办公暖通系统冰蓄冷设计方案案例

办公暖通系统冰蓄冷设计方案案例在现代办公建筑中，暖通空调系统（HVAC）的能耗占比通常较高，如何在保证舒适环境的前提下实现节能降耗，是业主和设计方共同关注的核心议题。冰蓄冷技术作为一种成熟的移峰填谷、平衡电网负荷、降低运行成本的有效手段，在办公建筑中的应用日益广泛。本文将结合一个实际办公大楼的案例，详细阐述冰蓄冷系统在办公暖通设计中的应用思路、关键技术要点及实施效果，以期为类似项目提供借鉴。一、项目概况与需求分析本案例为一栋位于国内某一线城市的甲级写字楼，总建筑面积约数万平方米，地上二十余层，地下三层，主要功能为办公及配套商业。建筑高度约百米，标准层面积较大，采用中央空调系统满足夏季供冷、冬季供暖及全年通风需求。1.1负荷特性分析办公建筑的冷负荷具有显著的时间分布特性。工作日白天（尤其是上午十点至下午四点）为用电高峰期，空调冷负荷达到峰值；而夜间及节假日负荷则较低。夏季设计日冷负荷指标经计算约为每平方米数百瓦，总冷负荷及峰值冷负荷根据建筑规模和功能区分布有所不同。冬季供暖负荷相对稳定，但本案例重点阐述夏季冰蓄冷系统设计。1.2业主核心需求*运行经济性：希望通过优化空调系统设计，有效降低夏季空调高峰期的电费支出。该地区实行峰谷分时电价政策，峰谷电价差显著。*系统可靠性：确保在极端高温天气或电网突发状况下，空调系统仍能稳定运行，保障办公环境。*响应速度：空调系统需能快速响应负荷变化，尤其在上班前能迅速将室内温度降至设定值。*绿色环保：响应国家节能减排号召，减少建筑整体能耗和碳排放。二、设计方案详述基于项目的负荷特性和业主需求，经过技术经济比较，本项目最终确定采用“部分蓄冷”的冰蓄冷空调系统方案。2.1方案选择：为何是部分蓄冷？冰蓄冷系统主要有“全蓄冷”和“部分蓄冷”两种模式。全蓄冷模式通常在夜间电力低谷时段将全天所需冷量全部制备并储存，白天仅依靠蓄冷装置供冷，可完全避开峰电，但需要较大的蓄冰装置容积和较高的初投资。部分蓄冷模式则是在夜间低谷时段制备部分冷量储存，白天用电高峰时段，由蓄冰装置释放冷量与制冷主机联合供冷，或在尖峰时段由蓄冰装置单独供冷，从而减少高峰时段的主机运行负荷和用电量。考虑到本项目办公时间固定，白天冷负荷持续时间较长，且完全避开峰电所需的蓄冰容量过大，初投资回收周期较长。部分蓄冷模式能够更好地平衡初投资和运行费用，在用电高峰时段（尤其是尖峰时段）削减空调用电负荷，充分利用低谷电价，经济效益更为显著，因此为本项目的首选。2.2系统形式确定本项目采用“乙二醇水溶液载冷剂系统，内融冰式蓄冰装置，并联部分蓄冷”系统形式。*载冷剂：采用乙二醇水溶液作为载冷剂，在制冷主机、蓄冰装置和空调末端之间循环，传递冷量。*蓄冰装置：选用内融冰式蓄冰盘管（或蓄冰槽），其特点是融冰速度快，能较好地满足空调系统对冷量的快速响应需求，且蓄冰率较高，结构紧凑。*连接方式：制冷主机与蓄冰装置采用并联连接。这种方式灵活度高，可实现多种运行模式切换，如主机单独供冷、蓄冰装置单独供冷、主机与蓄冰装置联合供冷、主机融冰供冷（即制冰同时供冷）等。2.3关键设计参数确定*蓄冷率（IPF）：即蓄冷系统在设计日所提供的蓄冷量占日总冷负荷的百分比。结合当地峰谷电价结构、主机效率及蓄冰装置成本，本项目设定蓄冷率为某合理比例，旨在最大限度降低运行费用。*制冷主机与蓄冰装置容量匹配：*双工况制冷主机：选用螺杆式双工况冷水机组，既能在基载工况（常规制冷）下运行，提供较高温度的冷冻水（如7℃），也能在蓄冰工况下运行，提供更低温度的乙二醇溶液（如-5℃至-6℃）用于制冰。主机容量的选择需兼顾基载供冷和蓄冰需求。*蓄冰装置容量：根据设计日所需的蓄冷量和所选蓄冰装置的单位蓄冷量（如每立方米蓄冰装置可提供的冷量）进行计算确定。2.4系统流程与主要设备*制冰工况：夜间低谷电价时段，双工况主机运行在蓄冰模式，制取低温乙二醇溶液。溶液进入蓄冰装置，在盘管外或槽内进行热交换，使盘管外或槽内的水结成冰。制冰完成后，主机停机或转为小负荷维持。*供冷工况：*主机单独供冷：非高峰时段，若主机容量足以满足当前负荷，可切换为主机单独供冷，如同常规空调系统。*蓄冰装置单独供冷：用电尖峰时段或主机故障时，启动蓄冰装置融冰供冷。高温乙二醇溶液流经蓄冰装置内的盘管，吸收冰层的冷量，温度降低后送往空调末端。*联合供冷：高峰时段，主机按设定负荷运行，同时蓄冰装置融冰释放冷量，共同满足空调负荷需求，此时主机可运行在高效区间，或仅承担部分负荷以避开高电价。*主要设备：双工况冷水机组、内融冰式蓄冰装置、板式换热器（用于乙二醇溶液与空调冷冻水的换热，避免乙二醇进入末端设备）、乙二醇循环泵、冷冻水循环泵、冷却塔及相关阀门、自控系统等。2.5控制策略冰蓄冷系统的高效运行高度依赖于先进可靠的自动控制系统。其核心控制目标是：在保证空调效果的前提下，最大限度地利用低谷电价制冰，最大限度地在高峰时段使用蓄存的冷量，最小化高峰时段的电费支出。*优化控制：根据预测的日冷负荷曲线、分时电价政策、蓄冰装置的蓄冰量，自动优化制定当日的制冰计划和供冷策略。*模式切换：系统根据实时负荷、设定温度、时间等参数，自动切换制冰、融冰、主机单独、蓄冰单独或联合供冷等运行模式。*安全保护：具备对主机、水泵、蓄冰装置等设备的过载、超压、低温保护等功能。三、实施效果与分析本办公大楼冰蓄冷系统投入运行后，经过一个完整夏季的实际检验，取得了预期的效果。3.1运行成本显著降低通过利用夜间低谷电价制冰，在白天高峰及尖峰时段释放冷量，有效降低了空调系统在高电价时段的用电量。据统计，夏季空调电费较传统空调系统有明显下降，预计数年内可收回因采用冰蓄冷技术而增加的初投资。峰谷电价差越大，节能效益越显著。3.2系统运行稳定可靠蓄冰装置作为冷量的“蓄水池”，不仅起到了移峰填谷的作用，也增强了系统的应急保障能力。在极端高温天气或短暂停电后恢复供电时，系统能够快速启动，保障了办公环境的舒适性和连续性。3.3社会效益良好该项目的实施，减少了电网高峰时段的用电压力，对改善区域电网负荷特性、促进可再生能源消纳具有积极意义，符合国家绿色低碳发展战略，提升了建筑的社会形象。3.4设计优化点回顾*负荷预测的准确性：前期对建筑负荷的精确计算和分析是方案成功的基础，直接影响蓄冷率设定和设备选型。*设备选型的匹配性：双工况主机与蓄冰装置的容量匹配、水泵扬程流量的选取，均需经过详细的水力计算和热力计算，确保系统高效协同运行。*控制系统的先进性：优秀的控制算法是冰蓄冷系统“智慧”运行的大脑，能够根据实际情况动态调整策略，实现真正的经济运行。四、经验总结与展望本办公暖通系统冰蓄冷设计方案的成功实施，证明了冰蓄冷技术在大型办公建筑中应用的可行性和经济性。其核心在于充分利用峰谷电价差，通过科学的系统设计和精细化的运行管理，实现经济效益和社会效益的双赢。经验总结：1.前期论证充分：需结合项目所在地的电价政策、建筑负荷特性、初投资预算等进行全面的技术经济比较，选择最适合的蓄冷策略和系统形式。2.专业团队协作：冰蓄冷系统设计涉及制冷、暖通、电气、自控等多个专业，需要各专业紧密配合，协同优化。3.关注细节设计：如乙二醇溶液的浓度控制、系统的保冷与防冻、融冰速率的控制、与消防系统的协调等细节，均需审慎考虑。4.重视运行维护：制定完善的运行维护规程，对操作人员进行专业培训，确保系统长期稳定高效运行。展望：随着能源政策的不断优化和储能技术的持续发展，冰蓄冷技术在办公建筑乃至更广泛的公共建筑领域将拥有更广阔的应用前景。未来，结合智慧能