1、 引言

　　近年來隨著經濟建設的發(fā)展，產生了大量的區(qū)域性建筑群。北京中關村商務中心區(qū)(也稱中關村廣場)占地51.44公頃，將以土地一級開發(fā)形式建設成為中關村地區(qū)高科技產業(yè)管理、信息、研發(fā)中心。該區(qū)域被分成25個地塊，根據(jù)規(guī)劃各地塊上將建起的地上建筑總面積約100萬平方米，地下建筑總面積約50萬平方米。建造區(qū)域供冷冷源向一部分地塊進行集中供冷成為一種很自然的選擇。目前在地下建造的1#冷站擬向0.5公里半徑內的4棟建筑供冷，供冷面積32萬平方米。將來如有更多的用戶加入該系統(tǒng)，再根據(jù)需要增建1～2個冷站。

　　北京地區(qū)采取單一的按電力峰、谷段分時電耗計費。商業(yè)用電峰谷電價比為3.45：1，峰段用電時間為每天8小時，1-10KV高壓用電峰、谷價差的絕對值為0.71元/千瓦時。中關村商務中心區(qū)擬采用集中供冷的建筑為辦公、金融和商場等商業(yè)性建筑，白天空調負荷絕對值很大，夜間空調負荷很小，負荷變化規(guī)律性比較強，采用空調蓄冷系統(tǒng)作為商務中心區(qū)區(qū)域供冷的冷源，具備較好的先決條件。

　　2、 蓄冰形式

　　相比水蓄冷和共晶鹽蓄冷方式，冰蓄冷系統(tǒng)在單位蓄槽體積內具備更大的蓄冷能力，適于作為區(qū)域供冷的冷源。對于冷媒輸送距離較遠，用戶冷負荷較大，冷凍水供水流量很大的區(qū)域冰蓄冷冷站來說，盡可能降低用戶供水水溫即減少系統(tǒng)總流量，能夠節(jié)約冷媒輸送電耗，減小冷媒輸送管徑，降低冷水輸送管道投資。

　　動態(tài)蓄冰方式因其造價高昂，運行控制要求高，國內用于大型蓄冷系統(tǒng)較少。靜態(tài)蓄冰形式國內應用較多的是冰球蓄冷系統(tǒng)(封裝冰蓄冷系統(tǒng)的代表)和內融冰系統(tǒng)。冰球系統(tǒng)用于大型蓄冷的主要問題在于冰球融冰換熱時，冰球內的冰、水、空氣(球體內留有一定結冰膨脹空間)的混合物，在融冰過程隨著球體內冰體的融化其傳熱狀況變化很大，特點是開始融冰時釋冷速率較大，但在整個融冰過程中釋冷速率的變化很大;僅憑蓄冰裝置無法保證系統(tǒng)供水溫度的恒定，可采取在蓄冰裝置下游設置制冷機組或使制冷機組與蓄冰裝置并聯(lián)等手段來彌補這一不足。為此，一方面需增加更精密的流量控制和冷機的負荷調節(jié)裝置，增加了自控系統(tǒng)的造價;另一方面，上述冷機位置的設置導致制冷機的出水溫度下降，降低了制冷機的效率。由于制冷機蒸發(fā)器出水(液)溫度每降低1℃，電耗增加2%-3%，顯然，對于大型系統(tǒng)是很不理想的;此外，冰球系統(tǒng)和內融冰系統(tǒng)一樣，屬于間接冷媒系統(tǒng)，由于其常用的乙二醇水溶液冷媒不直接進入空調水系統(tǒng)，在融冰環(huán)節(jié)需通過換熱器和系統(tǒng)回水換熱融冰，與用戶之間多了一級換熱，難以制出較低的水溫;而且乙二醇水溶液比熱容較低而相對密度較高，傳熱性能比水差，0℃時30%體積濃度的乙二醇溶液傳熱系數(shù)為0.429 W/(m2. ℃)，需較大的換熱面積，這樣就增加了設備投資。

　　在中關村冷站中我們采用了盤管外融冰系統(tǒng)，該方式在融冰環(huán)節(jié)中沒有冰球和內融冰系統(tǒng)的中間換熱環(huán)節(jié)，融冰時空調系統(tǒng)的回水直接進入蓄冰槽引起盤管外的冰層融化。外融冰模式有以下幾個特點：s*先是可以提供低溫供水，外融冰系統(tǒng)所提供的冷水溫度比內融冰和冰球系統(tǒng)低，中關村1#冷站的設計供水溫度為 1.1℃，回水溫度12.2℃，對用戶冷水供水流量僅需常規(guī)空調供水系統(tǒng)的一半左右，盡可能低的供水溫度使輸送至用戶空調系統(tǒng)的能耗和管道投資均大為降低;其次是釋冷過程溫度恒定，在釋冷周期中，冰槽中80%以上的冰融化以前，可以平穩(wěn)地控制冰槽出水溫度在1℃左右。這樣對于保證大型系統(tǒng)用戶參數(shù)的穩(wěn)定很重要。

　　3、系統(tǒng)及運行模式

　　中關村冷站系統(tǒng)采用全量蓄存模式和分量蓄存模式相結合的運行方式。采取在電價平、谷期進行蓄冷，在電價高峰期全部冷量由蓄冷裝置提供的運行模式即全量蓄存模式，運行電費z*低。但它對于區(qū)域供冷來說，為滿足用戶在夏季的設計冷負荷，需要很大的蓄冰裝置和制冷機組，初投資高，設備利用率和負荷適用性不高。在夏季中關村1#冷站采用分量蓄存模式，即在夏季日負荷高于夜間蓄冷量時，在白天由蓄冷裝置和制冷機聯(lián)合供冷，進入過渡季，負荷下降可采取全量蓄存模式。

　　常見的外融冰蓄冷系統(tǒng)見圖1，基載制冷機組的作用是滿足夜間制冰時系統(tǒng)內某些用戶的空調負荷，白天時也參與供冷。該系統(tǒng)可制出低達1℃的系統(tǒng)出水溫度，除基載制冷機組外，冷站內制冷機組的冷媒是乙二醇水溶液，雖然融冰環(huán)節(jié)系統(tǒng)回水直接進入冰槽化冰，無須進行換熱，但是當主機在白天也參與對空調系統(tǒng)供冷時，外網水系統(tǒng)并不直接進入主機，需和主機的乙二醇冷媒進行換熱，也存在著一個換熱環(huán)節(jié)。

　　在中關村1#冷站系統(tǒng)中，采用美國YORK公司設計制造的一臺設計制冷量2000冷噸的離心機組作為基載制冷機組，三臺2000冷噸的雙蒸發(fā)器螺桿機組作為蓄冷兼制冷機組。這三臺螺桿機組(型號RWBⅡ-856E)與常規(guī)螺桿機組在結構上z*大的不同是它們具有兩個蒸發(fā)器，其中的冷媒分別是乙二醇和

　　水。在蓄冷循環(huán)時，利用乙二醇冷媒制冰;當白天有制冷要求時，與常規(guī)外融冰系統(tǒng)不同，系統(tǒng)回水直接進入另一個蒸發(fā)器，降低溫度到4.4℃左右后進入冰槽融冰。此系統(tǒng)見圖2。該系統(tǒng)與一般外融冰系統(tǒng)的差異在于：取消了乙二醇-水換熱器，這樣在白天供冷過程中，進入螺桿機的冷媒溫度高于常規(guī)外融冰系統(tǒng)。鑒于取消的換熱器因系統(tǒng)水量非常大所以換熱溫差不會太小，至少應在1.5℃以上，否則因換熱面積的增大，換熱器的設備費用太大。因此該系統(tǒng)的主機較之常規(guī)外融冰系統(tǒng)主機白天供冷時的效率，因蒸發(fā)器入口冷媒溫度的升高而提高至少在5%以上;沒有了板式換熱器的設置及其阻力損失;由于乙二醇和水的換熱性能差異，白天制冷所用的水冷媒蒸發(fā)器的換熱面積小于使用乙二醇冷媒制冷的蒸發(fā)器。當然，由于主機增加了一個蒸發(fā)器且自控要求更高，這種螺桿機的設備造價略高于單蒸發(fā)器的螺桿機組。但就整個系統(tǒng)而言，由于減少了換熱環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)總效率，沒有工況改變時閥門的相互切換調節(jié)，系統(tǒng)只靠啟停主機和水泵及恒溫變容量運行。作為一個大的區(qū)域供冷系統(tǒng)，較充分地發(fā)揮了外融冰系統(tǒng)的優(yōu)點。長期運行的經濟效益將非常可觀。

　　4、 低溫區(qū)域供冷系統(tǒng)的用戶

　　作為中關村商務中心區(qū)的特色之一，各種能源管線如市政給水、燃氣、電力電信、及熱力管線是由外網進入一條環(huán)繞中心區(qū)長達1.5公里的綜合管廊，該管廊通過二十多條支管廊將各種管線輸送至區(qū)域內的各地塊，區(qū)域冷站的冷水供回管路也通過綜合管廊送至各用戶，選擇納入區(qū)域供冷系統(tǒng)的地塊與區(qū)域冷站供水系統(tǒng)的連接非常便利，供冷管路的維護和監(jiān)控也十分方便。

　　有了上述的冷站和冷媒輸送系統(tǒng)，中關村商務中心區(qū)內的二十多個用戶都可以選擇加入區(qū)域供冷網絡，我們將根據(jù)用戶增長的情況考慮建設2#、3#冷站。不遠的將來，在建立一個合理收費標準的基礎上，納入該系統(tǒng)的用戶可以取消制冷機房的投資，把機房的建筑空間轉變?yōu)槠渌猛?低溫供水為用戶大大節(jié)約其建筑內部空調系統(tǒng)的造價和運行能耗，而且用戶可以很自然地選擇低溫送風方式優(yōu)化空調系統(tǒng)，例如商務中心區(qū)內的21#地--中關村金融中心，在利用區(qū)域冷源供冷的前提下，即選用了低溫送風變風量系統(tǒng);冷源的建設不再是建筑投資商的必然選項，空調系統(tǒng)供水成為一種可以購買到的服務，對用戶而言是具有很大吸引力的。

　　參考文獻

　　嚴德隆、張維君.空調蓄冷應用技術.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997

　　彥啟森.蓄冷空調設計。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995

　　W.D.馬克勞斯基.冰蓄冷與區(qū)域供冷.暖通空調，1996，1(26)：71～73