机房制冷到低谷蓄冰制冷、由按户分散供冷到相对集中区域供冷两方面的重大改变，将对节能减排发挥十分重要的作用。

冰蓄冷技术在系统构成上，是在常规空调系统的基础上增加了一套蓄冷装置，其它各部分在结构上与常规空调并无不同，它在使用范围方面也与常规空调基本一致。冰蓄冷技术使用的主要设备有盘管、冰球等多种方式。

1.2 工程概况

本项目位于广州市天河区，总建筑面积为130652m2，其中地下建筑面积为39464m2，地上建筑面积为88992m2;地下两层，为设备房及车库，地上共分为三栋单体，建筑高度为32m。本项目各栋单体的体量相对不是很大，各单体建筑距离较近，空调水系统输送距离适中，项目的空调冷源结合广州地区气候特点采用区域集中供冷形式，集中冷源可降低冷水机组、冷却塔等的装机容量、减少水泵台数，降低初投资，节省运行费用，便于运维管理。

本项目3栋采用集中供冷形式，地上建筑面积为69896m2，其中空调面积为57071m2，经计算典型设计日空调冷负荷最大值为9799kW（2787RT），根据需要夜间可供冷且最大负荷为430RT，全日累计冷负荷约为：32748RTH。

根据项目所在区域，发改委部门于2017年发布的有关政策规定，明确了电价峰谷区间及相对应的费用。

1.3 逐时负荷

经过对南方基地二期项目逐时冷负荷计算，其典型日夏季设计日供冷逐时冷负荷如表1。

2 冰蓄冷技术工艺流程设计

2.1 融冰方式

冰蓄冷目前盘管式较为通用，且稳定性高。盘管式蓄冷设备是由浸在冰槽中的盘管构成换热表面。在蓄冰时，载冷剂在盘管内循环，吸收水的热量，在盘管外表面形成冰层。融冰方式有两种形式，分包为外融冰、内融冰。

外融冰：槽内水参与空调水循环或换热，冰层由外向内融化。供水温度为1-3℃，采用压缩空气加强冰水换热。适宜大型区域供冷或低温送风工程。

内融冰：与空调水换热的载冷剂在盘管内循环，冰层由内向外融化，槽内水为静态。载冷剂送冷温度为2-5℃。适宜单体建筑的常温及低温送风工程。

根据本工程的规模及特点分析对比，本项目选用内融冰方式更合理，且有利于成本控制。

2.2 系统方式

冰蓄冷系统常见的系统流程有并联流程和制冷机组位于蓄冷装置上游或下游的串联流程。系统为串联时：在制冷机组位于蓄冷装置上游的串联系统中，制冷主机出水温度较高，蓄冰装置进出水温度较低，制冷主机效率高、电耗较小。若蓄冰装置位于制冷主机上游时，恰好相反，融冰效率高，主机效率低。

根据现有广州的电价政策及本项目的特点，本项目选用主机和蓄冰装置并联的系统流程，这不仅兼顾了主机效率，又可以保證融冰速率。并联系统原理图如下：（双工况主机以单台显示、实际为2台，基载主机与板换并联运行），采用并联系统融冰速度更快，融冰速度与主机是否开启无关;在部分负荷日能更快地融冰。

2.3 蓄冷规划方案

冰蓄冷技术应用须结合所在区域的电价政策，选择合适的规划方案。根据广州地区的峰谷电价及其时间段等因素，本项目双工况主机与蓄冰装置（内融冰）采用并联的形式，尽最大可能地发挥主机及蓄冷装置的效率，板式换热器选择2台主机直供板换和2台蓄冰装置融冰供冷板换，设计日融冰量为10800RTH，冰槽选型安装容量要求大于12000RTH，蓄冷装置单独融冰供冷最大小时供冷量不小于1800RT，这满足绿建二星提出的蓄冰量大于30%要求。晚间基载负荷由一台1477kW（420RT）的变频离心式冷水主机提供，满足负荷项目夜间运营要求。蓄冰主机制冰时的供回水温度为-5.6/-2.1℃，蓄冰主机制冷时的供回水温度为5/10℃;基载主机的供回水温度为冷冻水供回水温度为6/13℃;板换侧空调冷冻供回水温度为6/13℃;板换侧乙二醇供回水温度为5/11℃。

本工程设置冷冻水系统1个，制冷机房1个。制冷机房设在负一层，蓄冷槽间设置于负二层。鉴于本项目单体建筑共有3个，拟将空调区域分为3个环路，冷冻水在制冷机房通过分、集水器，分别为各自相应的区域提供服务。

（1）基载主机：1台1477kW（420RT）的变频螺杆式冷水机组，基本能满足本项目夜间24：00～次日7：00内时间段内的空调需求。

（2）双工况制冷主机：根据《蓄冷空调工程技术规程》（JGJ158-2008）计算公式及适当考虑部分余量，最后确定选用2台单机容量为900 RT（3165kW）的双工况离心机组。

3 冰蓄冷设备的选型

3.1 冰蓄冷系统主机选型

通过对夏季逐时冷负荷分布情况分析，考虑到最大限度提高机组制冷效率，以及供冷时负荷控制精确度的要求，采用2台3165kW/2159kW（900/614RT）双工况冷离心式冷水机组、1台1477kW（420RT）基载变频冷水机组。

3.2 蓄冰装置选型

根据广州市蓄冷空调峰谷电价政策及本项目设计日逐时冷负荷分布情况，双工况机组在夜间低谷电24：00～08：00时段蓄冰，由于在蓄冰的8个小时内，主机平均出水温度为-4.5℃左右，该工况的主机制冷量约为675RT，则8小时双工况机组制冰总量为：Qi=8h×2台×675RT=10800RTH。

蓄冰装置选型及参数如下：

本项目蓄冰装置采用蓄冰盘管。蓄冰装置应考虑一定的富余量及考虑过渡季节主机冷却水温较设计工况低时主机制冷量会增大，因此考虑10%的富余量，因此蓄冰装置的蓄冰量为10800×1.1=12000RTH。

3.3 冷却塔选型

冷却塔的选型主要从以下四个方面考虑选择：

（1）冷却水量：冷却塔要求的冷却水量至少是主机冷水水流1.25倍以上。

（2）进出塔温差：冷却塔标准塔型设计工况为进水温度37℃，出水32℃，进出塔温差为5℃。

（3）湿球温度：冷却塔回水与出水温度主要取决于周围空气的湿球温度。当地湿球温度为27.8℃，选型时取28℃。

（4）干球温度：空气冷却塔是利用传导使空气吸热来实现散热，主要受空气干球温度的影响，广州地区的计算干球温度为34.2℃。

考虑冷却水温低的时候，对变频冷水机组的能效比提高较大，因此最终冷却塔选型为1台450CMH与2台900CMH（由2台450CMH拼接）方形超低噪音型横流式冷却塔。

3.4 板式换热器选型

板式换热器的选型是根据本项目双工况主机与蓄冰装置并联等要求，这就需要选择2台主机直供板换和2台蓄冰装置融冰供冷板换。

4 结束语

由于本项目各栋单体的体量相对不是很大，各单体建筑距离较近，空调水系统输送距离适中，本项目的空调冷源结合广州地区气候特点采用区域集中供冷形式，集中冷源可降低冷水机组、冷却塔等的装机容量、减少水泵台数，降低初投资，节省运行费用，便于运维管理。

结合现有广州地区有峰谷电价政策、绿建节能及项目建设等目标，南方基地二期项目冰蓄冷技术应用是十分必要的。通过对比分析、痛难点排查，本项目冰蓄冷技术应用方案采用了碳钢盘管蓄冰、内融冰并联及相匹配的设备选型，以实现用地的移峰填谷。本项目冰蓄冷技术应用不仅可转移电力高峰期用电负荷，降低制冷机总装机容量，还减少系统运行费用。

参考文献：

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