上海保利大剧院冰蓄冷工程

上海保利大剧院冰蓄冷工程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、交通服务用房等组

成，建筑主体为一幢100米×100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6/13℃，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。

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：

冰蓄冷技术具有卓越的“移峰填谷”的作用

平衡电网昼夜峰谷电力负荷，

减缓电厂建设，提高火电厂发电效

率。

减少制冷主机容量，减少空调

系统电力工程贴费及配电设施费

用。

合理利用峰谷电价差价，显著降低空调系统运行费用。

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2～4℃, 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。

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。

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。

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

得到了应用；

冷冻水供回水温度为6/13℃，温差为7℃,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：

4.2夏季设计日逐时空调负荷分布图

5 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11.5℃，高于常规冰蓄冷系统的11.0℃，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(3.5℃供/11.5℃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5.15℃，双工况主机的出口温度为6.35℃，进口温度为11.5℃。

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。