外融冰-冰蓄冷为冷源的区域供冷系统

外融冰-冰蓄冷为冷源的区域供冷系统

北京工业大学赵建成牛利敏

城市建设研究院许文发

摘要本文讨论了区域供冷系统的概念，整体设计思想，以冰蓄冷为冷源区域供冷系统的现状，着重介绍了美国在这一领域发展情况，介绍了北京中关村制冷站的工艺

设计流程、外融冰冰蓄冷系统的特点与控制策略。外融冰-冰蓄冷为冷源的区域

供冷系统在国内首次实施应用，对我国的区域供冷和冰蓄冷技术会有很大的推进

作用。

关键词冰蓄冷外融冰双蒸发器双工况1.1℃空调冷冻水区域供冷

1区域供冷系统

区域供冷可以定义为：由一个或多个制冷站生产空调用冷水，由连接制冷站和各建筑的管网向该区域各类建筑输送空调冷水的系统。冷水的生产可以采用电驱动或蒸汽驱动的冷水机组，也可采用以燃气轮机或燃气锅炉排气为能源的吸收式冷水机组，如何规划设计将因区域内建筑物种类和功能及冷负荷等具体因素而确定。为达到最大的有效性和可靠性，所有区域供冷机房将相互联结。

商业区内的区域供冷系统的优点是不言而喻的，因为商业建筑群空调具有如下特点：

（1）白天使用系数高，与供电高峰时间一致；（2）由于建筑群的多样性，如办公楼与影剧院商场等高峰负荷时间的不同时性，导致总体负荷系数低，一般同时使用系数可达0.5~0.7；（3）空调负荷较大。商业建筑群的多样性与空调负荷特性，非常适合建造以冰蓄冷为冷源的区域供冷系统，规模效应会使其初投资低于每一业主单独设置制冷机

房，减少设备总的装机容量，减少分散到各单体建筑的制冷设备用房面积和配套的变配电等设施的用房面积，可为业主提供更多的供出租面积。冷站集中建造、选用大型优质的高效制冷设备、采用冰蓄冷技术、充分利用峰谷电价差使运行费用减少、采用自学习的省钱控制程序进行全自动控制等技术，使以冰蓄冷为冷源的区域供冷技术具有非常强的竞争力。

2 区域供冷的现状

20世纪30年代美国在负荷集中间歇供冷的场所，应用冰蓄冷技术旨在减少制冷机的装机容量和制冷设备的投资费用。70年代世界范围内能源危机，美国电力部门限制高峰负荷用电量，客户用电超过峰值限量部分电价为惩罚电价，为此各种削峰的办法应运而生，如蒸汽为动力的吸收式制冷，燃气轮机直接拖动制冷机或自备燃气燃油发电机，而空调蓄冷技术作为电力负荷的调峰最有力手段，再度崛起，并广泛应用在建筑物空调系统中，约有4000多个蓄冷系统在运行。

90年代以前，所建的蓄冷站多为单一建筑空调服务小型蓄冷站或为大学校区、医疗中心和政府建筑群所建造较大的蓄冷站，但并没有区域供冷的概念。

从90年代初到现在，由于市场的需求因素和市场供应侧的因素，区域供冷系统发展迅速。推动这种需求的主要因素有以下几个方面，商用空调系统中广泛使用氯氟甲烷冷媒的限制使用、现有供冷设备的老化、降低新建大楼的投资、以及大多数美国公司趋向于外购非核心业务的相关服务，这些因素促使建筑业乐于接受区域供冷的概念。另一方面，新的风险投资增长迅速，促使公共事业服务商和电力公司多元化供应以及区域能源供应商，考虑开发区域供冷系统，为城市中心商业区建筑提供供冷服务，由于多种综合因素影响所致，目前在美国有几十个大型的商业化区域供冷系统在运行。如芝加哥的区

域冷站总峰值负荷97428冷吨，蓄冰容量309400吨时，削峰电量35900千瓦，所服务的区域供冷系统总冷量为200000冷吨。区域供冷系统由四个冷站组成，其中芝加哥商业大厦二号冷站,峰值冷量29578冷吨，蓄冰装置的蓄冷容量125000冷吨时，削峰电量13200千瓦。在马来西亚Cyberjaya多媒体超级走廊镇区内一著名高科技园区将采用带热电联产的商业性区域供冷系统，总供冷量352MW（10万冷吨），将成为马来西亚最大的区域供冷系统。机房内设置燃气轮机、热回收式蒸汽发生装置、电驱动冷水机组、吸收式冷水机组及冰蓄冷，预计将于2012年全部竣工。地下保温冷水管道设计总长为80km，机房将根据开发区内冷水需求情况进行模块化建造，与区内50多幢建筑连接。目前，一期工程已竣工，供应空调用冷水给园区内著名的日本NTT、马来西亚电信、OFFICE PARK及几家跨国家公司所在建筑。为使机房运行费用达到最小，区域供冷系统一期工程选用冰蓄冷，以利用当地电力部门提供的廉价电力。该项目基于BOOT概念建造，建筑业主将与区域供冷开发商协商，并以商定价格向后者购买20年的空调用冷水。每幢建筑均装设特定的冷水计量表，监测用户的冷水月用量，同时将水压、水温等数据通过专用通讯线实时传输到区域供冷系统主控制中心，每一用户的冷水月用量最终将发布在互联网上供校对。

3 中关村区域冷站外融冰蓄冷系统

3.1 冰蓄冷系统设计

一期冷站主要为地下空间140000平方米、21号地建筑面积110000平方米和25号地120000平方米供空调冷水。设计日总冷量为523155KWH，蓄冷量总计100451KWH。空调峰值负荷41710KW，夜间谷值最小负荷2600KW。

冷站的冰蓄冷流程采用主机上游的串联循环回路方式，系统可按4种工作模式运

行，（1）主机独立供冷（2）主机单独制冰（3）主机与融冰释冷联合运行（4）融冰释冷联合运行。白天供冷时，12.2℃一次水回水进入制冷状态的蒸发器，任一台或多台，温度降至4.4℃，再进入蓄冰槽融冰释冷，供二级开发商1.1℃空调冷冻水。夜间谷电时间段，两台螺杆式压缩机制冰，基载压缩机工作，提供夜间空调负荷冷水。系统流程见附图1。

3. 3 系统特点与控制策略

3.3.1 系统特点冷站的主要技术特点如下：（1）双蒸发器技术，白天制冷时可提高效率2-3% ，制冷与制冰模式转换控制简便，制冰时也能保持较高COP值（2）冷站设计采用盘管外融冰的蓄冰方式，蓄冰盘管浸在蓄冰槽内，为使融冰均匀，在每组盘管底部设置压缩空气管道，融冰时压缩空气所产生的气泡由底部向上流动，冰层周边的水与其它部位的水充分混合，保证融冰速率快和低温供水稳定，BAC盘管外融冰供水温度实

测值见图2，实测数据表明这种外融冰的供水温度低于设计值，实测的是BAC生产的整体组装得蓄冰槽，安装在室外，而中关村的蓄冰槽在地下二层，供水温度受外界影响更小，供水温度会更稳定，这种系统在国内也是首次建造。（3）1.1℃的冷冻水可保证二次水的供水温度为2.2℃，而2.2℃的低温供水则能实现大温差低温空调送风。这种空调方式20世纪80年代在美国出现，美国HC.Yu于1983年称之为（超冷风）系统。一般认为送风温度4.4℃~10.0℃可认为是超冷风，在这

种系统中送风温差约比常规大70%，送风量可减少40%。因此，空气处理机、末端送风装置、风管与管路上的各种阀件的尺寸都减少很多。同时，冷冻水侧由于供回水温差增大，水泵与

管道及阀件都比常规的小很多。这既可节省购买与建造的费用又可降低对建筑物空间的