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文_邹明霞 申瑞杰 陈凤君 北京中创绿系统科技有限公司
摘要：冰蓄冷空调系统通过储能来节约空调系统运行费用，转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差，缓解供电压力。本项目在对空调系统负荷、运行特点，以及当地电力相关政策和分时电价进行调查分析后，采用了双工况制冷主机与蓄冰设备串联、主机上游的部分负荷冰蓄冷空调系统，取得了较好的环境效益和经济效益。 关键词：冰蓄冷空调系统、效益、峰谷分时电价、运行费用
Application analysis of ice storage air-conditioning system in an office building in Beijing
ZOU Ming-xia SHEN Rui-jie CHEN Feng-jun
[ Abstract ] Ice storage air conditioning system can save the operating cost of air conditioning system by energy storage, which can transfer the peak power consumption of power, balance the peak valley difference of power grid, relieve the pressure of power supply. Based on the investigation and analysis
of the load and operation characteristics of the air conditioning system, as well as the relevant local electric power policies and time of use electricity price, the ice storage air-conditioning system with double working conditions connected in series with ice storage equipment and upstream of the main engine is adopted in this project, which has achieved good environmental and economic benefits.
[ Key words ] ice storage air conditioning system;benefits;Peak valley electricity price;operating costs
1 冰蓄冷空调系统的技术介绍
冰蓄冷空调系统在夜间用电低谷期采用冷机制冷，将制得
冷量以冰的形式储存起来；在白天电价高峰期将冰融化释放冷
量，满足部分或全部供冷需求。
根据国家各指令性或指导性的计划，各地方电力公司如北
京、湖北、河南、湖南、江苏、浙江、四川、辽宁、广西、广东
等纷纷推出了峰谷分时电价政策，特别是制定了针对蓄能空调
技术推广使用的各种优惠政策，由此为蓄能空调的广泛推广带
来了契机。
2 项目冰蓄冷空调系统设计
2.1 工程概况
本项目为某公司研发总部，具有研发中心运营及研发场所
的综合性研发办公楼，总建筑面积约26万m2，其中蓄能空调
系统承担建筑面积近24万m2，空调末端主要功能区包括大堂、
办公区、会议区、报告厅等。
2.2 系统设计依据
2.2.1 室外设计参数
本项目位于北京市海淀区，当地气候为典型的北温带半湿
润大陆性季风气候。室内外设计气候参数见表1、表2。
空调室外计算干球温度
(℃)空调室外计
算湿球温度
(℃)
空调室外计
算相对湿度
（%）
室外平均风
速（m/s）
大气压力
（hPa）
夏季33.526.4-- 2.11000.2冬季-9.9--44 2.61021.7
（注：数据来源于《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》。）房间
夏季冬季
人均新风
量（m3/h）温度(℃)相对湿度（%）温度(℃)相对湿度（%）大堂27≤6018≥3030
办公室26≤6020≥3030
会议室26≤6020≥3015
报告厅26≤6020≥3020 2.2.2 项目电价政策
本项目所属海淀区，电压等级1～10kV，峰谷分时电价见表3。
时段电价（元/kWh）尖峰(7～8月执行)
11:00-13:00
1.5465
16:00-17:00
高峰
10:00-15:00
1.4182
18:00-21:00
平段
7:00-10:00
0.8995
15:00-18:00
21:00-23:00
低谷23:00-7:000.4058
2.2.3 建筑负荷
根据该地区气象参数特征，结合该建筑的功能和相关围护结构参数，计算该项目的负荷。常规空调系统是依据峰值冷负荷选定冷水机组的空调设备；冰蓄冷空调系统则需要综合考虑设计总冷负荷和设计日累计冷负荷，制定合理的运行策略。因此，冰蓄冷系统设计时，典型设计日的逐时负荷是非常重要的。本工程二期项目设计日24小时逐时负荷见表4。
应 用·APPLICATION 80
时段逐时冷负荷
kW
时段
逐时冷负荷
kW
时段
逐时冷负
荷kW
00:00-01:00008:00-09:001763116:00-17:0019077 01:00-02:00009:00-10:001812717:00-18:0018770 02:00-03:00010:00-11:001842118:00-19:0018337 03:00-04:00011:00-12:001852119:00-20:0016561 04:00-05:00012:00-13:001842820:00-21:0016291 05:00-06:00013:00-14:001873521:00-22:000
06:00-07:00014:00-15:001905322:00-23:000
07:00-08:00015:00-16:001919623:00-24:000
2.3 系统配置
2.3.1 空调冷源
本项目采用部分负荷冰蓄冷系统，制冷主机与蓄冰设备为串联方式，主机位于蓄冰设备上游。考虑夜
间加班可能需要连续空调负荷的要求和比例，设置2台1308kW的基载主机，直接为末端空调提供6/12℃冷冻水。设置3台4043kW的双工况主机，空调工况下，双工况主机进出口冷冻液温度为10.5℃/5.5℃；蓄冰槽出口冷冻液温度为3.5℃，经乙二醇～水板式换热器换热后提供6/12℃冷冻水。制冰工况下，双工况主机进出口冷冻液温度为～2.35℃/～5.6℃。
蓄冰系统：采用内融冰方式，采用25%乙二醇水溶液作为载冷剂。配置50台钢制蓄冰盘管，单台蓄冷量为380RTH，根据机房结构及运行管理情况考虑，蓄冰设备分为4个蓄冰槽体，双层排布，分别容纳蓄冰盘管数量为：12台、12台、12台、14台。
空调冷却水：在屋顶分别设置2台基载冷机用冷却塔和3台双工况冷水机组用冷却塔。空调冷却水侧采用定流量水泵，冷却塔风机采用变频控制风量，以调节冷却塔风量控制出水温度。
2.3.2 空调系统原理
本工程中，系统本工程中，系统共可实现4种不同运行工况，各工况模式中阀门的动作状态如表5。
工况模式V1V2V3V4V5工况1：主机制冰关开关开关
工况2：蓄冰设备供冷开调节调节关开
工况3：主机供冷关关开关开
工况4：主机和蓄冰设备联合供冷开调节调节关开
（各运行工况说明：①工况1（主机制冰）：双工况主机为冰槽蓄冷，供/回液～5.6℃/～2.35℃；②工况2（蓄冰设备供冷）：蓄冰设备融冰单独供冷，板换一次侧出液10.5℃，二次侧进出水12.0℃/6.0℃；③工况3（主机供冷）：双工况主机单独供冷，板换二次侧进/出水12.0℃/6.0℃；④工况4（主机和蓄冰设备联合供冷）：主机和蓄冰设备串联，主机上游，板换一次侧出液10.5℃，二次侧进/出水12.0℃/6.0℃。）
2.3.3 主要设备配置
本项目主要设备配置参数如表6所示。
设备名称设备参数数量
双工况离心式
冷水机组
制冷量4043kW，
输入功率753kW，
冷冻水温度5.5/10.5℃，
冷却水温度32/37℃；
制冰量2640kW，
输入功率590kW，
冷冻水温度~5.6/~2.35℃，
冷却水温度30/35℃
3 台
基载螺杆式
冷水机组
制冷量1308kW，
输入功率277.3kW，
冷冻水温度6/12℃，
冷却水温度32/37℃
2 台
冷却塔
（双工况机组用）
流量837m3/h，功率7.5×5kW 3 台
冷却塔（基载机组用）流量280m3/h，功率5.5×2kW 2 台双工况主机
冷却水泵
流量879m3/h，扬程28m,
功率110kW
4 台（3用1备）
基载主机
冷却水泵
流量280m3/h，扬程28m,
功率37kW
3 台（2用1备）
乙二醇循环泵
流量745m3/h，扬程37m,
功率110kW
4 台（3用1备）
双工况主机
冷冻水泵
流量843m3/h，扬程38m,
功率132kW
4 台（3用1备）
基载主机
冷冻水泵
流量195m3/h，扬程38m,
功率37kW
3 台（2用1备）
乙二醇～水
板式换热器
换热量5510kW，
冷冻液温度：3.5/10.5℃，
冷冻水温度：6/12℃；
换热量4043kW,
冷冻液温度：5.5/10.5℃,
冷冻水温度：6/12℃
3 台
蓄冰钢盘管
单台潜热蓄冷量380RTH,
制冰进口温度~5.6℃，
融冰出口温度3.5℃
50 台
3 系统效益分析
3.1 系统配电容量
为了便于系统分析，根据该项目负荷特点和设备配置情况，拟配置一套常规冷水机组冷源系统进行对比。拟配置常规系统主要设备参数如表7所示。
设备名称设备参数数量离心式冷水机组
制冷量4300kW，输入功率801kW，
冷冻水温度7.0/12.0℃，
冷却水温度32/37℃
4 台
基载螺杆式冷水机组
制冷量1308kW，输入功率277.3kW，
冷冻水温度7.0/12.0℃，
冷却水温度32/37℃
空调用制冷技术
2 台
冷却塔(离心机用)流量860m3/h，功率7.5×5kW 4 台
冷却塔(螺杆机用)流量280m3/h，功率5.5×2kW 2 台
离心机冷却水泵流量860m3/h，扬程28m，功率110kW 5 台（4用1备）螺杆机冷却水泵流量280m3/h，扬程28m，功率37kW 3 台（2用1备）离心机冷冻水泵流量813m3/h，扬程38m，功率132kW 5 台（4用1备）螺杆机冷冻水泵流量195m3/h，扬程38m，功率37kW 3 台（2用1备）
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本项目拟采用常规冷水机组系统的配置，主要设备配电
功率为5046.6kW。冰蓄冷系统的配置，主要设备配电功率为
4152.1kW。根据数据分析，本项目蓄冰系统方案与拟采用的
常规系统方案相比配电容量减少894.5kW，占蓄冰系统方案
主要设备配电总量的21.5%。其中制冷主机装机容量功率减少
390.4kW，占蓄冰系统方案主机配电总量的13.9%。
3.2 系统运行分析
冰蓄冷系统的运行通常有3种：融冰优先；主机优先；综
合优化运行。本项目蓄冰系统运行策略的原则为：
①根据北京地区用电情况，夜间23:00-7:00电价低谷时段，
双工况主机蓄冰，如果存在加班等特殊情况，基载主机承担夜
间负荷。②白天电价高峰时段，融冰优先，降低运行费用。③白
天电价平峰时段，优化控制，合理分配负荷，降低运行费用。④尽
量控制主机满载运行，提高系统效率，降低运行费用。
根据上述运行策略及项目逐时负荷分布情况，设计日100%
负荷时，系统运行见表8。
时间逐时负荷
(kW)
主机供冷
(kW)
基载供冷
(kW)
冰槽供冷
(kW)
冰槽蓄冷
(kW)
放冷率
00:00-01:000000(7920)0.00% 01:00-02:000000(7920)0.00% 02:00-03:000000(7920)0.00% 03:00-04:000000(7656)0.00% 04:00-05:000000(7524)0.00% 05:00-06:000000(7260)0.00% 06:00-07:000000(6864)0.00% 07:00-08:00000000.00% 08:00-09:001763112129261628860 4.73% 09:00-10:001812712129261633820 5.55% 10:00-11:001842112129261636760 6.03% 11:00-12:0018521808626167819012.82% 12:00-13:0018428808626167726012.67% 13:00-14:0018735970326166416010.52% 14:00-15:0019053121292616430807.06% 15:00-16:0019196121292616445107.30% 16:00-17:0019077808626168375013.73% 17:00-18:001877012129261640250 6.60% 18:00-19:001833712129261635920 5.89% 19:00-20:001656112129261618160 2.98% 20:00-21:001629112129261615460 2.54% 21:00-22:00000000.00% 22:00-23:00000000.00% 23:00-24:000000(7920)0.00% 2371481431223400860018(60984)98.42%
表8数据表明，设计日空调系统运行工况：双工况主机供冷量（8：00-21：00）143122 kWh，双工况主机制冰量（23:00-7:00）：60984kWh；基载主机供冷量34008kWh；系统设计日融冰量为60017kWh，放冷率98.41%。
系统设计日逐时运行功率及运行费用概算如表9。
时间
主机基载主机总功率电价运行费用制冷量/kW制冰量/kW制冷量/kW
kW元/kWh元
40432640.001308.00
功率/kW功率/)kW功率/kW
753590.00277.30
使用台数使用台数使用台数
00:00-01:000.00 3.000.002542.500.40581031.75 01:00-02:000.00 3.000.002542.500.40581031.75 02:00-03:000.00 3.000.002542.500.40581031.75 03:00-04:000.00 2.900.002457.750.4058997.35 04:00-05:000.00 2.850.002415.380.4058980.16 05:00-06:000.00 2.750.002330.630.4058945.77 06:00-07:000.00 2.600.002203.500.4058894.18 07:00-08:000.000.000.000.000.89950.00 08:00-09:00 3.000.00 2.004097.960.89953686.11 09:00-10:00 3.000.00 2.004109.250.89953696.27 10:00-11:00 3.000.00 2.004115.94 1.41825837.23 11:00-12:00 2.000.00 2.003107.72 1.5465480
6.09 12:00-13:00 2.000.00 2.003105.60 1.54654802.82 13:00-14:00 2.400.00 2.003516.79 1.41824987.52 14:00-15:00 3.000.00 2.004130.33 1.41825857.64 15:00-16:00 3.000.00 2.004133.590.89953718.16 16:00-17:00 2.000.00 2.003120.38 1.54654825.67 17:00-18:00 3.000.00 2.004123.890.89953709.44 18:00-19:00 3.000.00 2.004114.03 1.41825834.52 19:00-20:00 3.000.00 2.004073.60 1.41825777.17 20:00-21:00 3.000.00 2.004067.45 1.41825768.46 21:00-22:000.000.000.000.000.89950.00 22:00-23:000.000.000.000.000.89950.00 23:00-24:000.00 3.000.002542.500.40581031.75（注：其他主要设备根据主机运行情况进行匹配运行，“总计耗电量”为该项目蓄冰系统所有主要设备的逐时耗电量总和；
“总计费用”为该项目蓄冰系统所有主要设备的逐时运行费用总和。）
夏季空调系统的开启给电网带来了巨大的供电压力。每年供冷季白天为电力高峰时段，针对该项目蓄冰空调冷源系统的夏季运行分析，设计日08：00-21：00系统主要设备耗电量为4.98万kWh；拟采用的常规系统（设计日08：00-21：00）主要设备耗电量为6.18万kWh。本项目蓄冰系统能够转移设计日电力高峰用电量近1.20万kWh。
根据空调冷负荷占全年整个供冷季节总运行时间的比例，即系数分别为0.01、0.42、0.45、0.12。采用表9计算方式，计算得出：一个供冷季蓄冰系统较常规系统耗电量增加60.44万kWh（占蓄冰系统耗
电量11.9%），结合北京地区峰谷分时电价政策，一个供冷季蓄冰系统较常规系统运行费用减少136.62万元（占蓄冰系统运行费用31.3%）。
4 结语
通过对北京某办公项目冰蓄冷系统的应用分析，该系统为客户实现了减少配电容量、节省运行费用。空调冷源系统内的主要设备配电容量减少约894.5kW，占该系统主要设备配电总量的21.5%；结合北京地区峰谷分时电价政策，一个供冷季该项目冰蓄冷系统主要设备节省运行费用约136.62万元。
参考文献
[1] GB50736～2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].
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