摘要：主要介紹了北京中關(guān)村以冰蓄冷為冷源區域供冷系統中一期工程制冷站的工藝設計，主要設備的選型、構造、技術(shù)特點(diǎn)、設計參數以及外管網(wǎng)設計，對制冰用乙二醇的要求和水處理方案。闡述設計者在工藝設計中的所采用的先進(jìn)技術(shù)，為使系統運行費用最為節省所作的努力。

　　關(guān)鍵詞：冰蓄冷 外融冰 雙蒸發(fā)器 雙工況

　　1、北京中關(guān)村西區項目概況

　　北京中關(guān)村西區位于北京市海淀區海定鎮，是中關(guān)村科技園的核心區，將建成為中關(guān)村高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)的以高科技為特征的商貿中心區。中關(guān)村西區建設實(shí)行土地一級開(kāi)發(fā)，前期立項、規劃設計、拆遷安置、與區內的全部市政設施和配套設施（七通一平）及地下空間開(kāi)發(fā)，由土地一級開(kāi)發(fā)主體——北京科技園建設股份有限公司完成，根據市場(chǎng)需求與市政府確定的產(chǎn)業(yè)政策，進(jìn)行土地招商。

　　中關(guān)村西區總占地面積51.44公頃，規劃地上建筑面積100萬(wàn)平方米，地下建筑總面積約50萬(wàn)平方米。西區用地主體功能以金融資訊、科技貿易、行政辦公、科技會(huì )展為主，并配有商業(yè)、酒店、文化、康體、娛樂(lè )、大型公共綠地等配套公共服務(wù)功能。

　　由上述可知，西區建筑的使用特質(zhì)為商業(yè)建筑，多年的研究分析表明，商業(yè)建筑空調系統具有如下特點(diǎn)：（1）空調系統主要在白天運行，夜間只有小部分系統運行，既白天使用系數高；（2）空調負荷較大，且空調逐時(shí)負荷與電力峰谷供應一致；（3）總體負荷系數低。這樣的土地開(kāi)發(fā)運作與建筑規模，這樣的空調負荷與系統運行特點(diǎn)，必然促使一級開(kāi)發(fā)商在區內建設冰蓄冷區域供冷系統，引進(jìn)區域供冷系統運營(yíng)商，共同開(kāi)發(fā)建設經(jīng)營(yíng)以冰蓄冷為冷源的區域供冷系統，為二級開(kāi)發(fā)商提供空調用冷水，二級開(kāi)發(fā)商可節省自建冷站的投資，節省的冷站面積可供使用或出租，吸引二級開(kāi)發(fā)商。冰蓄冷利用高峰低谷電力差價(jià)使運行費用減少，降低了最大用電容量費用；區域供冷提高了冷水供應的可靠性和有效性，有利于環(huán)境保護；同時(shí)規模效應和低溫空調冷凍水的穩定供應保證了與二級開(kāi)發(fā)商自建冷站的競爭力。

　　中關(guān)村西區建設中采用了外融冰式蓄冷的區域供冷技術(shù)，為區內地下空間和地上建筑提供空調冷凍水。制冷站建設采用模塊方式，可按不同開(kāi)發(fā)階段和冷水需求情況進(jìn)行建造，利于資金安排，也能準確地把制冷站設置在最大負荷的建筑物附近，西區計劃建兩個(gè)外融冰式蓄冷制冷站。兩根DN500主供回水管附設在易于維護和管理的地下綜合管廊內，主供回水管為環(huán)狀管網(wǎng)，兩個(gè)制冷站均與環(huán)狀管網(wǎng)相接，每個(gè)制冷機房通過(guò)環(huán)狀管網(wǎng)相互聯(lián)結，這樣的系統則能達到最大的有效性和360天24小時(shí)不間斷提供1.1℃空調冷凍水的可靠性。地下空間的商用區與地上各建筑物的換熱站與環(huán)狀管網(wǎng)相接，13.3℃的空調回水（二次水）經(jīng)板式換熱器與一次水1.1℃/12.2℃進(jìn)行熱交換，二次水的供水溫度為2.2℃，穩定可靠的區域低溫供冷技術(shù)，具有保護區內環(huán)境、節約能源、節約初期投資、降低運轉成本、平衡電網(wǎng)負荷等獨特的優(yōu)點(diǎn)。

　　2、一期工程制冷站的主要設備與工藝設計

　　2.1 根據西區的項目進(jìn)展情況，先進(jìn)行一期工程制冷站建設。冷站設計與建造由北京璦瑪斯區域供冷技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司承擔，設計由Tom.Brady先生主持。冷站主要設備見(jiàn)表1，設備性能參數與工藝設計如下：

　　一期制冷站主要設備 表1 　

　　2.2 西區內有晝夜24小時(shí)的供冷需求，一期夜間谷值負荷2600KW，預計夜間總負荷不會(huì )小于7034KW，所以設置基載機組24小時(shí)連續供冷，承擔夜間這部分負荷，由于基載機組的COP值較高，所以這樣做既節省初投資又可降低運行費用�；�載主機制冷量2000冷噸，低谷電價(jià)時(shí)運行，同時(shí)也承擔峰值負荷，運行參數如下：蒸發(fā)溫度3.6℃，冷凍水進(jìn)出口溫度12.2/4.4℃，流量779立方米/小時(shí)；冷凝溫度35.8℃，冷卻水進(jìn)出口溫度30/35.3℃，流量1363立方米/小時(shí)立方米/小時(shí)。

　　2.3 螺桿式壓縮機在低溫工況下運行穩定，制冰時(shí)COP值較其它型機組高，故在蓄冰系統中較多采用螺桿機。選用的RWBⅡ雙工況雙蒸發(fā)器螺桿式壓縮機是采用最新科技專(zhuān)利技術(shù)-采用的可變內容比技術(shù)，使機組內部壓縮比隨時(shí)與系統壓速比相匹配，避免過(guò)壓縮或欠壓縮造成的能量損失，是最可靠最節能的機組，其設計壽命在設計工況下超過(guò)100000小時(shí)。由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器三部分構成，連接管件廠(chǎng)家附帶，現場(chǎng)組裝。該機組體積龐大，壓縮機運輸重量為25328公斤，蒸發(fā)器53110公斤，冷凝器23772公斤，機組總的運輸重量為102.2噸，廠(chǎng)內整體組裝運輸困難。機組承擔白天制冷和夜間制冰，運行參數如下：壓縮機制冷時(shí)制冷量2130冷噸，吸氣溫度與壓力為4.4℃和552Kpa（絕對壓力），排氣溫度與壓力為61.8℃和1427Kpa（絕對壓力），蒸發(fā)溫度3.6℃，冷凍水進(jìn)出口溫度12.2/4.4℃，流量829立方米/小時(shí)； 冷凝溫度35.8℃，冷凝熱量8887.6KW，冷卻水進(jìn)出口溫度30/35.3℃，流量1451立方米/小時(shí)。制冰時(shí)制冷量1634冷噸，吸氣溫度與壓力為-4.9℃和411Kpa（絕對壓力），排氣溫度與壓力為65.6℃和1382Kpa（絕對壓力），蒸發(fā)溫度-5.7℃，25%乙二醇進(jìn)出口溫度0/-4℃，流量1131立方米/小時(shí)； 冷凝器參數與制冷時(shí)一致。

　　2.4 鋼筋混凝土蓄冰槽占地面積582平方米，容積2619立方米，進(jìn)口三元乙丙防水材料內防水，橡塑保溫材料外保溫，蓄冰槽上部設行人馬道，供維護與檢查。

　　2.5 冷卻塔與冰盤(pán)管由美國B(niǎo)AC公司提供，冷卻塔主體結構為鍍鋅鋼板，防護板壁與進(jìn)風(fēng)百葉由抗腐蝕防紫外線(xiàn)的強化玻璃鋼材料制成。動(dòng)力風(fēng)機轉動(dòng)系統采用特殊的抗腐蝕材料結構和先進(jìn)的工藝制成，確保長(cháng)期的無(wú)故障使用壽命。熱交換層由聚氯乙烯（PVC）制成，利用BAC專(zhuān)利的技術(shù)制成的帶整體擋水板的高效換熱層能保證水與空氣最大的接觸時(shí)間和最小的空氣壓降，而且能在較小的風(fēng)機電耗下確保高效傳熱，其熱力特性均由美國冷卻塔學(xué)會(huì )（CTI）按照協(xié)會(huì )標準進(jìn)行認證。BAC的蓄冰盤(pán)管由鋼帶連續卷制成管直縫焊接制造，外經(jīng)為26.67毫米，盤(pán)管組裝在鋼架上，整體裝配完成后，浸沒(méi)在試壓水槽內，管內注入2.415MPa的壓縮空氣（盤(pán)管的額定工作壓力1.05Mpa），進(jìn)行氣壓試驗，至少15分鐘，水槽內無(wú)氣泡為合格，然后盤(pán)管機組整體外表面熱浸鍍鋅。盤(pán)管機組共計15組，每組由6個(gè)模塊構成，共90個(gè)盤(pán)管模塊，設計充冷時(shí)間10小時(shí)，總的蓄冷量為28560冷噸時(shí)。蓄冰槽底部每組盤(pán)管的下面都配有DN40PVC多孔攪動(dòng)空氣分配管，設計2臺空壓機，每臺流量360立方米/小時(shí)，全壓為62000Pa，釋冷時(shí)壓縮空氣攪拌系統開(kāi)啟，這樣融冰均勻，換熱效率高，在全部的釋冷周期內，釋冷溫度能平穩保持1.1℃。每組盤(pán)管都配有電子冰層厚度感應器，出廠(chǎng)時(shí)感應器已經(jīng)校準好了，在每一個(gè)制冰循環(huán)中，一旦冰層厚度達到設計值時(shí)，感應器發(fā)出信號，供液閥關(guān)閉，停止制冰。要求盤(pán)管水平安裝在冰槽的地面上，在盤(pán)管支撐型鋼與防水層之間放置20毫米厚由橡膠和軟木合成的墊塊或在防水層上做10公分厚的豆石混凝土。水泵全部來(lái)自美國ITT.

　　2.6 制冰時(shí)采用抑制性乙二醇為載冷介質(zhì)，抑制性乙二醇具有良好的傳熱性與低溫性及抗腐蝕性，從陶式化學(xué)（中國）投資有限公司購買(mǎi)，普通乙二醇比水的腐蝕性大得多，因此保持抑制性乙二醇的化學(xué)穩定性十分重要，必須定期（半年或是在季節性啟動(dòng)和停機時(shí)）取樣檢查乙二醇水溶液的抑制性濃度，如有必要應予以調整，恢復原有的抗腐性能。乙二醇水溶液的另一特點(diǎn)是膨脹遠比水大得多，這兩點(diǎn)在設計與使用中要給于關(guān)注。

　　2.7 在冰蓄冷系統中，水處理十分重要，水質(zhì)的好壞既關(guān)系到設備的使用壽命的延長(cháng)，又是系統的高效節能主要因素。保持冰蓄冷系統長(cháng)期穩定的經(jīng)濟運行，除設備的高效運轉外，所有換熱設備必須保證高的換熱效率。因此對水處理要十分重視，首先應進(jìn)行管道與設備的加藥清洗，去掉雜質(zhì)和防銹油，同時(shí)又可以純化管路內表面提高抗腐蝕能力。

　　2.7.1 冷卻水除及時(shí)補水與定時(shí)泄水排污外，還須在水中加入抑制劑（全有機緩蝕阻垢劑 inhibitor），并保持藥量在80ppm，它可以在管道與設備內表面形成特殊的有機膜提供抗腐蝕保護，通過(guò)有機磷和聚合物的阻垢與分散作用降低垢的形成。加入氧化性殺菌劑（oxidizing biocide），可殺死各種細菌和藻類(lèi)，保持冷卻塔換熱層和冷凝器換熱效率。廣譜非氧化性殺生劑（non-oxidizing biocide）可控制微生物的繁殖與增長(cháng)。任何時(shí)候過(guò)濾器都是不可少的。

　　2.7.2 在二次水（客戶(hù)空調水）回水管路中設置空氣分離器、過(guò)濾器，采用在線(xiàn)加藥的處理方案。

　　2.7.3 系統運行時(shí)主冷凍水（一次水）穩定的保持在溫度較低的狀態(tài)中，尤其是蓄冰槽中的水溫度接近或低于冰點(diǎn)，這可延滯水垢的形成和微生物的滋生，水處理相對較容易。但在長(cháng)期停機的情況下或加入冰槽中水具有腐蝕和氧化性，則需加入鉬酸鹽、硼酸鹽抑制劑和非氧化性殺菌劑。系統中裝有旁通過(guò)濾器，流量為總量的15%.

　　2.7.4 所選擇的水處理程序應保證處理后水質(zhì)滿(mǎn)足下述要求：

　　PH…………………………6.5-9.0

　　氯化物……………………≤ 100PPM

　　硫酸鹽……………………≤ 250PPM

　　總的含堿量………………≤ 500PPM

　　溶解的固體總量…………≤ 1000PPM

　　3、小結

　　隨著(zhù)我國電價(jià)政策的調整，冰蓄冷與電直接驅動(dòng)制冷、直燃機吸收式制冷相比其總體效益優(yōu)勢越來(lái)越大。而外融冰的冰蓄冷由于能夠向空調系統提供可靠穩定1.1℃冷水，使空調系統設計可實(shí)現大溫差低溫送風(fēng)系統，這種組合整體造價(jià)（初投資）與常規空調系統持平，即空調機組、循環(huán)水泵、水管風(fēng)道及各種閥門(mén)管件成本的降低，彌補蓄冰冷站費用的增加。但運行費的節省確實(shí)相當可觀(guān)的，根據現有資料統計和個(gè)案計算比較，在有分時(shí)電價(jià)的城市，可節省運行費用25-50%，具體節省依規模和峰谷電價(jià)差而不同。以外融冰蓄冷為冷源配合超低溫大溫差的空調系統應該是當今空調發(fā)展的方向。單體建筑或規模小些的可選用雙工況單蒸發(fā)器的冷水機組作為外融冰蓄冷的主機，以減少初投資規模。對中關(guān)村這樣規模的建筑群，采用本文所述方案無(wú)疑是正確的。

　　參考文獻

　�。�1） 嚴德隆 張維君主編 空調蓄冷應用技術(shù) 北京 中國建筑工業(yè)出版社 1997

　�。�2） HC Yu Description of the SurperCool Airside Technology Innovation Hong Kong 26 August 2002