低溫區(qū)域供冷技術(shù)在中關(guān)村商務(wù)中心區(qū)的應(yīng)用

　　1、 引言

　　近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量的區(qū)域性建筑群。北京中關(guān)村商務(wù)中心區(qū)(也稱中關(guān)村廣場(chǎng))占地51.44公頃，將以土地一級(jí)開發(fā)形式建設(shè)成為中關(guān)村地區(qū)高科技產(chǎn)業(yè)管理、信息、研發(fā)中心。該區(qū)域被分成25個(gè)地塊，根據(jù)規(guī)劃各地塊上將建起的地上建筑總面積約100萬(wàn)平方米，地下建筑總面積約50萬(wàn)平方米。建造區(qū)域供冷冷源向一部分地塊進(jìn)行集中供冷成為一種很自然的選擇。目前在地下建造的1#冷站擬向0.5公里半徑內(nèi)的4棟建筑供冷，供冷面積32萬(wàn)平方米。將來(lái)如有更多的用戶加入該系統(tǒng)，再根據(jù)需要增建1～2個(gè)冷站。

　　北京地區(qū)采取單一的按電力峰、谷段分時(shí)電耗計(jì)費(fèi)。商業(yè)用電峰谷電價(jià)比為3.45：1，峰段用電時(shí)間為每天8小時(shí)，1-10KV高壓用電峰、谷價(jià)差的絕對(duì)值為0.71元/千瓦時(shí)。中關(guān)村商務(wù)中心區(qū)擬采用集中供冷的建筑為辦公、金融和商場(chǎng)等商業(yè)性建筑，白天空調(diào)負(fù)荷絕對(duì)值很大，夜間空調(diào)負(fù)荷很小，負(fù)荷變化規(guī)律性比較強(qiáng)，采用空調(diào)蓄冷系統(tǒng)作為商務(wù)中心區(qū)區(qū)域供冷的冷源，具備較好的先決條件。

　　2、 蓄冰形式

　　相比水蓄冷和共晶鹽蓄冷方式，冰蓄冷系統(tǒng)在單位蓄槽體積內(nèi)具備更大的蓄冷能力，適于作為區(qū)域供冷的冷源。對(duì)于冷媒輸送距離較遠(yuǎn)，用戶冷負(fù)荷較大，冷凍水供水流量很大的區(qū)域冰蓄冷冷站來(lái)說，盡可能降低用戶供水水溫即減少系統(tǒng)總流量，能夠節(jié)約冷媒輸送電耗，減小冷媒輸送管徑，降低冷水輸送管道投資。

　　動(dòng)態(tài)蓄冰方式因其造價(jià)高昂，運(yùn)行控制要求高，國(guó)內(nèi)用于大型蓄冷系統(tǒng)較少。靜態(tài)蓄冰形式國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是冰球蓄冷系統(tǒng)(封裝冰蓄冷系統(tǒng)的代表)和內(nèi)融冰系統(tǒng)。冰球系統(tǒng)用于大型蓄冷的主要問題在于冰球融冰換熱時(shí)，冰球內(nèi)的冰、水、空氣(球體內(nèi)留有一定結(jié)冰膨脹空間)的混合物，在融冰過程隨著球體內(nèi)冰體的融化其傳熱狀況變化很大，特點(diǎn)是開始融冰時(shí)釋冷速率較大，但在整個(gè)融冰過程中釋冷速率的變化很大;僅憑蓄冰裝置無(wú)法保證系統(tǒng)供水溫度的恒定，可采取在蓄冰裝置下游設(shè)置制冷機(jī)組或使制冷機(jī)組與蓄冰裝置并聯(lián)等手段來(lái)彌補(bǔ)這一不足。為此，一方面需增加更精密的流量控制和冷機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置，增加了自控系統(tǒng)的造價(jià);另一方面，上述冷機(jī)位置的設(shè)置導(dǎo)致制冷機(jī)的出水溫度下降，降低了制冷機(jī)的效率。由于制冷機(jī)蒸發(fā)器出水(液)溫度每降低1℃，電耗增加2%-3%，顯然，對(duì)于大型系統(tǒng)是很不理想的;此外，冰球系統(tǒng)和內(nèi)融冰系統(tǒng)一樣，屬于間接冷媒系統(tǒng)，由于其常用的乙二醇水溶液冷媒不直接進(jìn)入空調(diào)水系統(tǒng)，在融冰環(huán)節(jié)需通過換熱器和系統(tǒng)回水換熱融冰，與用戶之間多了一級(jí)換熱，難以制出較低的水溫;而且乙二醇水溶液比熱容較低而相對(duì)密度較高，傳熱性能比水差，0℃時(shí)30%體積濃度的乙二醇溶液傳熱系數(shù)為0.429 W/(m2. ℃)，需較大的換熱面積，這樣就增加了設(shè)備投資。

　　在中關(guān)村冷站中我們采用了盤管外融冰系統(tǒng)，該方式在融冰環(huán)節(jié)中沒有冰球和內(nèi)融冰系統(tǒng)的中間換熱環(huán)節(jié)，融冰時(shí)空調(diào)系統(tǒng)的回水直接進(jìn)入蓄冰槽引起盤管外的冰層融化。外融冰模式有以下幾個(gè)特點(diǎn)：s*先是可以提供低溫供水，外融冰系統(tǒng)所提供的冷水溫度比內(nèi)融冰和冰球系統(tǒng)低，中關(guān)村1#冷站的設(shè)計(jì)供水溫度為 1.1℃，回水溫度12.2℃，對(duì)用戶冷水供水流量?jī)H需常規(guī)空調(diào)供水系統(tǒng)的一半左右，盡可能低的供水溫度使輸送至用戶空調(diào)系統(tǒng)的能耗和管道投資均大為降低;其次是釋冷過程溫度恒定，在釋冷周期中，冰槽中80%以上的冰融化以前，可以平穩(wěn)地控制冰槽出水溫度在1℃左右。這樣對(duì)于保證大型系統(tǒng)用戶參數(shù)的穩(wěn)定很重要。

　　3、系統(tǒng)及運(yùn)行模式

　　中關(guān)村冷站系統(tǒng)采用全量蓄存模式和分量蓄存模式相結(jié)合的運(yùn)行方式。采取在電價(jià)平、谷期進(jìn)行蓄冷，在電價(jià)高峰期全部冷量由蓄冷裝置提供的運(yùn)行模式即全量蓄存模式，運(yùn)行電費(fèi)z*低。但它對(duì)于區(qū)域供冷來(lái)說，為滿足用戶在夏季的設(shè)計(jì)冷負(fù)荷，需要很大的蓄冰裝置和制冷機(jī)組，初投資高，設(shè)備利用率和負(fù)荷適用性不高。在夏季中關(guān)村1#冷站采用分量蓄存模式，即在夏季日負(fù)荷高于夜間蓄冷量時(shí)，在白天由蓄冷裝置和制冷機(jī)聯(lián)合供冷，進(jìn)入過渡季，負(fù)荷下降可采取全量蓄存模式。

　　常見的外融冰蓄冷系統(tǒng)見圖1，基載制冷機(jī)組的作用是滿足夜間制冰時(shí)系統(tǒng)內(nèi)某些用戶的空調(diào)負(fù)荷，白天時(shí)也參與供冷。該系統(tǒng)可制出低達(dá)1℃的系統(tǒng)出水溫度，除基載制冷機(jī)組外，冷站內(nèi)制冷機(jī)組的冷媒是乙二醇水溶液，雖然融冰環(huán)節(jié)系統(tǒng)回水直接進(jìn)入冰槽化冰，無(wú)須進(jìn)行換熱，但是當(dāng)主機(jī)在白天也參與對(duì)空調(diào)系統(tǒng)供冷時(shí)，外網(wǎng)水系統(tǒng)并不直接進(jìn)入主機(jī)，需和主機(jī)的乙二醇冷媒進(jìn)行換熱，也存在著一個(gè)換熱環(huán)節(jié)。

　　在中關(guān)村1#冷站系統(tǒng)中，采用美國(guó)YORK公司設(shè)計(jì)制造的一臺(tái)設(shè)計(jì)制冷量2000冷噸的離心機(jī)組作為基載制冷機(jī)組，三臺(tái)2000冷噸的雙蒸發(fā)器螺桿機(jī)組作為蓄冷兼制冷機(jī)組。這三臺(tái)螺桿機(jī)組(型號(hào)RWBⅡ-856E)與常規(guī)螺桿機(jī)組在結(jié)構(gòu)上z*大的不同是它們具有兩個(gè)蒸發(fā)器，其中的冷媒分別是乙二醇和

　　水。在蓄冷循環(huán)時(shí)，利用乙二醇冷媒制冰;當(dāng)白天有制冷要求時(shí)，與常規(guī)外融冰系統(tǒng)不同，系統(tǒng)回水直接進(jìn)入另一個(gè)蒸發(fā)器，降低溫度到4.4℃左右后進(jìn)入冰槽融冰。此系統(tǒng)見圖2。該系統(tǒng)與一般外融冰系統(tǒng)的差異在于：取消了乙二醇-水換熱器，這樣在白天供冷過程中，進(jìn)入螺桿機(jī)的冷媒溫度高于常規(guī)外融冰系統(tǒng)。鑒于取消的換熱器因系統(tǒng)水量非常大所以換熱溫差不會(huì)太小，至少應(yīng)在1.5℃以上，否則因換熱面積的增大，換熱器的設(shè)備費(fèi)用太大。因此該系統(tǒng)的主機(jī)較之常規(guī)外融冰系統(tǒng)主機(jī)白天供冷時(shí)的效率，因蒸發(fā)器入口冷媒溫度的升高而提高至少在5%以上;沒有了板式換熱器的設(shè)置及其阻力損失;由于乙二醇和水的換熱性能差異，白天制冷所用的水冷媒蒸發(fā)器的換熱面積小于使用乙二醇冷媒制冷的蒸發(fā)器。當(dāng)然，由于主機(jī)增加了一個(gè)蒸發(fā)器且自控要求更高，這種螺桿機(jī)的設(shè)備造價(jià)略高于單蒸發(fā)器的螺桿機(jī)組。但就整個(gè)系統(tǒng)而言，由于減少了換熱環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)總效率，沒有工況改變時(shí)閥門的相互切換調(diào)節(jié)，系統(tǒng)只靠啟停主機(jī)和水泵及恒溫變?nèi)萘窟\(yùn)行。作為一個(gè)大的區(qū)域供冷系統(tǒng)，較充分地發(fā)揮了外融冰系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益將非?？捎^。

　　4、 低溫區(qū)域供冷系統(tǒng)的用戶

　　作為中關(guān)村商務(wù)中心區(qū)的特色之一，各種能源管線如市政給水、燃?xì)?、電力電信、及熱力管線是由外網(wǎng)進(jìn)入一條環(huán)繞中心區(qū)長(zhǎng)達(dá)1.5公里的綜合管廊，該管廊通過二十多條支管廊將各種管線輸送至區(qū)域內(nèi)的各地塊，區(qū)域冷站的冷水供回管路也通過綜合管廊送至各用戶，選擇納入?yún)^(qū)域供冷系統(tǒng)的地塊與區(qū)域冷站供水系統(tǒng)的連接非常便利，供冷管路的維護(hù)和監(jiān)控也十分方便。

　　有了上述的冷站和冷媒輸送系統(tǒng)，中關(guān)村商務(wù)中心區(qū)內(nèi)的二十多個(gè)用戶都可以選擇加入?yún)^(qū)域供冷網(wǎng)絡(luò)，我們將根據(jù)用戶增長(zhǎng)的情況考慮建設(shè)2#、3#冷站。不遠(yuǎn)的將來(lái)，在建立一個(gè)合理收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，納入該系統(tǒng)的用戶可以取消制冷機(jī)房的投資，把機(jī)房的建筑空間轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌猛?低溫供水為用戶大大節(jié)約其建筑內(nèi)部空調(diào)系統(tǒng)的造價(jià)和運(yùn)行能耗，而且用戶可以很自然地選擇低溫送風(fēng)方式優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)，例如商務(wù)中心區(qū)內(nèi)的21#地--中關(guān)村金融中心，在利用區(qū)域冷源供冷的前提下，即選用了低溫送風(fēng)變風(fēng)量系統(tǒng);冷源的建設(shè)不再是建筑投資商的必然選項(xiàng)，空調(diào)系統(tǒng)供水成為一種可以購(gòu)買到的服務(wù)，對(duì)用戶而言是具有很大吸引力的。

　　參考文獻(xiàn)

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