双碳背景下冰蓄冷空调系统在...州某城市综合体中的应用研究_胡真宾.pdf

年第 期总第 期福 建 建 筑 双碳背景下冰蓄冷空调系统在福州某城市综合体中的应用研究胡真宾（福建众合开发建筑设计院有限公司 福建福州）摘 要：为响应国家减排政策，平衡电网负荷，结合福州市的峰谷电价政策，通过对福州市某城市综合体的冷负荷分布情况进行分析，对常规中央空调系统与冰蓄冷中央空调系统的经济性进行对比，确定项目采用冰蓄冷空调系统的可行性，进而分析探讨该项目冰蓄冷设计的特点，以期为类似工程提供参考。关键词：城市综合体；冰蓄冷；节能减排；变频中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（.，）：，.：；作者简介：胡真宾（），男，高级工程师。：收稿日期：引言在全球能源需求迅速增长的大背景下，如何利用已有能源，为人类创造更美好的生活，成为目前社会的重大课题之一。特别是在电能的利用上，我国自改革开放以来，电力装机总容量从 年的.亿 到 年的.亿，增加 倍；总量虽多，但仍然满足不了日益增长的人民日常用电需求。电网负荷率低，系统峰谷差价大，高峰电力严重不足，加上城市化越来越严重，集中电力消耗越来越大，导致城市电网压力不堪重负。到 年，国家提出“双碳”战略目标，更进一步要求各行各业节能减排，倡导绿色、环保、低碳的生活方式。因此，一方面国家全面加紧电力建设的步伐，坚持开发和利用新的可持续性的能源，另一方面，节约和计划利用已有能源，通过经济的、有技术的方式，鼓励节约能源，高效利用能源。而作为蓄冷技术，在节约利用电能方面，已经具有成熟的技术和市场，在经过将近一个世纪的发展中，蓄冷技术被实践证明是转移峰谷电力，开发低谷用电，优化资源配置，提高综合能效，保护生态环境，进一步提高空调系统综合能效，是符合国家发展战略与减排政策的一项重要技术措施。工程概况该项目为城市集中商业综合体，位于福州市，总建筑面积.。其中，地上建筑面积.（计容建筑面积 ），地下建筑面积 .（人防面积.），建筑占地面积.，建筑层数：地上 层，地下 层，建筑高度：.，负一层 四层为集中商业，主要业态有零售、电影院、餐饮等。其中商业部分实际空调面积约为.万，计算冷负荷为，如图 所示。年 期 总第 期胡真宾双碳背景下冰蓄冷空调系统在福州某城市综合体中的应用研究 图 建筑物效果图 集中商业空调冷源方案.负荷分析根据大型商业建筑空间大且比较封闭、人员密度高、使用的照明设备较多、设备散热量高等的特点，通过空调负荷逐时计算分析，得出集中大商业建筑的逐时空调负荷图如图 所示。图 夏季空调设计日冷负荷趋势图从图 可以看出：（）夏季冷负荷极值较大，持续时间较长。（）空调日冷负荷不均匀，围护结构负荷高峰区与人流负荷高峰期不完全重合。故虽然极端负荷设计值的时间仅 左右，但位于较高负荷设计值的时间较长（左右），总体空调日冷负荷曲线与日电网用电负荷线同步，即用电高峰基本位于峰值电价，因而造成电网压力巨大。（）夜间集中商业关门后，考虑到院线和 运行时间，仍有较小负荷存在。（）空调整体运行负荷率偏低。如考虑到全年运行时间，特别是在夏热冬暖地区冬季不采暖的情况下，负荷达到 的运行时间，约为全年运行时间。综上所述，就商业建筑的空调使用特点上说，空调用电是否能避开高峰期的用电负荷，对缓解整个电网供电压力，优化资源配置，有着至关重要的作用。.峰谷电价政策国家“十三五”规划将储能技术列为重点方向，从电力储能（新能源汽车）、化学储能、氢气储能到蓄冷蓄热，各级政府都颁布了各种优惠政策。年福建省为了鼓励新技术和可再生能源的推广利用，年发改委发布的相关峰谷电价电价政策，如表 表 所示。表 常规峰谷电价政策电价类型时间段电价（元）高峰时段 ，.平峰时段 ，.低谷时段 .表 福建省针对并蓄冷空调的优惠政策电价类型时间段电价（元）高峰时段 ，.平峰时段 ，.低谷时段 .从表 表 可以看出，常规高峰时段和低谷时段的电价比将近 ，再加上政府有专门针对蓄冷空调的高平峰时段同价政策，更为蓄冷空调的实施提供了政策支持。.空调冷热源方案比较.两种方案比较（）方案一：常规冷水机组供冷水冷离心机组（定频）水冷螺杆机组：开启水冷机组白天制冷，夜间低负荷开启相应螺杆机组制冷，具体设备参数表和初投资价格如表 所示。（）方案二：水冷冷水机组 冰蓄冷供冷冷冻水供回水温度，在晚上 次日 开启夜间蓄冰；白天开启主机与蓄冰装置联合供冷；基载主机采用 的螺杆机，白天基载主机优先和融冰供冷，夜间单独供冷时由融冰或基载主机供冷。具体设备参数表和初投资价格如表 所示。.运行费用计算根据福建地区多年气候经验数据，本次计算一年不同负荷的天数按以下天数简化计算：负荷：天；负荷：；负荷：；负荷：计算，详细的的运行费用如下：（选取一个典型日测算其运行费用）。方案一汇总年运行费用，如表 所示。福 建 建 筑 年表 方案一设备参数和初投资估算表序号内容主要技术参数功率（）数量（台）总功率（）单价（万元）合价（万元）水冷离心机组制冷量：水冷螺杆机组制冷量：冷却塔水量：.水量：.冷却水泵水量：.水量：.冷冻水泵水量：.水量：.电气与自控装置.机房管道安装工程.汇总.表 方案二设备参数和初投资估算表序号内容主要技术参数功率（）数量（台）总功率（）单价（万元）合价（万元）基载主机制冷量：双工况主机制冷量：制冷量：冷却塔水量：.冷却水泵水量：.冷却水泵水量：.乙二醇泵流量：.基载冷冻泵水量：.板换冷冻泵水量：.板式换热器换热量：，供回水温度：一次侧.二次侧 蓄冰装置蓄冰量.乙二醇溶液.电气与自控装置.机房管道安装工程.汇总.表 方案一典型日空调运行费用方案一设计负荷设计负荷设计负荷设计负荷全年运行费用日运行费用（元）运行天数（天）运行总费用（万元）.方案二各种负荷比例下的运行策略如图 所示。图 方案二 负荷空调系统运行策略满负荷状态下，融冰供冷和双工况主机和基载主机全部开启，极端天气天数不多，虽然使用白天高峰电价，但总体运行费用占年运行费用比例不高，如图 所示。图 方案二 负荷空调系统运行策略该负荷状态下，融冰供冷基载主机全部开启，可以适当减少双工况主机的开机时间，如图 所示。年 期 总第 期胡真宾双碳背景下冰蓄冷空调系统在福州某城市综合体中的应用研究 图 方案二 负荷空调系统运行策略该负荷状态下，双工况主机白天基本可以停止运行，靠蓄冷装置融冰 基载即可满足末端需求，如图 所示。图 方案二 负荷空调系统运行策略该负荷状态下，双工况主机和基载主机白天基本可以停止运行，靠蓄冷装置融冰即可满足末端需求，夜间可开启基载主机满足小负荷需求。方案二汇总年运行费用，如表 所示。表 方案二典型日空调运行费用方案 设计负荷设计负荷设计负荷设计负荷全年运行费用日运行费用（元）运行天数（天）运行总费用（万元）.与方案一相比，可以看出从运行费用上来看，采用蓄冷技术的方案，可以充分利用低谷电价，确实经济效益明显。.两种方案总的经济性比较根据设备初投资及运行费用的汇总，两种方案最终经济性比较如表 所示。表 方案经济性比较汇总内容方案一：常规空调方案二：冰蓄冷空调冷水机组容量（）机房设备用电功率（）机房设备配电容量（）初投资机房设备投资概算（万元）.机房配电设施费（万元）.合计（万元）.运行费用空调负荷日电费（元 日）空调负荷日电费（元 日）空调负荷日电费（元 日）空调负荷日电费（元 日）每年空调电费合计（万元）.投资回收年限.年 从对比方案经济性比较可以看出，虽然冰蓄冷方案初投资会比常规空调系统高不少，但考虑到运行时段电价带来的优惠，不到 年的回收期，综合经济效益也较为明显，能有效地降低企业运营成本。冰蓄冷系统设计.冷源系统考虑到蓄冷设备的初期投资以及空调运行时段的影响，本项目冰蓄冷系统采用部分负荷蓄冷方式，采用不完全冻结式内融冰冰盘管式蓄冰装置，盘管材质为合金材质，在最大限度提高换热性能的同时，保证其耐腐蚀性。系统采用串联主机上游式，双工况机组位于高温段，蓄冰装置位于低温段，充分提高制冷效率，同时也能较好地控制融冰出水温度和融冰速率。该项目总设计冷负荷 ，选型采用两台双工况主机（）和一台基载主机（），蓄冰装置计选用 台 的蓄冰盘管，总蓄冷量为（融冰速率.）。采用制冷式板式换热器，将蓄冰系统的乙二醇回路与空调系统回路隔离。板换末端水侧进出口温度为，双工况冷水机组采用离心式冷水机组，乙二醇侧进出口温度为.，制冰工况制冷剂供回水温度 。冷却水供回水温度，配置三台低噪音横流冷却塔，位于屋面。系统在实际运行工况中，根据末端负荷可由以下几种模式任意切换，如图 所示。（）双工况主机制冰，基载主机供冷。在 期间，夜间院线等场所低负荷运行时开启。福 建 建 筑 年（）蓄冰装置融冰单独供冷：此时不开双工况主机制冷，冷量由蓄冰装置融冰提供，此模式可在春秋过渡季节或冷负荷较小期间运行。（）双工况机单独供冷：该模式下，双工况主机负责大楼的全部冷负荷。（）双工况主机与蓄冰装置融冰联合供冷：末端满负荷运行工况下开启。（）双工况主机制冰，夜间利用循坏小泵供冷：当夜间基载主机无法运行时，选用该模式制冰兼提供小量冷量。图 冰蓄冷系统原理图（不含冷却水系统）各工况运行情况，图 中相应电动调节阀控制策略，如表 所示。表 冰蓄冷各工况运行策略运行工况开启调节关闭冰蓄冷系统双工况主机制冰，双工况主机制冰兼供冷，主机与蓄冰装置联合供冷，融冰单独供冷，主机单独供冷，蓄冷空调的自控要求，采用负荷预测软件和优化控制软件联合管理，包括各工况的灵活切换，控制逻辑的设定，设备台数的增减控制，相关阀门的自动启闭等，本文仅简单论述各工况的切换策略。.系统设计方案对运行的影响.主机旁通设计方案的影响常规的冰蓄冷串联主机上游式系统设计，包括设计手册，图集以及技术措施中，都无旁通支管的设计。从上述控制策略图中可以看出，电动阀 是在单独融冰制冷工况下打开（旁通的手动阀门是为了保证电动阀失灵的情况下可进行手动操作），从而可以关闭主机侧的电动两通阀。因而，可以让制冷液不经过主机蒸发器而直接旁通进入蓄冰装置，从而减少乙二醇环路的阻力损失，降低乙二醇泵的消耗。但考虑到如果旁通阀频繁的启动关闭，系统阻力忽高忽低，理论上会对乙二醇泵的流量和扬程造成波动，如图 所示。图 冰蓄冷主机旁通管示意图.乙二醇泵的变频设置考虑到旁通管的设置会对乙二醇泵的流量和扬程造成波动，是否要对乙二醇泵进行变频控制，常规 年 期 总第 期胡真宾双碳背景下冰蓄冷空调系统在福州某城市综合体中的应用研究 的一次泵变流量冷水系统中，系统可根据最不利环路的压差值变化，自动调整水泵转速，使压差值趋近于设定值，满足最不利环路的供回水压差。这种方式，对于对维持水泵在高效区运行，是很好的方式。但是冰蓄冷系统复杂，又经常处于工况切换状态，因此恒定的压差控制较难实现。所以，冰蓄冷设备是否可以通过控制二次侧的供水温度来实现？这种情况下，关闭阀门，打开阀门，可以做到对二次侧的供水温度的恒定。但考虑到一旦乙二醇泵变频，当负荷变化时，系统流量变化时，是否会对阀门 和 造成影响，需要进一步研究分析，本文就不作具体阐述。总的来说，乙二醇泵可以设置变频，特别是有旁通管道的情况下，但是对本来控制繁琐的冰蓄冷系统提出了更加严苛的控制要求。结语商业综合体的项目冷负荷集中在白天，夜间较少冷负荷需求，空调季节满负荷运行天数较少，因此适合蓄冷技术的推广和应用。但蓄冷空调系统控制复杂，运行策略管理要求高，对暖通安装和管理使用者也提出了较高要求。总之，在节能减排，完成双碳目标的大背景下，在能源消费逐渐增加的不利情况下，暖通设计从业者应当不断摸索新的利用能源的方法，在提高设备运行效率的基础上，在减少机组装机容量，改善机组的运行效率，在提高系统的可靠性和经济性等方面获得突破，力求使暖通空调这个建筑的能耗大户，在节能减排过程中，承担更为重要的作用。参 考 文 献 王呈梅，吴喜平 冰蓄冷空调系统在实际工程中的应用 上海节能，（）：丁庆，段绍辉，王执中，等 冰蓄冷空调在高峰谷负荷差地区应用的经济性 电力系统及其自动化学报，（）：张杰，李晓志，刘树春 冰蓄冷系统中主机制冷量的确定 暖通空调，（）：徐旭，王婧，钱必华，等 冰蓄冷技术在区域供冷中的应用与运行策略研究 建筑科学，（）：（上接第 页）由上至下依次挖除路堤边坡滑坡体，并重新按照施工设计图纸进行刷坡，并压实坡表土体。接下来，在坡底砌筑不低于.高的浆砌片石挡土墙，作为填方路堤边坡的抗滑基础。最后，按照填方路堤边坡加固防护措施及防排水措施进行处置，恢复填方路堤边坡的稳定性。路堤边坡坡脚加设浆砌片石挡墙，能显著提高坡体抗滑力，且施工方便，是本工程中较为经济、有效的滑坡整治措施。结语在建道路填方路堤雨季灾害应以预防为主，以灾后处置为补救措施，实现减弱灾害风险，降低施工成本及工期损失的目标。本文结合实际工程案例，分析了在建道路填方路堤雨季施工产生浸水破坏灾害的主要原因。并基于控制填方路堤施工质量，针对路堤边坡雨季灾害的预防，提出了对应的防排水与加固措施，且通过实际应用验证了以上措施的可行性和工程应用效果；针对填方路堤边坡雨季开裂或滑坡灾害，提出了可行性处罚措施。本文提出的在建道路填方路堤雨季灾害防治措施，在实际工程案例中取得了良好的效果，其技术经验可推广应用于同类工程中。参 考 文 献 邹畅 填方路堤滑坡问题勘察分析 工程技术研究，（）：曹金春，孟令峰，张本科 强降雨作用下沿河堤滑坡失稳机理研究 土工基础，（）：高岳权 黄土地区高填方路堤滑坡机理及控制措施研究 地下空间与工程学报，（）：孔维伟 强降雨条件下成绵复线高速公路路堤滑坡应急保通与处治 地质灾害与环境保护，（）：夏华盛 高液限土场地陡坡路堤滑坡处治及稳定性分析 北方交通，（）：陈小英 高填方路堤滑坡抗滑桩处治效果分析 山西交通科技，（）：陈维勇 预应力锚杆在高填方边坡加固中的应用 公路交通科技（应用技术版），（）：张玉芳，魏少伟，李健，等 道路边坡灾害整治新技术及应用 世界交通运输大会论文集：