1深圳市建筑工务署工程设计管理中心广东.深圳518031
2深圳华侨城城市更新投资有限公司广东.深圳518031
摘要：利用消防水池的钢筋混凝土水池作为水蓄冷系统的蓄水装置已在各种项目中广泛使，。本文结合办公建筑工程实践，介绍了水蓄冷技术系统设计，包括系统的冷源、水系统设计。阐明水蓄冷的节能效果，为同类项目设计提供一些设计指导。
关键词：水蓄冷技术；大温差；水蓄冷；办公建筑
引言
随着我国城市化进程的加快，许多城市重要标志的大型办公楼陆续在各地兴起，而大型办公楼的单位面积耗电量约为普通建筑的3~7倍，能耗大，节能潜力大。对于南方的办公楼的全年能耗中，空调系统用电约占50%~60%。水蓄冷技术作为一种可以对电力移封填谷的节能技术得到广泛推广。水蓄冷系统是利用电网的峰谷电价差，夜间采用冷水机组在水池内蓄冷，白天水池放冷而主机避峰运行的节能空调方式。相对于冰蓄冷系统投资大，调试复杂，推广难度较大的情况来说，水蓄冷具有经济简单的特点，可利用大型建筑本身具有的消防水池来进行冷量储存，所以水蓄冷技术具有广阔的发展空间和应用前景，其社会效益体现在可以平衡电网负荷，减少电厂投资，净化环境，符合国家产业政策发展方向。以深圳市某办公楼为例，就水蓄冷设计过程进行了分析。
1、工程概况
该工程位于深圳市龙华新区北站商务区内。本项目由地下室和地上1栋及2栋组成。1栋：共21层，属于一类高层建筑。主要功能为为商业办公用房；2栋：共44层，属于一类超高层建筑。首层为商业、公共商业连廊、架空绿化休闲、露天广场、内庭院、下沉广场和消防控制室；二到四十四层为商业性办公，其中十、二十二、三十四层为避难层，避难层内由避难空间和公共设备用房组成。总建筑面积213633.97平方米，建筑总高度为205.7米，地下室共3层。
空调设计参数
表一为室外设计参数（广东省深圳市），表二为室内设计参数。
表一室外设计参数
2.3空调水系统设计
2号办公楼空调水系统均采用两管制一次泵系统，制冷机组、换热器和水泵采用共用母管连接方式。在用户侧供回水干管上设置压差旁通控制器，以达到用户侧变流量，冷源侧定流量的目的。高区水系统，由于不存在冷水机组流量适应性的问题，因此采用一次泵变流量系统，根据负荷侧流量变化调节水泵转速，以达到节能的目的。水蓄冷系统蓄冷工况、放冷工况均采用两管制一次泵系统，共用水泵。换热器和水泵采用共用母管连接方式。由于不存在冷水机组流量适应性的问题，因此采用一次泵变流量系统，根据负荷侧流量变化调节水泵转速，以达到节能的目的。
办公低区、办公高区分别定压补水，采用高位膨胀水箱补水定压，水蓄冷系统利用消防水池定压补水，每套系统均设置全程或水处理设备及真空脱气机以利于系统正常运行。办公水系统每层风机盘管环路均为同程式系统。避难层新风机组、空调机组环路为异程式系统。每层风机盘管环路设置静态平衡阀。每台风机盘管均设置电动两通阀。每台空调机组、新风机组均设置动态平衡型电动两通调节阀。空调冷水供回水温度：4/11℃（水蓄冷）、5/12℃（低区办公）、6/13℃（高区办公）。空调系统按负担区域的垂直高度，办公区空调系统分为两个垂直分区，低区为B3~22层，设备、管道承压为1.6MPa。高区为23~屋顶，设备、管道承压为1.6MPa。水蓄冷系统设备、管道承压为1.6MPa。在一次冷源主管道上安装超声波计量表（量程比为1：100）。在办公场所的各办公房间风机盘管支路采用超声波计量表（配6年寿命锂电池），进行冷量计量。
水蓄冷空调系统原理图
2.4空调自控系统设计
为了节约能源、提高效率、保证系统的正常运行、空调通风系统实行计算机管理控制。空调自控系统要求集中管理，分散控制，对各设备及参数进行实时监控，远程启停控制与监视，参数与设备非常状态的报警。
冷水机组（板式换热器）与水泵一一对应设置，水泵互为备用，主机采用群集控制。冷水机组（换热器）的加、减机以空调的负荷为依据。空调负荷根据测量的负荷侧流量、供回水温差计算得出。换热器一次侧回水管设置电动调节阀，根据二次侧出水温度调节一次侧水流量。部分水泵采用变频控制，根据其负担的最不利环路的压差信号进行控制。
为后期管理方便，在每个办公室支管设置电动两通阀（24VAC），由楼宇自控来控制其开启关闭。
蓄能空调系统最大的特点就是可以根据空调负荷的变化情况，选择合理的供冷运行模式，包括不同工况之间的正常切换、空调负荷的及时响应、系统内温度、压力、流量诸多参数的控制以及运行费用的最优化等等，必须依靠先进、完善的自动控制系统
3、水蓄冷空调系统原理
水蓄冷空调技术，是利用夜间电网低谷电力运转制冷机制冷，并以水的形式蓄存，在白天用电高峰时将蓄存水提供空调用冷，是利用水的物理特性进行显热储存利用的节能空调技术。水蓄冷应用方式主要有自然分层式、多罐式、迷宫式和隔膜式。其中自然分层式蓄冷是目前应用最为广泛，它是利用4℃水密度最大的特性，形成热上冷下的自然分层状态。
4、水蓄冷技术发展的必要性
随着科技的发展，现今社会空调专业是耗电大户，如何改善空调专业耗电弊端，一直是暖通专业人士研究的方向。随着用电结构的变化，城市生活商业用电快速增长，达到电网高峰限电，低谷电用不上的情况越来越严重。为了鼓励用户节约用电，电力部门也制订了峰谷电价政策，将高峰电价与低谷电价拉开，使低谷电价只相当于高峰电价20%~50%。水蓄冷空调系统是在空调负荷很低的时候制冷，在负荷很高的时候取冷。所以对业主而言，水蓄冷技术大大节省了空调的运行费用，同时也减少初投资，为业主创造更大的利益。
5、水蓄冷与传统方案经济性分析与比较
综合投资经济分析与比较
采用水蓄冷机房系统，新增投资虽大，但年运行费用比较常规中央空调系统低8%左右，长期的综合效益非常显著。
1）在考虑主机备用情况下水蓄冷系统投资回收期约为3年，经济效益显著。
2）水蓄冷中央空调系统运行经济、可靠、控制灵活，利用峰谷电价差，大大减少空调年运行费。
3）系统扩充性强，对系统简单改造即可满足供冷系统增容问题。
6、结语
1）由于本项目白天负荷与夜晚负荷相差悬殊且具有设置蓄冷装置的条件，采用了水蓄冷技术，充分利用深圳的分时电价政策，技术经济比较合理。
2）在超高层建筑空调水系统竖向分区设计时，充分利用冷水机组、末端设备和管道的承压能力，减少换热器的换热次数。
3）冷冻水系统采用了大温差设计，降低了冷冻水泵的能耗。
参考文献
［1］清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告（2008）［R］.
［2］江亿.我国建筑耗能状况及其有效的节能途径［J］.暖通空调.2005.35（5）：30-40.
［3］陆耀庆.实用供热空调设计手册［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.
［4］方贵银.蓄冷空调工程实用新技术［M］.北京：人民邮电出版社，2000.
［5］GB50736-2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.
［6］GB50189-2005公共建筑节能设计标准［S］.北京：中国建筑工业出版社，2005.