【暖通学院】第二十期 载冷剂CO2在雪地场馆制冷系统中的首次应用 ——天鹅堡滑雪馆系统详解

        室内滑雪运动正在全球兴起，室内滑雪馆已在世界各地投入使用，远的有耗资数亿的迪拜滑雪馆，近的有位于帝都的乔波滑雪馆。最近，随着文成县天鹅堡滑雪馆的落成，温州人在家门口也能体验冰雪世界的乐趣了。

 

项目概况

        浙江温州市天鹅堡室内滑雪场位于“养生福地，避暑天堂”美誉的文成县石垟林场森林公园境内，天鹅堡滑雪场是天鹅堡小镇超大规模旅游综合体中的一个顶级配套项目，引进国际先进的制冷，造雪技术，滑道长205米，滑馆可同时容纳600人滑雪。滑雪场馆海拔高度800m，建筑面积约8000m ² ，滑雪道顶端宽度36m，底端宽度45m，顶端建筑高度10m，底端建筑高度12m，滑雪道长度200m，坡度为14°、10°、8°不等；设计场馆内可同时容纳300人，滑雪场馆营业时间为每天10:00～0:00，补雪时间为每天0:00～8:00。 滑雪场内部的最大换热负荷：860kW；新风量：15000m ³ /h。

 

系统概述

       出于对系统安全性及环境保护的考虑，天鹅堡小镇滑雪馆采用了R507与CO2载冷系统技术。高温侧制冷剂为R507，其ODP值（破坏臭氧潜能值）=0,GWP值（全球变暖系数值）=3985，现阶段属于环保工质；滑雪场内属于人员活动的密集区域，采用安全环保的CO2为载冷剂，利用CO2直接蒸发来冷却空气。本项目中，高温级R507的蒸发温度来冷凝低温级CO2气体，冷凝成液体后利用泵输送到末端换热器蒸发换热。

 

滑雪馆项目主要制冷设备列表：

方案分析

制冷系统安全环保，经济节能，技术水平先进成熟

 

       高温级制冷工质选择：由于该项目制冷机房在滑雪场馆内，归属于民用建筑，采用传统的R22作为制冷剂将无法通过环评审批，采用氨（R717）作为制冷剂则无法通过安评审批。现系统高温级选择共沸型环保制冷剂R507，环保、经济、易采购。

 

       低温级制冷工质选择：滑雪场馆的投资及运营成本一直是滑雪场馆投资者关注的焦点，滑雪场馆的节能保温也是制冷、建筑设计关注的重点。该项目在方案设计之初就充分的考虑到制冷系统的节能运行。

 

        传统的滑雪场馆采用乙二醇水溶液作为载冷剂，需通过载冷剂泵输送乙二醇水溶液到滑雪场馆内的冷风机盘管，通过载冷剂温升的显热值将滑雪场馆内的热负荷带走。

 

       现该项目选用的是CO2作为低温级载冷剂，通过CO2泵输送CO2液体在冷风机盘管内蒸发将滑雪场馆内的热负荷带走。CO2作为载冷剂属相变换热，与传统的滑雪场馆采用乙二醇水溶液比较，单位容积制冷量大，载冷剂系统管路、阀门及CO2泵型号小，CO2泵功率小，节能环保等优点。

 

节能效益分析

       利用CO2的蒸发制冷与乙二醇载冷剂系统相比较，每年可为用户节省一笔可观（约35万）的运行费用。

 

下表为该项目采用CO2载冷剂与乙二醇载冷剂的节能经济分析：

主要设备选

1、制冷压缩机组： 该项目压缩机选用“半封闭开启式螺杆制冷压缩机组”，用一个壳体将压缩机与电机封闭起来，解决了开启螺杆压缩机轴封容易泄露，轴封为易损件的问题。为了提高系统的制冷效率，压缩机电机采用了冷却水冷却。

 

2、场馆内冷风机的设计： 考虑到滑雪场馆大空间降温的均匀性，选用18台不锈钢管铝片吊顶形式CO2冷风机均布在约200m长滑雪道的一侧，要求冷风机高射程、低噪音。

 

冷风机采用CO2泵供液，同时在冷风机进液口设置ICS液位控制阀，保证多台不同标高冷风机的供液均匀。

 

3、冲霜方式： 由于场馆内相对湿度较大，考虑到冷风机的结霜及冲霜，该项目采用水冲霜方式，安全可靠，经济节能。

 

       在滑雪场馆建筑的最低点设置冲霜水循环水箱，水箱不需要做保温处理，同时考虑到水箱内冲霜水多次循环可能存在冲霜水冻结的问题，在蒸发式冷凝器进气管路上设置一台热回收器，利用压缩机排气的废热对冲霜水加热处理。

 

       经计算选型，冲霜水潜水泵与回热器潜水泵功率、扬程相同，方案中优化设计，两台潜水泵互为备用。

 

4、新风系统的设计

1）通风换气的节能设计

滑雪场馆设计不同于冷库设计，需要考虑场馆内活动人员对空气质量的要求，需要时时向场馆内补给一定的新风量，这一点与空调设计相类似。考虑到制冷系统方案的节能性，通过新风换气机对排出的废空气与新风进行热交换。根据建筑空间特点，选择3台新风换气机，分别布置于滑雪场中部和两端，单台新风换气机得换风量5000m3/h。

 

2）新风除湿的功能设计

经计算，废空气与新风热交换后新风被冷却到21℃，为防止新风进入滑雪馆（-3℃空间维持温度）出现雾化现象，需要对热交换后的新风进行除湿。方案中在新风换气机中加设除湿表冷器，除湿冷源由制冷系统虹吸式蒸发器ZFH56提供。

 

5、其它

1）该项目方案采用节水、节电的蒸发式冷凝器，进一步提高制冷系统的运行效率；

2）该项目方案采用立式虹吸贮液器，贮液器兼做虹吸罐，减少了制冷系统制冷剂R507的充注量。

 

       滑雪场馆制冷系统的设计与传统的空调设计、冷库设计有许多相似之处，但又有其特殊性。如制冷机房包含在民用建筑中，场馆内温度介于空调室温与冷库库温之间，制冷剂、载冷剂的选择；大空间降温温度场的均匀性；新风系统的节能与舒适美观性等。国内可参考的工程实例有限，尤其是以CO2作为载冷剂的滑雪场馆项目更是史无前例 。 文成县天鹅堡滑雪馆项目成功签订弥补了国内市场的空白，为国内全天候室内滑雪场馆以CO2作为载冷剂制冷系统的发展打下了基础。