深圳创智云城冰蓄冷设计分析

李斌

（深圳市建筑设计研究总院有限公司，广东 深圳 518000）

深圳创智云城项目是深圳一座地标性商业综合体（见图1）项目，该项目基本已建成，该项目4标段设计中采用了冰蓄冷技术，本文对6A、6B栋塔楼进行设计，对运行策略进行分析研究。

1 项目概况

1.1 建筑概况

工程位于深圳市，创智云城项目4标段项目，内设研发用房（办公）、商业、宴会厅、电影院、地下停车库等。其总用地面积约14581.30m2，总建筑面积约286580m2，空调面积约146345m2。本建筑物地面由3栋单体建筑组成，地下室3层。地下部分建筑面积约36800m2。地上部分建筑面积约249780m2，6A栋为57层，建筑高度为244.6m：6B栋为48层、建筑高度为207.4m；6C栋为13层，建筑高度为53.9m。其中6A栋。6B栋为超高层，6A座避难层为12层、27层及43层：6B栋避难层为15层、27层及39层。均系一类公共建统、新建工程。

1.2 空调负荷分析

该项目尖峰总冷负荷为20447kW（5814RT），设计日总冷负荷为243283kW·h（69173RT·h）。设计日总蓄冰量为73154kW·h（20800RT·h），空调负荷见表1、图2。

表1 空调冷负荷

本项目6A、6B栋共用一套冰蓄冷系统，其中6A栋，空调面积72318m2，冷负荷11137KW(3168RT），冷指标为154W/m2；6B栋，空调面积59291m2，冷负荷9310kW(2648RT），冷指标为157W/m2。

1.3 空调冷源设计

该工程6A、6B栋采用冰蓄冷集中冷源系统，最大计算冷负荷为20447kW。结合2022年深圳市峰谷电价政策（约4.3:1），对2种方案和蓄冰率进行了对比分析，结果见表2、表3。

表2 蓄冰率

经对以上2种方案蓄冰率、全年运行费用和初投资进行测算对比可知，方案1与方案2相比：蓄冰率高出1.17%、初投资节约175.2万元，年运行费用节约21.69万元。因此，本项目6A栋和6B栋选用空调工况制冷量为7030kW(2000RT)制冰工况制冷量为4801KW(1365RT）的高压水冷离心式双工况冷水机组2合，制冷量为1055KW(300UT)的水冷高心式基载冷水机组2台，并联运行。(主要参数见表3)。

表3 初投资与运行费用

系统形式采用主机上游+冰槽下游的串联系统。蓄冰系统采用管外蓄冰，盘管内融冰的设计(系统流程图见图3)。融冰时，经板式换热器换热后的系统回流的温热乙二醇溶液进入蓄冰换热器，将蓄冰槽内的冰逐渐融化，使乙二醇溶液温度降低，再送回负荷端满足空调冷负荷的需要；冰蓄冷系统配套选用3台25%乙二醇溶液-水板式换热器（换热量=6800kW，冷侧(25%乙二醇溶液）3.5℃/10.5℃ ，热侧(水）10.5℃/5℃），对应设置了合乙二醇泵（2用1备）和3台冷冻泵（两用一备）水泵及乙二醇泵均采用变频控制，可根据负荷需要调节流量。乙二醇系采用总管的形式，通过台数或变频调节来满足各种不同工况的要求。基载冷水机组与冰蓄冷系统在空调水系统中采用并联方式连接。制冰工况时：冷水机组供回水设计温度为-5.6℃/-2.2℃：蓄冷温度为-5.6℃空调工况时：冷水机组供回水设计温度为5℃/10.5℃。

表4 空调设备表

2 运行模式控制

本工程采用优化控制（智能控制）系统，根据测定的气象条件及负荷侧回水温度、流量，通过计算预测全天逐时负荷，然后制定主机和蓄冰设备的逐时负荷分配（运行控制）情况，控制主机输出，按照蓄冰装置优先供冷的原则，最大限度地发挥蓄冰设备融冰供冷量，以达到节约电费之目的。制冷系统主要控制点请见制冷自控原理图，系统通过控制阀，同时应能实现以下运行工况的控制：

（1）双工况主机制冰工况；

（2）蓄冰设备融冰供冷工况；

（3）双工况主机和蓄冰设备同时供冷工况；

（4）双工况主机单独供冷工况；（该模式下,主机负责大楼的全部冷负荷。但主机单独供冷工况无法保证末端设备所需的全部负荷和温度，因此只能作为极端情况下的一种备用补救措施。）

（5）系统关闭工况。

3 运行策略

3.1 双工况主机和蓄冰设备同时供冷工况(100%负荷模式)

（1）23:00-6:00：双工况主机开启制冰模式运行，利用夜间低谷电价进行蓄冰；

（2）7:00-22:00：机载主机开启2台供冷；

（3）8:00-22:00：双工况主机开启制冷模式供冷（高峰时段14：00-17：00时双工况主机开启2台同时供冷，其余时间开启1台运行）；

（4） 8:00-22:00：蓄冰槽融冰供冷。

图4为100%空调负荷时不同工况负荷分布。

3.2 双工况主机和蓄冰设备同时供冷工况(75%负荷模式)

（1）23:00-6:00：双工况主机开启制冰模式运行，利用夜间低谷电价进行蓄冰；

（2）7:00-22:00：机载主机开启2台供冷；

（3）8:00-22:00：双工况主机开启1台制冷模式供冷；

（4）8:00-22:00：蓄冰槽融冰供冷。

图5为75%空调负荷时不同工况负荷分布。

3.3 双工况主机和蓄冰设备同时供冷工况(50%负荷模式)

（1） 23:00-6:00：双工况主机开启制冰模式运行，利用夜间低谷电价进行蓄冰；

（2）7:00-22:00：机载主机开启2台供冷；

（3）16:00-18:00：双工况主机开启1台制冷模式供冷；

（4）8:00-22:00：蓄冰槽融冰供冷。

图6为50%空调负荷时不同工况负荷分布。

3.4 蓄冰设备融冰供冷工况(25%负荷模式)

（1）00:00-6:00：双工况主机开启制冰模式运行，利用夜间低谷电价进行蓄冰；

（2）7:00-22:00：蓄冰槽融冰供冷。

图7为25%空调负荷时不同工况负荷分布。

4 能耗分析

该工程所在地深圳市峰谷电价见表5。

表5 深圳市峰谷电价

23:00-7:00 低估 0.2188 0.2137 4.3 7:00-9:00 平段 0.688 0.688 11:30-14:00 16:30-19:00 21:00-23:00 19:00-21:00 高峰 0.9226 0.9226 9:00-11:30 14:00-16:30 15:00-16:00

在深圳市峰谷电价政策下，冰蓄冷空调系统按全年供冷时间280天、100%负荷运行30天、75%负荷运行130天、50%负荷运行90天、30%负荷运行30天考虑（因项目进展目前阶段暂无完整的数据）初步估算冷源初投资约675.6万元，年运行费用约752.28万元，与常规水冷空调进行比较，每年节约运行费用约29%，经成本分析与运行费用估算，节约运行费用约2.1年即可抵消初投资成本。由此可见，经济效益显著。

5 结语

在国家“双碳”战略目标发展背景下，冰蓄冷空调系统利用峰谷电价差运行的特点，有着重要的战略意义和显著的经济效益，普遍适用于商业综合体、办公等各类大型公共建筑，在设计过程中应注意以下内容：

蓄冷率并非越大越好，而是存在一个临界值，最佳蓄冷率通常在20%～40%之间经过技术经济分析确定。

冰蓄冷系统形式应根据建筑物的负荷特点和规律、系统规模、建筑物现场条件及冰蓄冷装置的特性等综合确定，以串联系统为佳。

控制策略在冰蓄冷设计中起着非常重要的作用，需经过优化控制，对系统进行合理的选择和调节，确定最佳控制策略，以达到最优的运行效果，进一步节省运行费用。