華南地區某高校冷凍水系統綜合管廊設計

徐淦鋒

（華南理工大學建筑設計研究院，廣州，51000）

1 項目概述

香港科技大學（廣州）校內綜合管廊工程全長1882.8 m，最大縱坡為32 %，管廊總體呈環形，環繞一期核心區外圍修建，總體設計采用鋼筋混凝土明挖現澆箱型結構，綜合管廊同時容納冷、熱水管道，能實現高效的集中冷、熱源供應，承載核心建筑區電力、通信、燃氣、供熱、給排水的重要功能，是保障核心建筑區運行的重要基礎設施和“生命線”。

圖1 香港科技大學核心區航拍圖

2 負荷統計

通過各類負荷分析方法，對項目負荷特性進行分析研究，并參考《實用暖通空調設計手冊》的推薦值，結合實際工程案例實測不同類型建筑負荷分布情況來確定同時使用系數。根據區域供冷設計負荷指標以及各建筑設計日空調負荷逐時變化系數，通過乘積疊加可計算出項目設計日逐時空調負荷統計（圖2）。計算顯示一期工程尖峰供冷負荷約30,513 kW（二期預留13,000 kW）。

圖2 校區規劃全年冷熱源系統相關運行曲線模擬（開啟時間為7:00-23:00）

3 制冷工藝選擇

3.1 方案選擇

本項目一期制冷工藝方案為電制冷+蒸汽制冷+水蓄冷方案，主要目的在于充分利用蒸汽資源，減少變配電系統安裝容量及電力消耗，減少碳排放。同時利用水蓄冷系統，減少制冷主機設備安全容量，并利用蓄冷電價，提升系統經濟性。

3.2 運行策略

供冷過程中，蒸汽制冷主機與電制冷主機既可獨立運行，也可并聯輸出，制冷主機與水蓄冷系統也既可獨立也可并聯運行。夜間谷電時，利用電制冷主機蓄水，同時利用電制冷主機提供基載負荷滿足用戶夜間負荷要求。

3.3 系統選擇

項目設置一個集中能源中心，制冷系統裝機容量為11,000 Rt（38,687 kW）（含一臺備用設備）；蓄冷系統蓄冷量約2.9萬RTh（10.2萬 kWh）；制熱系統裝機容量為8,400 kW。能源中心供冷供回水溫度為6～13 ℃，供熱供回水溫度為80～55 ℃。

4 綜合管廊設計

（1）除北配套區由能源中心直接接管供冷外，核心區各單體、東南配套區設計兩條DN1200環狀冷水供回水管（圖3、圖4），能源中心至管廊接駁段設計三條冷水供回水管，其中一條為預留備用管（圖5）。

圖3 綜合管廊布置圖

圖4 管廊核心區BC型斷面圖

圖5 能源中心接至管廊A斷面圖

（2）管路按滿足一、二期供冷容量設計，供冷管布置于校園綜合管廊內，管廊在核心區各單體及東南配套區附近設分支口，引出管線至單體能源管道接入間；綜合管廊分支口至核心區各單體管道設于管溝內，管廊至道路紅線外1米為可通行管溝（設接駁井），接駁井與單體管道接入間為埋地（有蓋）管溝。

（3）綜合現場條件，利用有限元分析軟件ABAQUS對相同管徑的架空管網在不同壓力條件下施加局部外力模擬分析，模擬計算其軸向拉伸量和自身應力的變化情況，保證綜合管廊內管道敷設時穩定性驗算，為了消除管道的一次應力、二次應力和峰值應力，設計最終采用DN1200冷水主管鋪設于管廊支墩上（圖6），直管段按每6 m設1個固定支墩或滑動支架布置，DN1200冷水主管直管段每60 m設波紋補償器1個，補償量30～80 mm。

圖6 能源中心接至管廊A斷面圖

（4）項目各單體建筑冷源由校區能源中心集中供給，冷水由1次泵通過設于室外綜合管廊內的區域供冷管網進入各單體能源交換間，由2次冷水泵輸送至各單體空調末端設備。2次泵系統冷凍水泵采用變頻泵，冷凍水系統供回水主管之間設置有旁通管和旁通閥，內設壓差傳感裝置，按照旁通管壓差，以配合實際系統的需要，從而控制能源交換間冷凍水泵的運行頻率及臺數，用于低負荷條件下的多余水流旁路。

5 結語

綜合管廊的建設，一方面節約了校園寶貴的用地需求，有效利用地下空間，是保障校園核心建筑區運行的重要基礎設施和“生命線”。另一方面，整個校區的冷熱源通過能源中心集中管理，提高校區建設現代化程度和校園基礎設置的標準，保證校區能源系統平穩、高效管理和運營。目前香港科技大學（廣州）校區內綜合管廊已投入運行，整個系統平穩運行，各項指標基本滿足設計前期的預案。