南昌地鐵大廈冰蓄冷空調(diào)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

文／趙暉 江西同濟(jì)建筑設(shè)計咨詢有限公司 江西南昌 330077

1、工程概況

南昌地鐵大廈是一棟包含軌道交通指揮控制中心系統(tǒng)用房、會議及甲級標(biāo)準(zhǔn)辦公寫字樓的綜合建筑，屬超高層，建筑總高度為189米，總建筑面積約為13萬平米。整棟建筑地上共計45層（包括避難層及屋頂機房層），地下3層，裙房5層，主樓共40層（計避難層及屋頂機房層），三層地下室均為汽車庫和設(shè)備用房（地下三層局部戰(zhàn)時為人防物資庫）；一層西北角設(shè)為控制中心的門廳，二、三、四層和五層部分用房為控制中心用房，地下二層設(shè)有控制中心的設(shè)備用房，控制中心建筑面積總計20800平方米左右。6-45層塔樓包括標(biāo)準(zhǔn)辦公樓、廚房、餐廳。

2、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 室內(nèi)設(shè)計計算參數(shù)

表1

2.2 辦公主樓的空調(diào)系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)層辦公位于地鐵大廈的六至四十五層，建筑面積約為8萬平米，空調(diào)總冷負(fù)荷約9500 kW，冬季空調(diào)總熱負(fù)荷為7500kw。本工程辦公主樓的空調(diào)冷源采用冰蓄冷系統(tǒng)。本工程機房按冰蓄冷空調(diào)分量蓄冰模式設(shè)計，雙工況主機和盤管為串聯(lián)方式，主機位于盤管上游?？照{(diào)系統(tǒng)需配備額定空調(diào)工況制冷量為3067kw (制冰工況為2035kw)的雙工況冷水機組2臺，另配備額定空調(diào)工況制冷量1037kw的常規(guī)螺桿機組一臺。1臺基載制冷主機與2臺雙工況主機、蓄冰裝置、板式換熱器、乙二醇泵等設(shè)備組成冰蓄冷系統(tǒng)。冰蓄冷系統(tǒng)可以按以下5種工作模式進(jìn)行：a.雙工況主機制冰基載主機供冷模式；b.雙工況主機單獨制冰模式；c.主機與蓄冰裝置聯(lián)合供冷模式；d.融冰單獨供冷模式；e.主機單獨供冷模式【1】。考慮到控制中心空調(diào)系統(tǒng)運行的安全可靠性，利用辦公主樓的冰蓄冷裝置作為備用冷源。系統(tǒng)原理圖見圖1。

圖1 地鐵大廈辦公主樓冰蓄冷空調(diào)冷水系統(tǒng)原理圖

本工程標(biāo)準(zhǔn)層辦公樓的冬季空調(diào)總熱負(fù)荷為7500kw.選用3臺燃?xì)庹婵諢崴仩t，每臺2500kw,氣源為天然氣，天然氣用量210Nm3/h。真空熱水鍋爐的進(jìn)、出水溫度為50/60℃。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)層辦公的空調(diào)水系統(tǒng)

根據(jù)業(yè)主使用樓層情況，考慮大樓功能、用戶單元劃分、計量、管理等綜合因素。大樓空調(diào)水系統(tǒng)采用四管制異程式系統(tǒng)，分為3個區(qū)，1～17層為低區(qū)，19～33層為中區(qū)，35～45層為高區(qū)，高、中區(qū)的冷熱水由板式換熱器換熱提供，熱水換熱機房設(shè)于18層（第二避難層）。冷水換熱一次側(cè)供回水溫度5/12℃，二次側(cè)供回水溫度6.5/13.5℃；熱水換熱一次側(cè)供回水溫度60/50℃，二次側(cè)供回水溫度58/48℃。

3、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

（1）標(biāo)準(zhǔn)層辦公位于地鐵大廈的六至四十五層，建筑面積約為8萬平米，空調(diào)總冷負(fù)荷約9500 kW，冬季空調(diào)總熱負(fù)荷為7500kw。夏季空調(diào)設(shè)計日逐時冷負(fù)荷圖如下圖2所示【2】：

圖2 設(shè)計日逐時負(fù)荷

（2）冰蓄冷機房的運行策略：根據(jù)南昌市峰谷電價政策：低谷時段為23:00～次日5:00，電價為0.4元/kW.h，尖峰時段為17:00～23:00，電價為1.2元/kW.h，其余為平段時間，電價為0.8元/kW.h.。盡量利用低谷低價蓄冷，白天融冰供冷，盡量減少白天高峰時期的用電量，蓄能機房在100%負(fù)荷下的運行策略見下圖3：

圖3 100%負(fù)荷設(shè)計日運行策略

（3）機房初投資比較

1）冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的初投資

冰蓄冷系統(tǒng)采用制冷主機優(yōu)先運行的部分負(fù)荷冰蓄冷策略，設(shè)備選型及初期投資費用詳見下表2：

表2

2）常規(guī)電制冷冷水機組中央空調(diào)系統(tǒng)

表3

（4）空調(diào)冷熱源運行費用比較

1）冰蓄冷空調(diào)日運行費用計算：

a) 100%負(fù)荷設(shè)計日運行費16410元/天：根據(jù)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)100%負(fù)荷運行策略計算，

b) 75%負(fù)荷設(shè)計日運行費11307元/天：根據(jù)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)75%負(fù)荷運行策略計算

c) 50%負(fù)荷設(shè)計日運行費9025元/天：根據(jù)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)50%負(fù)荷運行策略計算

d) 25%負(fù)荷設(shè)計日運行費5070元/天：根據(jù)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)25%負(fù)荷運行策略計算

注：按總供冷天數(shù)為150天考慮。

表4

2）常規(guī)電制冷日運行費用計算：

a) 100%負(fù)荷設(shè)計日運行費24870元/天：具體計算結(jié)果詳見表5：

表5

b) 75%負(fù)荷設(shè)計日運行費16911元/天：

c) 50%負(fù)荷設(shè)計日運行費11191元/天：

d) 25%負(fù)荷設(shè)計日運行費5086元/天：

（5）兩種方案初投資和運行費用比較

見表6

表6

結(jié)語：

采用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，利用峰谷荷電價差，平衡電網(wǎng)負(fù)荷，大大減少空調(diào)年運行費，綜合初投資比常規(guī)冷水機組系統(tǒng)略高，但冰蓄冷機房的年運行費用比常規(guī)電制冷冷水機組低69.6萬，約4.6年即可回收成本，長期的綜合效益非常顯著。