上海保利大剧院冰蓄冷工程综述

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1、冰蓄冷空调技术相对于常规空调技术的不同在于冰蓄冷系统的供冷冷源包 括制冷主机以及冰蓄冷装置。在相同的空调负荷下，冰蓄冷系统有多种设备配置 方案可供选择，在相同的设备配置下，冰蓄冷系统的供冷方式可以通过灵活调整 制冷主机以及蓄冰装置的供冷比例做到千变万化。但万变不离其宗，任何建筑物 都有最适用于其自身的某种冰蓄冷空调系统的最优化集成方案。结合本工程的 建筑功能，将“系统最优化”作为本冰蓄冷中央空调系统集成的逻辑主线并剖析 以上不同的重要命题。1 工程概况本项目为上海保利大剧院蓄能工程系 统，嘉定保利大剧院是由一个 1500 座的大 剧场、一个400 多座的多功能厅、排练厅 车库、公共服务空间、交

2、通服务用房等组 成，建筑主体为一幢100米X100米，高 34.1米的正方形建筑。建筑总面积为54934 平方米（包含建筑地下室面积）；其中地下 20064 平方米；地上34870平方米。系统冷源采用冰蓄冷形式，按分量蓄冰进行设计，可实现双工况主机制冰、 融冰单供冷、主机单供冷、主机与融冰联合供冷等四种工况运行。建筑夏季空调 设计尖峰冷负荷为3730kW，冷冻水 供回水温度6/13C，冰蓄冷系统采 用双工况主机上游的串联形式，蓄冰 装置采用不完全冻结式的蓄冰盘管， 蓄冰容量不低于4140RTh；双工况主 机为2台1200kW螺杆式冷水机组。载冷剂采用浓度为 25%的乙二醇溶 液。乂川嫌希沟氐转

3、住高峰川屯负荷,剧曲竝閒高蜂20-30*AMl2rD0 NOON8;0O PM采用冰蓄冷后全日用电情况柱悅is拎水泵抑风机冰蓄冷技术具有卓越的“移峰填谷”的作用空调系统使用更加灵活，节假日、休息日等小负荷状态下，可融冰供冷，无2 冰蓄冷空调系统简介2.1 冰蓄冷空调系统原理冰蓄冷空调系统是指在夜 间低谷电时段将建筑物所需的 空调冷量全部或者部分以冰的 形式制备并储存起来，在非电 力低谷时段融冰供冷的一种空 调系统。2.2 冰蓄冷技术特点冰蓄冷空调技术之所以得到各国政府以及工程技术界的重视，重要原因之一 是冰蓄冷技术具有卓越的移峰填谷功能，是电力需求侧管理的重要技术手段。冰 蓄冷技术具有以下特点

4、：需开启制冷主机，避免制冷主机低效运行，节能效果明显。蓄冰装置的冰蓄冷量可作为应急冷源，在停电时只需开启水泵即可供冷，提高了空调系统的可靠性。冷冻水温度可降至24C,可实现冷冻水大温差或低温送风，降低水管、风管的口径，降低建筑层高。低温送风技术可降低室内相对湿度，提高空调 舒适性。使空调冷水机组更平稳地运行，更多时间处于满负荷工作状态，提高冷水机 组的利用率和使用寿命。蝕 供冷启动时间短，只需15-20分钟即可达到所需温度,常规系统约需1小时。3 冰蓄冷系统设计要点综述采用分量蓄冰模式设计，合理配置主机容量和蓄冰容量，使系统技术经济性最优；根据不同冰蓄冷工程项目的实际情况，通常有两种蓄冰模式可

5、供 选择，一种称之为全量蓄冰模式，与之相对称之为分量蓄冰模式。RTRT分析：1）全量蓄冰模式与分量蓄冰模式最大的差异在于蓄冰率的高低，全量蓄冰模 式蓄冰率达 100，转移电量最多，运行费用最低，但在制冷机组、蓄冰 装置上投入过多，经过经济比较，投资回收期反而较分量模式长。目前国 内绝大多数冰蓄冷工程项目均采用分量蓄冰模式。2）由于全年空调负荷存在不均衡性，在负荷逐渐下降时，分量蓄冰系统的蓄 冰率会逐渐上升，避免了全量蓄冰模式在部分负荷下系统设备闲置过多的 问题。I采用制冷主机上游、蓄冰盘管下游的单级泵串联系统流程，本系统形式效率高、控制简单可靠、使用灵活。该系统流程在全球数千工程实例中已经得到

6、了应用；冷冻水供回水温度为6/13C，温差为7C,大温差运行，减少末端能耗;采用的双工况主机为2台1200kW螺杆式冷水机组；%蓄冰盘管蓄冰能力不小于4140RTh。冰蓄冷主机上游单级泵串联流程示意图1 双工况制冷主机 2 蓄冰装置 3 供冷板式换热器 4 乙二醇泵5 冷冻水泵6 温度传感器 7 电动调节阀4 空调负荷分布4.1 夏季设计日空调冷负荷分布表根据经验，计算得出逐时负荷如下表所示时段逐时负荷（KW）时段逐时负荷（KW）8:00-9:00115816:00-17:0022709:00-10:00115417:00-18:00252710:00-11:00118918:00-19:00

7、373011:00-12:00137619:00-20:00370412:00-13:00143720:00-21:00370013:00-14:00145021:00-22:00360014:00-15:00127822:00-23:00015:00-16:00127823:00-24:000总计298514.2 夏季设计日逐时空调负荷分布图寸亍09E7 7o9a aoom TWO9O OTOOOT GT69C0T 00160 匸 0TO99T 9Io9LnT LnToG 寸 T 寸 TO9ET ETOO&T ZTO9TT TTogT OTOOO G69CO 00602 soi 叩09b 2

8、0 叩00凡 亍 09T Teg40003500300025002000150010005005 系统主要设备优化选型计算5.1 制冷主机由于本项目选用分量蓄冰，根据设计日的逐时负荷，按主机优先模式，采用 的双工况主机为 2 台空调工况下制冷量为 1200kW 的螺杆式冷水机组，其制冰工 况下制冷量为 820kW。主机进出口温度核算： 双工况主机的入口温度即板式换热器乙二醇侧的出口温度越高，则双工况主 机的制冷效率越高，本工程双工况主机的入口温度取11.5C，高于常规冰蓄冷 系统的11.0C，故双工况主机在空调工况下的效率增加约1.5%。双工况主机的出口温度与乙二醇系统的流量关系密切，乙二醇溶

9、液的循环量 以尖峰负荷计算：双工况主机和蓄冰装置联合供冷的最大供冷量为3730KW，板 换按该冷量与供回水温差（3.5C供/11.5C回）配置，则每台乙二醇泵的流量需 200m3/h，考虑到乙二醇溶液的比热后取1.09的系数，则每台乙二醇泵的循环水 量取约 220m3/h。如果双工况主机的制冷量为1200kW,根据乙二醇溶液流量，联合供冷模式 下，计算此时双工况主机的温差为5.15C，双工况主机的出口温度为6.35C， 进口温度为11.5C。实际上双工况主机的制冷量、双工况主机的进出温度、板式换热器的进出温 度、板式换热器的换热量（一般情况下是系统供冷量，但板式换热器的换热量还 需考虑适当的设

10、计余量）之间是相当紧密的，在设计参数时需反复核算以选取最 佳流量与温度参数。5.2 蓄冰装置蓄冰装置是冰蓄冷系统中重要的核心设备，双工况主机夜间低谷电期间运行 制冰工况时制备的冷量通过载冷剂（通常为 25质量比的乙二醇溶液）在蓄冰 装置内与水发生热交换，水凝结成冰，储存在蓄冰装置内。在白天供冷时，同样 通过载冷剂，在蓄冰装置内与冰发生热交换从而获取冷量，并将冷量通过板式换 热器传递至空调冷冻水。动态薔冰FAFCO完全冻结式 塑料蓄冰盘管Ml ELLER 动态蓄冰BAC钢制 蓄冰盘管完全冻结式蓄冰盘管西亚特冰球蓄冰装置可根 据其制冰机理，分为 动态蓄冰（美国 MUELLER ）和静态蓄 冰，国内

11、绝大多数冰 蓄冷工程均采用简 单可靠的静态蓄冰， 与之相 适应的蓄 冰 装置可分为封装式 蓄冰装置和盘管式 蓄冰装置。封装式蓄 冰装置以杭州华电 华源公司的双金属蕊芯冰球、西亚特 cristopia 冰球和广州贝龙环保的 HDPE 冰 球为代表，盘管式蓄冰装置根据内部换热结构的不同，可分为完全冻结式蓄冰盘 管和不完全冻结式蓄冰盘管。完全冻结式蓄冰盘管以美国高灵（CALMAC）、美国 发福克（FAFCO）和广州贝龙环保的塑料盘管为代表。不完全冻结式盘管则以杭 州华电华源的“源牌”纳米复合导热蓄冰盘管、美国益美高（EVAPC0）、美国BAC 为代表。蓄冰装置的优劣直接关系到冰蓄冷系统能否实现设计目

12、标，对于面积较大的 集中式供冷中央空调，要求稳定的低的融冰出口温度，对蓄冰装置的制冰性能、 融冰性能和融冰率提出了较高的要求。因此所选用的蓄冰装置须达到如下要求：较高的制冰温度，保证制冰时具有较高的制冷主机运行效率稳定的出口温度，且温度需能达到较低的水平融冰末期的温度必须稳定，确保供水温度不会上升，满足空调系统的供冷需求高的融冰率，保证所蓄冷量能够利用本工程设计总潜热蓄冰量不小于4140RTh；选择单台蓄冰量为828 RTh的不 完全冻结式内融冰蓄冰装置5台。本工程采用源牌纳米导热复合盘管，技术上与钢制蓄冰盘管相比，还具有以 下特点：总1特殊的管材：采用具有发明专利产品纳米聚合物基高分子复合导

13、热材料（专 利号:ZL021124817）,在充分保证导热性能的提前下又能彻底杜绝腐蚀隐患, 而钢制盘管容易腐蚀；同时钢制盘管变形能力差，延伸率小，如果结冰过量， 钢制盘管将容易破裂泄漏。更大的换热面积：源牌纳米导热复合盘管的换热面积比钢制盘管增加80-100%的换热面积（盘管密度大）,故结冰厚度相对较薄,制冷主机运行效率咼（制冰完成温度一般较钢盘管咼1C左右，主机效率大大提咼）； 重量轻、施工方便、承重要求低；设备检修方便：源牌纳米导热复合盘管的集管在蓄冰装置的顶部,从而带来 方便的维修性,而钢制盘管的集管均在蓄冰槽内,故每套蓄冰槽的端部区域必须 预留约600mm的检修空间与相应的人孔，否则

14、就缺少了相应的维修空间。1由于源牌纳米导热复合盘管彻底杜绝了腐蚀隐患，故盘管的正常使用寿命大 大咼于钢制盘管。源牌纳米导热复合盘管广泛应用于各大冰蓄冷工程中：如杭州市民中心、上 海世博中心、同济大学、可口可乐等100余个工程项目。针对本工程的实际应用状况，实现同程的关键因素为与蓄冰盘管相连的管道管长，采用了 REVERSE RETURN （同程接管）的方式进行5台装置的接管。根据机房现场实际情况，将 5 台蓄冰装置一字排开，在每组蓄冰盘管以内， 均采用同程接管，保证每台盘管之间流量分配的均衡性。5.3 水泵名称介质流量m3/h扬程mHO2工作压 力MPa转速rpm水泵型 式数量备注乙二醇循 环

15、泵25% 乙二 醇溶液220381.01450卧式离 心式3台2用1备 变频冷却水泵水270281.61450卧式离 心式3台2用1备卧式离2用1备冷冻水泵水230321.61450心式3台变频1）乙二醇泵乙二醇泵共选用 3 台，2 用 1 备，乙二醇泵必须满足冰蓄冷系统主机制冰、 融冰单供冷、联合供冷、主机单供冷等 4 个工况的要求。a. 当乙二醇泵运行在“主机单独制冰模式”时，流量按主机制冰容量820kW 与供回水温差（约3.5C）配置，则每台乙二醇泵的流量取200m3/h,考虑到乙二 醇溶液的比热后取1.09的系数，则每台乙二醇泵的流量取220m3/h,扬程取26m。b. 当乙二醇泵运行在“主机单供冷模式”（该模式是非标准模式）时，流量 按主机制冷容量约1150kW与供回水温差（约5C供/10.15C回）配置，则每台乙 二醇泵的流量取192m3/h，考虑到乙二醇溶液的比热后