仪征镜湖花园大型住宅小区蓄能中央空调和蓄热生活热水系统简介

简介： 介绍了仪征镜湖花园大型住宅小区冰蓄冷中央空调系统、电锅炉蓄热采暖系统和电锅炉蓄热生活热水系统的设计方案和特点，简单介绍了冷热量计费系统。指出蓄能技术应用于区域供热供冷系统区域供热供冷系统具有经济、环保的优点，值得应用和推广。

1 引言

随着国民经济的迅猛发展，经济建设对能源的需求相当旺盛。能源市场已经出现供不应求的现象，尤其是电力供应，许多人都对去年夏季华东地区频繁的拉闸限电留下了深刻的印象。根据相关统计，各种空调系统占到了城市电网中约35％的用电负荷，在去年夏天用电紧张的时候，甚至部分城市向广大市民提出了将空调设定温度提高1℃的节能倡议。虽然用电紧张，但是电网白天与夜间的用电负荷仍然存在较大差异。从保护环境、提高能源利用效率的角度出发，各电力公司早已推行峰谷电分时段计费政策。在国家优惠政策的大力推动下，利用在电价低谷时段蓄能并将蓄好的能量在白天电价高峰段使用的蓄能中央空调技术应运而生。这一技术在宏观上对平衡城市电网的电力供应有着重大的经济和社会效益，并且能够大量节省空调系统的运行费用。

随着人民生活水平的提高以及农村城镇化建设的加速，各城市的住宅建设非常活跃并且将持续相当长的时间，这对发展住宅小区的区域供热供冷显然是一个巨大的契机，在大型住宅小区里面应用区域供热供冷联合蓄能技术具有广阔的市场前景。继2001年由杭州华电华源环境工程有限公司承建的常州金禧园住宅小区的蓄能中央空调及蓄热生活热水系统成功投入运行之后，借这个项目的推动，我们又顺利承建了仪征镜湖花园小区的蓄能中央空调及蓄热生活热水系统。下面对此项目进行简单的介绍。

2 工程概况

仪征镜湖花园住宅小区是仪征市经济实用房开发有限公司开发的一个高级商住小区，是国家建设部的安居工程示范小区。小区内有高级住宅1252套，总建筑面积约165000m2，其他公共建筑面积约9313m2（其中包括商场、会议场所、幼儿园），蓄能中央空调机房位于小区会所的地下室，通过直埋管网向周边住宅楼提供空调冷水、采暖热水和生活热水。小区夏季中央空调采用冰蓄冷系统，冬季采用电锅炉蓄热采暖系统，全年的生活热水也采用了电锅炉蓄热系统。此项目自2003年6月开始施工，当年三个子系统均一次调试成功，及时向业主提供了空调、采暖及生活热水，目前已经通过竣工验收，并获得了业主的一致好评。

2.1. 空调及采暖负荷计算

2.1.1 住宅部分空调及采暖负荷计算

2.1.1.1 住宅空调及采暖负荷指标的确定

查阅相关资料有住宅空调负荷指标的参考值，列表简述如下：（负荷指标的单位均为W/m2）

	数值	国家或地区	备注
空调负荷	80-90	国内	按总建筑面积算，含新风
78-95	英国	按总建筑面积算，含新风
145	日本	按照空调面积算，含新风
158	台湾	按照空调面积算，含新风
c采暖负荷	45-70	国内传统采暖地区	按总建筑面积算，不含新风

说明：本工程将卫生间以及厨房等非空调区域去掉之后，空调面积约为总建筑面积的75%。 这里需要特别提出的是，本工程是国家安居示范工程，在建筑设计中对建筑节能有相当程度上的考虑，主要反映几个方面：在屋顶及部分外墙面采用了硬质聚胺脂保温板材；所有的外窗的气密性也比较好，并全部采用双层中空玻璃；小区部分建筑的结构施工当中大量采用了加气混凝土和保温性能较好的砌块。考虑到江苏仪征地区的地理位置、整个小区的档次以及将来空调系统的实际运行情况，本工程空调负荷指标取为80W/m2，采暖负荷取为55W/m2，均指按照空调面积计算，而且不包括新风负荷。 2.1.1.2 住宅空调同时使用系数的确定 在住宅小区这一类建筑当中，空调的同时使用系数由两部分组成。首先是不同住户之间存在一个空调同时使用的问题。一般情况下，小区内住户数量越多，空调使用的不均匀性就越明显，这个同时使用系数就越小。本项目将这部分同时使用系统取为90%。 再者就是在同一个住户内，不同房间之间也存在的一个同时使用系数的问题。由于住宅小区内使用中央空调系统的住户要按照其所使用的冷量交纳费用，所以在一般情况下住户还是能够做到离开房间的时候将房间内空调关掉。从住宅房间的使用功能来看，在卧室、书房里面都有人的时候，客厅、餐厅基本没有空调需要；同样，当人在客厅和餐厅内活动的时候，卧室内也基本没有空调负荷。可以参考客厅以及一间卧室的总面积（视不同房型而定）占整套住宅空调面积的比值来确定不同房间之间的空调同时使用系数。根据对一些小区的统计，这个比值在60%到65%。参考这一数值，本项目将这部分同时使用系数取为65%。 综上所述，住宅小区空调同时使用系数约为90%×65%=58.5%，取为60%。 2.1.1.3住宅空调及采暖尖峰负荷计算 空调尖峰负荷为165000×75%×80×60%=5940kW 采暖尖峰负荷为165000×75%×55×60%=4084 kW 2.1.2 公共建筑部分空调负荷计算 小区内公共建筑的面积大约为9313 m2，其主要使用功能为商场（6244m2）、会议场所（1537m2）和幼儿园（1532 m2）。经计算，整个公共建筑的空调面积大约是建筑面积的80%。公共建筑的使用时间为早8点到晚9点。 三部分公共场所的的空调冷负荷分别计算并列表如下：

空调区域	建筑面积	空调面积	负荷指标	空调负荷
商场	6244	4996	250W/ m2	1249 kW
会议场所	1537	1230	220 W/ m2	271 kW
幼儿园	1532	1226	90 W/ m2	110 kW

则公共建筑的尖峰空调负荷为1249+271+110=1630 kW。 采暖热负荷指标确定为120 W/m2，则尖峰采暖负荷为9313×120×80%=894kW 。 2.1.3 住宅小区空调及采暖逐时负荷 根据以上计算结果，有住宅小区的空调及采暖逐时负荷如图1－2所示。 在设计日负荷状态下，空调全天负荷总和为113877kWh，其中尖峰负荷为7505kW；采暖全天负荷总和为79288kWh，其中尖峰负荷为4570Kw。另外考虑到整个管网系统在输送冷热水的时候必然存在能量损失，将能量损失系数确定为3%，有空调尖峰负荷约为7800 kW，采暖尖峰负荷约为4800 kW。 2.2 冰蓄冷系统 本冰蓄冷中央空调系统按照主机与蓄冰装置并联、分量蓄冰模式设计。由于小区夜间也有负荷，在系统中配置了一台空调工况下额定制冷量为1491 kW的常规制冷主机，在设计日负荷条件下全天24h运行。经过计算，在系统中还需要配置三台空调工况下额定制冷量同样为1491 kW的双工况水冷螺杆式制冷机组。在设计日负荷条件下，夜间全力制冰，白天根据实际负荷情况确定开主机的台数并联合蓄冰装置供冷。冷冻水系统与乙二醇系统通过板式换热器进行热交换，彼此完全隔离。乙二醇仅在制冷机房中流动，这能够减少乙二醇用量并避免乙二醇在空调末端系统中的泄漏，降低了末端系统设计与维护的难度。根据冷负荷变化，自动控制系统调节电动阀门以控制进入蓄冰装置的乙二醇溶液的流量，保证板式换热器水侧的供水温度恒定并满足冷负荷需求。本项目系统流程总图详见图3。 对于大多数大型住宅小区来讲其房屋销售周期都比较长，整个小区的空调负荷是在一个比较长的时间逐渐增加到设计日负荷状态的。由于镜湖花园住宅小区首批入住率约为20%，所以蓄能中央空调系统内的设备必须分期投入。为方便将来系统扩容，机房内各管道系统均按照二期系统总容量进行设计和施工。冰蓄冷中央空调系统的设备配置见表1。 表1 冰蓄冷中央空调系统的设备配置与技术参数表

序号	名称	型号规格	数量	备注
1	常规螺杆式机组	1491kW	1台	一期暂不上
2	双工况螺杆式机组	1491kW	3台	一期暂上2台
3	冷却塔	400m3/h	4台	一期暂上2台
4	双工况主机冷却水泵	Q=400m3/h，H=26m	5台	一期暂上3台,一备
5	初级乙二醇泵	Q=280m3/h，H=18m	4台	一期暂上3台,一备
6	次级乙二醇泵	Q=430m3/h，H=20m	4台	一期暂上3台,一备
7	基载冷冻水泵	Q=280m3/h，H=48m	2台	一期暂不上
8	冷冻水泵	Q=430m3/h，H=48m	4台	一期暂上3台,一备
9	板式换热器	2500kW	3台	一期暂上2台
10	蓄冷冰球1）	双金属蕊心	21024kWh	一期暂上14016 kWh
11	蓄冰槽2）	150m3	3个	一期暂上2个

注：1）华源专利产品；

2）普通钢板方槽。 由于一期工程内没有配置常规基载主机，但夜间低谷电期间仍然存在一定的空调负荷，我们为系统增加了双工况制冷主机制冰兼供冷的工况。在二期的常规基载主机投入运行之后，整个系统可按以下5种工作模式运行： a） 双工况主机制冰加基载主机供冷模式； b） 双工况主机制冰兼供冷模式； c）主机与融冰联合供冷模式； d）融冰单供冷模式； e）主机单供冷模式。 2.3 电锅炉蓄热采暖系统 本系统采用串联分量蓄热模式，配置1260kW电锅炉三台。蓄热装置内介质蓄热温度为92℃，将板式换热器二次侧的供水温度确定为55℃，回水温度确定为47℃。相应板式换热器一次侧的供回水温度为62℃和52℃，蓄热装置可利用的温差达到40℃。电锅炉利用夜间低谷电的8h（23：00—次日7：00）为小区供暖的同时进行蓄热，在用电高峰期间则利用电锅炉和蓄热装置联合供热。蓄热采暖系统有 四种工作模式： a）电锅炉蓄热兼供热模式； b）电锅炉与蓄热装置联合供热模式； c）蓄热装置单供热模式； d）电锅炉单独供热模式。 系统设备配置及其性能参数见表2： 表2 蓄热采暖系统的设备配置与技术参数表

序号	名称	型号规格	数量	备注
1	采暖电锅炉1）	1260 kW	3台	一期暂上1台
2	蓄热水泵	Q=140m3/h，H=18m	4台	一期暂上2台，1备
3	供热水泵	Q=140m3/h，H=40m	4台	一期暂上2台，1备
4	板式换热器	1600 kW	2台	一期暂上2台
5	蓄热装置2）	105 m3	1个	一期暂上1个
6	软化水装置	4T/h	1套

注：1）源牌全自动电热水锅炉；

2）普通钢板方槽。 由于机房的梁下净高只有2.95m，这在很大程度上限制了蓄热装置的高度，槽内难以实现理想的温度分层，在供热板换的一次侧只能采用大流量小温差的设计方法。另外，考虑到管道下方必须留有人行通道，管道必须有足够的高度，但是由于开式槽体的高度较低，为避免管道内集气，故在每个蓄热槽的进出口均设置了电动开关阀，关泵前关阀，开泵后开阀。 小区空调及采暖负荷有其自身的特点，在一周的大部分时间即5个工作日当中，小区内滞留的人员相对减少，整个空调及采暖总负荷也相应减小，负荷特性接近过渡季节。由于系统处于部分负荷状态下，蓄能空调系统的优势便明显的表现出来：系统可以只开冷冻/供热水泵和次级乙二醇泵/蓄热水泵通过阀门调节从蓄能装置内获取能量，完全可以避免在用电高峰期，也是电价最高的时候开耗电量较大的制冷主机/电锅炉，系统的运行经济性也将达到最佳。 2.4 蓄热生活热水系统 住宅小区内住户数量很大，生活热水的使用有很大的不均匀性，将同时使用系数取为60%，本期按1252户计算，每户按3.5人考虑，每人每天用水量为80升(65℃)计算，则每天总用水量为约210m3。自来水温度取5℃，故负荷最大日需要总热量为15349kWh。 考虑到小区的管网比较庞大，热水在管道内的温降比较大，为保证用户无论什么时候拧开水龙头都能得到温度合适的热水，系统配置了一台225kW的小电锅炉定时开机将回水加热。另外，由于小区用水的不均匀性，管网中水流量变化较大，为了保证任何用户都能得到压力合适的热水，系统采用了一套恒压供水装置。考虑到小区的物业管理应能够根据实际情况设定供水温度，系统中还设计了一套温度自动调节装置以控制生活热水的供水温度。由于系统完全利用夜间低谷电，白天只开恒压供水装置和小功率的回水加热电锅炉，系统运行时的经济性非常理想。 蓄热生活热水系统的设备配置见表3： 表3 蓄热生活热水系统的设备配置与技术参数表

序号	名称	型号规格	数量	备注
1	生活热水电锅炉1）	1035kW	2台	一期暂上1台
2	生活热水恒压给水装置	Q=60m3/h，H=50m	1套
3	回水循环水泵	Q=15m3/h，H=25m	2台
4	循环加热电锅炉1）	225kW	1台
5	蓄热装置2）	110 m3	2个	一期暂上1台

注：1）源牌全自动电热水锅炉；

2）普通钢板方槽。 目前镜湖花园住宅小区实行的生活热水的收费标准是18元/m3，供水温度设定为60℃。以每个人洗澡一次的热水用量为100L（60℃）计算，再将自来水年平均水温确定为15℃，洗澡水温45℃，则100升60℃的热水可以产生150升45℃的水，而收费仅为18×0.1=1.8元，比在公共浴室洗浴要节省的多，而且更加方便舒适。总而言之，由于系统完全利用廉价低谷电，全量蓄热生活热水系统的运行是很经济的。如果将其应用于住宅小区，住户将获得实实在在的实惠，而开发商更加能够得到可观的经济效益。 2.5 冷热量计费系统 随着近几年区域供热供冷的逐渐普及，中央及地方都相继出台了有关冷热量计费装置的规范和标准，分室温控、分户计量的观念正逐渐深入人心。以后有关冷热量计费装置的法令法规将越来越健全，冷热量计费仪也将得到更加快速的发展和更多的市场需求。在仪征镜湖住宅小区使用的冷热量计费系统采用每户安装冷热量计费仪和热水专用水表，由物业管理人员抄表并向各住户收费的方式。将来家用计费系统除了计量空调使用能量之外，还能够计量家庭的冷热用水、用电、用气并统一显示，将大大方便物业部门的日常管理。 3 技术经济比较 3.1 蓄能中央空调系统与其他空调系统的技术经济比较 我们提供冰蓄冷加电锅炉蓄热中央空调系统，大型风冷热泵系统，水冷螺杆主机供冷加油锅炉采暖系统，家用分体空调机四个方案进行技术经济比较。具体计算方法可以参照笔者已发表在本刊上的《蓄能中央空调系统在区域供热供冷（DHC）中的应用——常州金禧园大型住宅小区蓄能中央空调和蓄热生活热水系统》一文。在四个方案中初投资最节省的是家用分体空调，但是其运行费用也是四个系统中最高的。而且从室内舒适程度和整个小区的环境质量来看也是最差的，其与区域供热供冷系统的技术分析比较见表4： 表4 DHC系统与分体空调技术分析比较

项目	DHC系统	分体空调系统
机组效率	大型机组效率高，系统运行费更加节省。	能效比低,供应相同冷量或热量耗电量大，并且电价没有优惠。
室内情况	室内温度均匀,相对湿度适宜，空气清新舒适。系统运行平稳。	舒适度差，难以达到健康空调、绿色建筑的要求。室温调节依靠压缩机开关，室温不稳定，深夜开停机的噪音和气流会影响睡眠。
室外情况	室外无设备管道，不影响建筑立面美观。没有室外机滴水、噪音对邻居的干扰。	室外机挂在墙上，影响建筑立面美观。 室外机噪声、热气、冷凝水影响邻居。
使用寿命	主机安装在室内，不会产生逐年效率降低的情况，系统寿命长。	室外机在日晒雨淋、酸雨、污染空气等恶劣条件下，机组效率逐年下降，耗电量增大，使用寿命短。
外界影响	冬季供热受室外环境温度影响小，室内供热量充足。	冬季室外环境气温低，制热效率低，经常需电加热器补充热量，耗能过大。

蓄能中央空调系统在几个区域供热供冷系统中的初投资稍微高一些，但由于运行费用的节省，初投资的增加在1年之内即可收回。从空调的品质来看，冰蓄冷中央空调系统相对其他区域供热供冷系统能够提供温度更低的冷冻水，能有效降低室内空气的相对湿度从而提高室内舒适程度。同时蓄能空调都具有应急功能，在发生停电的时候只要保证末端系统和水泵能够工作就能正常供应空调，具有更高的可靠性。 3.2 生活热水系统技术经济比较 住宅小区可能采用的有电锅炉蓄热生活热水系统、燃油锅炉系统、家用热水器系统等。在三个系统中，家用热水系统无论是在初投资还是运行费用上与集中供应热水系统都毫无优势可言，并且运行时的安全系数也不太理想，数量众多的家用热水器在维护方面也比较复杂，这物业管理带来很大的不便。从供热品质来看，集中供应热水更加理想，用户使用起来更加快捷方便，使用时也更加舒适。 在两种可选的集中供应热水系统中，电锅炉蓄热生活热水系统在初投资上面稍微比燃油锅炉系统高一些，但是油料市场上油价的总体趋势是逐渐上扬，这必然导致系统的运行费用上升。而全量蓄热生活热水系统完全利用廉价电力，按照现行的电价和油价计算，电锅炉蓄热系统运行费用已经比燃油锅炉系统更加节省，初投资的增加很快即可收回。从环境保护的角度出发，电锅炉在运行过程中不产生任何环境污染物，而燃油锅炉有一套复杂的配套设施，日常油料的输送和烟囱的排烟对小区环境均有不同程度的不利影响。 4 结语 在住宅小区内配置区域供热供冷在初投资上面会比分散式空调及热水系统要高，但是分散式系统工作效率通常比较低，故其运行费用要远远高于区域集中供热供冷系统，而且区域供热供冷系统所提供的冷热量品质比分散式系统要好得多，住户室内空气质量将得到大幅提升。在人们选择住所时越来越注意其居住质量的今天，房地产开发商更可以将小区内区域供热供冷系统作为小区销售时一个极好的卖点，从而推动整个小区的销售，蓄能系统的初投资可以在适当提高的房价中得以转移。同时通过冷热量计费装置对冷热量进行收费，在保证用户得到实实在在的实惠的同时，在系统的运行费用上面还存在利润空间。小区的物业管理部门的日常管理费用和各项开支也可从利润中获得。综上所述，在住宅小区内采用 蓄能技术进行区域供热供冷是完全可行的而且系统的经济效益将非常明显。 作者简介：

范庆 （1978-）男，湖北黄冈人，毕业于上海同济大学暖通专业，从事中央空调的设计及产品开发工作；

陈永林 （1958-）男，教授级高工，总工程师

叶水泉 （1963-）男，教授级高工，总经理