西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)4#制冷站的設(shè)計(jì)及運(yùn)行

4#制冷換熱站（簡(jiǎn)稱4#制冷站）是西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期擴(kuò)建工程的配套項(xiàng)目之一，主要為T3A航站樓及輔助建筑提供空調(diào)用冷熱源。由于該站集中設(shè)置于室外，距空調(diào)末端用戶最遠(yuǎn)1.5km，最近0.4km，且末端最高處用戶與該站最低點(diǎn)約20m高差，為充分利用當(dāng)?shù)胤骞入妰r(jià)政策降低空調(diào)制冷運(yùn)行費(fèi)用及減少輸送能耗，項(xiàng)目采用了冰蓄冷空調(diào)制冷方式，同時(shí)根據(jù)工程項(xiàng)目的建筑功能特點(diǎn)，采用了多項(xiàng)適宜技術(shù)，通過(guò)3年的運(yùn)行測(cè)試表明，系統(tǒng)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，節(jié)能效果顯著。為該工程與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，整體減少投資15%～30%和降低空調(diào)運(yùn)行能耗30%～50%作出了一定貢獻(xiàn)。

1.項(xiàng)目概況

西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期擴(kuò)建工程主要包括T3A航站樓、配套項(xiàng)目以及為其服務(wù)的4號(hào)制冷站。整個(gè)工程于2008年2月開工建設(shè)，2011年6月進(jìn)行空調(diào)及制冷系統(tǒng)調(diào)試，2012年5月全面投入運(yùn)營(yíng)。本期T3A航站樓設(shè)計(jì)目標(biāo)規(guī)模為：高峰客流7100人/時(shí)，旅客年吞吐量23342萬(wàn)人；建筑面積25.8萬(wàn)m2，建筑高度36.5m，地下室埋深8.6m；4號(hào)制冷站建筑面積5550m2，建筑高度9m，一層設(shè)置（局部二層），距主樓約1000m，項(xiàng)目總投資約9000萬(wàn)元。

2.項(xiàng)目設(shè)計(jì)及理念

（1）建筑及環(huán)境

本項(xiàng)目雖建筑面積不大，卻在建筑及環(huán)境的設(shè)計(jì)方面煞費(fèi)了一番苦心。緊臨4號(hào)制冷站的右邊是西安—機(jī)場(chǎng)專用高速的第一個(gè)入口立交，為不影響機(jī)場(chǎng)整個(gè)航站區(qū)的大環(huán)境，項(xiàng)目采用引入了公共建筑中下沉式廣場(chǎng)的理念，即整體地下設(shè)置的設(shè)計(jì)方案；同時(shí)為給剛進(jìn)入機(jī)場(chǎng)的旅客一個(gè)美好的印象，建筑的外形和周圍環(huán)境及地面綠化都圍繞著設(shè)計(jì)選定的“e”字形而展開，“e”字形方案源于西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)的企業(yè)標(biāo)志（LOGO）和設(shè)計(jì)期間奧運(yùn)會(huì)的“祥云”演變衍生而來(lái)，體現(xiàn)了項(xiàng)目設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念——一棟建筑一個(gè)作品。

（2）功能布局

根據(jù)制冷供熱的工藝特點(diǎn)，同時(shí)考慮到管理的便捷及勞動(dòng)環(huán)境的改善，本項(xiàng)目的功能布局設(shè)計(jì)理念如下：

為改善站內(nèi)管理人員的工作環(huán)境和心情，本項(xiàng)目采用“下沉式廣場(chǎng)”的設(shè)計(jì)理念，使每個(gè)有人員長(zhǎng)期停留的房間都能見到自然光，冬季陽(yáng)光基本上都能照射到辦公室內(nèi)。

為方便設(shè)備的運(yùn)輸和工作人員的進(jìn)出，設(shè)備進(jìn)入站內(nèi)都可由大型運(yùn)輸工具直接通過(guò)坡道進(jìn)入，同時(shí)設(shè)有人員直接上下的防雨樓梯間方便進(jìn)出。

為減少制冷機(jī)、水泵設(shè)備噪聲對(duì)人的影響，非監(jiān)控辦公室、會(huì)議室以及值班休息室均遠(yuǎn)離主機(jī)房而設(shè)。

為方便管理和美觀整潔，站內(nèi)大型和重要設(shè)備均設(shè)置于大型維修機(jī)具（包括車輛）可直接進(jìn)入的高大空間主機(jī)房?jī)?nèi)，水處理、定壓補(bǔ)水、空調(diào)機(jī)房、變配電用房等其他配套服務(wù)用房均設(shè)置于層高較低的小房間內(nèi)。

為充分利用室外用地，盡可能騰出人員活動(dòng)空間，冷卻塔和辦公配套用房采用了疊式設(shè)置，冷卻塔采用開敞式設(shè)置于辦公配套用房屋面。

為減少蓄冷裝置投資、方便維護(hù)和清洗以及減少冰槽滲漏水的隱患，冷站蓄冷槽采用開式地下獨(dú)立混凝土槽。

（3）工藝設(shè)計(jì)

由于本項(xiàng)目距各服務(wù)用戶較遠(yuǎn)且分散，所處地區(qū)又有相應(yīng)的峰谷電價(jià)政策，同時(shí)為節(jié)省投資和降低運(yùn)行費(fèi)用，系統(tǒng)工藝按如下進(jìn)行了設(shè)計(jì)：

為提高夏季制冷供回水溫差，降低輸送能耗，空調(diào)蓄冷采用了鋼盤管外融冰直供形式。

為充分利用末端回水溫度高（～15℃）的特點(diǎn)，提供制冷效率，制冷系統(tǒng)采用了“基載機(jī)→雙工況機(jī)→蓄冰裝置”三級(jí)串聯(lián)冷卻方式，同時(shí)適當(dāng)加大基載機(jī)容量。

為適應(yīng)各末端用戶系統(tǒng)阻力差異大，減少輸送能耗，空調(diào)水系統(tǒng)采用三級(jí)泵系統(tǒng)形式，一、二級(jí)泵設(shè)置于制冷站內(nèi)，三級(jí)泵設(shè)置于末端用戶，起到了以泵代閥的作用。同時(shí)為滿足不同末端用戶溫度的需求，部分三級(jí)泵采用了混水加壓循環(huán)形式。

（4）節(jié)能設(shè)計(jì)

由于本期工程的T3A航站樓采用了溫濕度獨(dú)立控制設(shè)計(jì)理念，空調(diào)末端節(jié)能效果較顯著[1]。為保證整體節(jié)能效果，制冷站需配合空調(diào)末端，同時(shí)自身應(yīng)充分考慮制冷供熱及水系統(tǒng)輸配的節(jié)能性，項(xiàng)目節(jié)能設(shè)計(jì)如下：

制冷系統(tǒng)采用開式外融冰直接供冷，充分利用峰谷電價(jià)，大幅度降低了夏季空調(diào)供水溫度，達(dá)到了制冷運(yùn)行費(fèi)用低廉和輸送能耗降低[2]。

空調(diào)制冷系統(tǒng)的三級(jí)串聯(lián)冷卻，提高了基載機(jī)的COP值。

三級(jí)泵的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了以泵代閥，降低了輸送能耗[3]。

空調(diào)水系統(tǒng)采用了螺旋除渣裝置，設(shè)備阻力僅有傳統(tǒng)攔截式過(guò)濾方式的1/4～1/5。

制冷機(jī)組采用10kV高壓電機(jī)，降低了變配電的電力轉(zhuǎn)換能耗。

制冷主機(jī)房和內(nèi)走道大面積采用天窗和光導(dǎo)管實(shí)現(xiàn)自然采光，改善了室內(nèi)環(huán)境，減少了工作照明電耗。

3.制冷站設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)條件及參數(shù)

①建筑特征

建筑級(jí)別：工程等級(jí)二級(jí)，防火分類： 戊類多層；

建筑面積：5550m2；

建筑層數(shù)：一層（局部二層）；

建筑高度：9.00m；

結(jié)構(gòu)類型：框架。

②制冷系統(tǒng)

本制冷、供熱站夏季空調(diào)冷源采用冰蓄冷系統(tǒng)，蓄冷方式采用：滿足負(fù)荷均衡的部分蓄冰方式。

根據(jù)服務(wù)的主要用戶—T3A航站樓的使用特點(diǎn)，制冷采用了三級(jí)串聯(lián)式系統(tǒng)形式；蓄冷采用了開式鋼盤管外融冰系統(tǒng)；冰槽采用了兩個(gè)開式、獨(dú)立的土建混凝地下槽體。

制冷機(jī)設(shè)置分別為：3臺(tái)1850RT雙工況離心式（蓄冷）冷水機(jī)組；2臺(tái) 800RT單工況離心式（基載）冷水機(jī)組；1臺(tái)400RT單工況離心式（基載）冷水機(jī)組。

③制冷負(fù)荷及參數(shù)

項(xiàng)目本期空調(diào)設(shè)計(jì)最大冷負(fù)荷：35910kW（10210RT）；設(shè)計(jì)日空調(diào)冷負(fù)荷：539400kW.H（153370RT.H）。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)蓄冷量：101710kW.H （28920RT.H）；蓄冰率為：18.9%；最大削峰率為：26.1%。

蓄冷系統(tǒng)采用的載冷劑為濃度25%的乙烯乙二醇水溶液。

夏季空調(diào)設(shè)計(jì)供/回水：2.0℃ / 14.5℃（Δt=12.5℃）。

④供熱系統(tǒng)、負(fù)荷及參數(shù)

本制冷、供熱站冬季空調(diào)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷：34870kW。

熱源由室外熱網(wǎng)集中供給，熱媒類型和參數(shù)分別為：120℃/80℃高溫?zé)崴?/p>

冬季空調(diào)供/回水：60℃ / 45℃（Δt=15℃）。

（2）制冷供熱系統(tǒng)

①制冷、供熱工藝設(shè)計(jì)

本站空調(diào)水系統(tǒng)為冬、夏季合用的雙管多級(jí)泵變流量機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)。一、二次泵設(shè)置于站內(nèi)，空調(diào)末端（混水）循環(huán)泵設(shè)置于各用戶點(diǎn)內(nèi)。

夏季空調(diào)冷水系統(tǒng)為開式循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)入蓄冰槽的水管上設(shè)置有持壓閥，控制并穩(wěn)定系統(tǒng)的運(yùn)行壓力；冬季空調(diào)熱水系統(tǒng)為閉式循環(huán)系統(tǒng)，其系統(tǒng)補(bǔ)水和定壓由站內(nèi)的落地式隔膜膨脹裝置完成；空調(diào)蓄冷系統(tǒng)（乙二醇水溶液系統(tǒng)）為閉式循環(huán)系統(tǒng)，其補(bǔ)液和定壓由該系統(tǒng)的落地式隔膜膨脹裝置提供。

空調(diào)系統(tǒng)補(bǔ)水由經(jīng)過(guò)軟化處理后的軟水箱提供；蓄冷系統(tǒng)的排（泄）液和補(bǔ)液均由儲(chǔ)液箱完成。

為減少蓄冰槽內(nèi)各種藻類對(duì)傳熱的影響和有效減少水系統(tǒng)管路的腐蝕，在空調(diào)水系統(tǒng)中設(shè)置有自動(dòng)加藥裝置。

蓄冷系統(tǒng)控制方法為：設(shè)計(jì)日負(fù)荷工況采用主機(jī)優(yōu)先的運(yùn)行策略；非設(shè)計(jì)日負(fù)荷工況條件下，在保證全天供冷溫度滿足要求的前提下，采用融冰優(yōu)先的運(yùn)行優(yōu)化控制策略方式。

②制冷、供熱工藝系統(tǒng)

本項(xiàng)目制冷、供熱工藝系統(tǒng)原理圖見圖1，整個(gè)空調(diào)水系統(tǒng)管網(wǎng)原理圖見圖2。

4.制冷站現(xiàn)場(chǎng)及測(cè)試

（1）項(xiàng)目測(cè)試

2012年7月6日早上9：00僅開啟雙工況機(jī)時(shí)，制冷系統(tǒng)測(cè)試拆分能耗見圖3；2012年7月18日下午14：00聯(lián)合供冷時(shí)，制冷系統(tǒng)測(cè)試拆分能耗見圖4；2013年7月3日10點(diǎn)聯(lián)合供冷時(shí)，制冷系統(tǒng)測(cè)試拆分能耗見圖5。

從圖3～5可看出：制冷能耗占總量的63%～76%，制冷泵能耗占16%～23%（其中冷凍泵9%～12%，乙二醇泵7%～11%），冷卻能耗占8%～16%（其中冷卻6%～13%，冷卻塔2%～3%）?？照{(diào)（冷凍水）輸送能耗平均小于20%的比例，說(shuō)明輸配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用合理有效。

（2）T2、T3A空調(diào)電耗測(cè)試對(duì)比

對(duì)于同屬于西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的T2和T3A航站樓，由于功能和制冷（T3A為外融冰，T2為內(nèi)融冰）供熱方式相近，經(jīng)設(shè)計(jì)理論計(jì)算分析其單位面積冷熱負(fù)荷相差不大，其運(yùn)行能耗可進(jìn)行橫向?qū)Ρ?。T3A航站樓采用溫濕度獨(dú)立控制的新型空調(diào)系統(tǒng)，T2航站樓采用噴口側(cè)送的常規(guī)空調(diào)方式，自2012年5月投入運(yùn)行以來(lái)，以T2、T3A航站樓的實(shí)際運(yùn)行電耗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，給出航站樓空調(diào)系統(tǒng)單位面積年運(yùn)行能耗結(jié)果，對(duì)比不同空調(diào)系統(tǒng)方式帶來(lái)的運(yùn)行能耗差異。2013年，T3A航站樓單位面積空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗55.4kWh/m2，相應(yīng)的T2航站樓92.5kWh/m2，T3A與T2航站樓相比，系統(tǒng)能耗降低幅度約為39%。

5.設(shè)計(jì)體會(huì)及總結(jié)

本項(xiàng)目已完整運(yùn)行三年，從前期的設(shè)計(jì)到后期的運(yùn)行測(cè)試，對(duì)此類型項(xiàng)目的實(shí)施也有所感悟，現(xiàn)將本人的體會(huì)和總結(jié)歸納如下：

此項(xiàng)目作為一個(gè)工藝性極強(qiáng)的建筑，榮獲了多項(xiàng)獎(jiǎng)且常作為一個(gè)建筑作品展示，說(shuō)明只要建筑師和工藝設(shè)計(jì)師一條心，積極配合協(xié)作就能做好，該項(xiàng)目為此起到了積極的示范作用。

設(shè)計(jì)師應(yīng)將大型動(dòng)力站在維護(hù)保養(yǎng)空間、設(shè)備用房配置以及人員工作環(huán)境等方面按動(dòng)力保障車間考慮，不能按一般建筑物的空調(diào)設(shè)備用房考慮，其二者有實(shí)質(zhì)的差別。

區(qū)域能源站特別是空調(diào)制冷站，設(shè)計(jì)中不但要考慮制冷效率，更主要還應(yīng)該考慮空調(diào)制冷系統(tǒng)的綜合能效，特別是水系統(tǒng)輸送能耗。當(dāng)?shù)赜蟹骞入妰r(jià)政策的區(qū)域制冷站，采用冰蓄冷空調(diào)方式以及多級(jí)泵輸配形式等，將是提高制冷系統(tǒng)綜合能效較好的措施，好的系統(tǒng)是設(shè)計(jì)出來(lái)的不是調(diào)試出來(lái)的。制冷系統(tǒng)綜合能效提高了，反對(duì)區(qū)域能源的人也就少了。

外融冰直供式在國(guó)外區(qū)域供冷和我國(guó)供熱（常壓鍋爐用于多層供暖）領(lǐng)域是一個(gè)成熟技術(shù)，在國(guó)內(nèi)區(qū)域供冷屬首例。項(xiàng)目應(yīng)用顯示，該形式與常規(guī)間接方式相比，節(jié)省投資400～500萬(wàn)元，降低系統(tǒng)阻力30mH2O，提高輸送溫差1.5℃以上。

區(qū)域能源站運(yùn)行后，一定要進(jìn)行測(cè)試，以利于項(xiàng)目總結(jié)和外界了解。在蓄冷項(xiàng)目中一般能耗較低的冷價(jià)在0.3元/kwh以下，而經(jīng)常有些設(shè)計(jì)師給用戶提供的冷價(jià)在0.5～0.8元/kwh，致使行業(yè)內(nèi)一些人反對(duì)冰蓄冷，因?yàn)榧泄├浔茸越ㄟ\(yùn)行費(fèi)用要高。設(shè)計(jì)中提高制冷系統(tǒng)綜合能效和運(yùn)行測(cè)試優(yōu)化系統(tǒng)性能從而降低冷，以及運(yùn)行測(cè)試了解實(shí)際能耗就顯得極為重要。

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)因系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)試工作量大，同時(shí)，為降低運(yùn)行費(fèi)用可采用的策略和模式也多，所以挖掘潛力不斷優(yōu)化是必要的。常規(guī)系統(tǒng)因運(yùn)行簡(jiǎn)單同時(shí)節(jié)能潛力也小，故運(yùn)行中再次優(yōu)化的可能性也小。不了解的人認(rèn)為，冰蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜總是調(diào)試不出來(lái)。其實(shí)，國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)近十年的蓄冷項(xiàng)目實(shí)踐，系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試已不成問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：趙靜）