冰蓄冷

　　冰蓄冷空調(diào)技術(shù)簡述

　　冰蓄冷空調(diào)是利用夜間低谷負荷電力制冰儲存在蓄冰裝置中，白天融冰將所儲存冷量釋放出來，減少電網(wǎng)高峰時段空調(diào)用電負荷及空調(diào)系統(tǒng)裝機容量，它代表著當今世界中央空調(diào)的發(fā)展方向。

　　1.削峰填谷、平衡電力負荷。

　　2.改善發(fā)電機組效率、減少環(huán)境污染。

　　3.減小機組裝機容量、節(jié)省空調(diào)用戶的電力花費。

　　4.改善制冷機組運行效率。

　　5.蓄冷空調(diào)系統(tǒng)特別適合用于負荷比較集中、變化較大的場合加體育館、影劇院、音樂廳等。

　　6.應(yīng)用蓄冷空調(diào)技術(shù)，可擴大空調(diào)區(qū)域使用面積 。

　　7.適合于應(yīng)急設(shè)備所處的環(huán)境，計算機房、軍事設(shè)施、電話機房和易燃易爆物品倉庫等。

　　與普通空調(diào)相比所具有的優(yōu)勢

　　(1)節(jié)省電費。

　　(2)節(jié)省電力設(shè)備費用與用電困擾。

　　(3)蓄冷空調(diào)效率高，具有節(jié)能效果。

　　(4)節(jié)省冷水設(shè)備費用。

　　(5)節(jié)省空調(diào)箱倒設(shè)備費用。

　　(6)除濕效果良好。

　　(7)斷電時利用一般功率發(fā)電機仍可保持室內(nèi)空調(diào)運行。

　　(8)可快速達到冷卻效果 。

　　(9)節(jié)省空調(diào)及電力設(shè)備的保養(yǎng)成本。

　　(10)降低噪亂冷水流量與循環(huán)風上減少，即水泵與空調(diào)機組運轉(zhuǎn)振動及噪音降低。

　　(11)使用壽命長。

　　與普通空調(diào)相比所具有的缺點

　　(1)對于冰蓄冷系統(tǒng)，其運行效率將降低。

　　(2)增加了蓄冷設(shè)備費用及其占用的空間。

　　(3)增加水管和風管的保溫費用。

　　(4)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的制冷主機性能系數(shù)(COP)要下降。

　　運行策略和工作模式

　　運行策略

　　所謂運行策略是指蓄冷系統(tǒng)以設(shè)計循環(huán)周期(如設(shè)計日或周等)的負荷及其特點為基礎(chǔ)，按電費結(jié)構(gòu)等條件對系統(tǒng)以蓄冷容量、釋冷供冷或以釋冷連同制冷機組共同供冷作出最優(yōu)的運行安排考慮。一般可歸納為全部蓄冷策略和部分蓄冷策略。

　　工作模式

　　蓄冷系統(tǒng)工作模式是指系統(tǒng)在充冷還是供冷，供冷時蓄冷裝置及制冷機組是各自單獨工作還是共同工作。蓄冷系統(tǒng)需在規(guī)定的幾種方式下運行，以滿足供冷負荷的要求常用的工作模式有如下幾種：

　　(1)機組制冰模式

　　(2)制冰同時供冷模式

　　(3)單制冷機供冷模式

　　(4)單融冰供冷模式

　　(5)制冷機與融冰同時供冷

　　制冷機與融冰同時供冷

　　在此工作模式下制冷機和蓄冰裝置同時運行滿足供冷需求。按部分蓄冷運行策略，在較熱季節(jié)都需要采用這種工作模式，才能滿足供冷要求。該工作模式又分成了兩種情況，即機組優(yōu)先和融冰優(yōu)先。

　　機組優(yōu)先

　　回流的熱乙二醇溶液，先經(jīng)制冷機預(yù)冷，而后流經(jīng)蓄冰裝置而被融冰冷卻至設(shè)定溫度。

　　融冰優(yōu)先

　　從空調(diào)負荷端流回的熱乙二醇溶液先經(jīng)蓄冰裝置冷卻到某一中間溫度，而后經(jīng)制冷機冷卻至設(shè)定溫度。

　　蓄冰流程選擇

　　蓄冰空調(diào)系統(tǒng)在運行過程中制冷機可有兩種運行工況，即蓄冰工況和放冷工況。在蓄冰工況時，經(jīng)制冷機冷卻的低溫乙二醇溶液進入蓄冰槽的蓄冰換熱器內(nèi)，將蓄冰槽內(nèi)靜止的水冷卻并凍結(jié)成冰，當蓄冰過程完成時，整個蓄冰設(shè)備的水將基本完全凍結(jié)。融冰時，經(jīng)板式換熱器換熱后的系統(tǒng)回流溫熱乙二醇溶液進入蓄冰換熱器，將乙二醇溶液溫度降低，再送回負荷端滿足空調(diào)冷負荷的需要。

　　乙二醇溶液系統(tǒng)的流程有兩種：并聯(lián)流程和串聯(lián)流程。

　　a、并聯(lián)流程：

　　這種流程中制冷機與蓄冰罐在系統(tǒng)中處于并聯(lián)位置，當最大負荷時，可以聯(lián)合供冷。同時該流程可以蓄冷、蓄冷并供冷、單溶冰供冷、冷機直接供冷等。

　　b、串聯(lián)流程：

　　即制冷機與蓄冰罐在流程中處于串聯(lián)位置，以一套循環(huán)泵維持系統(tǒng)內(nèi)的流量與壓力，供應(yīng)空調(diào)所需的基本負荷。串聯(lián)流程配置適當自控，也可實現(xiàn)各種工況的切換。

　　并聯(lián)流程在發(fā)揮制冷機與蓄冰罐的放冷能力方面均衡性較好，夜間蓄冷時只需開啟功率較小的初級泵運行，蓄冷時更節(jié)能，運行靈活。串聯(lián)流程系統(tǒng)較簡單，放冷恒定，適合于較小的工程和大溫差供冷系統(tǒng)。

　　蓄冰空調(diào)的選型

　　除了空調(diào)供冷外，全天的其余時間全部用于蓄冷，這樣可使主機的容量減少至最小值。

　　蓄冷比例的確定是非常重要的一個環(huán)節(jié)，在方案設(shè)計中一般先初步選擇較典型的幾個值(如30%等)，經(jīng)設(shè)備初選型，根據(jù)當?shù)赜嘘P(guān)的電力政策并計算初投資、運行費、并考慮其它因素最后選定較佳的比例值。

　　蓄冰罐

　　蓄冰槽容量

　　Q′=n2*q*T2

　　板式換熱器選型

　　F=Q/(K×Δtm)

　　公式中Q為總換熱量;K為換熱系數(shù);Δtm 為對數(shù)平均溫差;

　　水泵

　　冰蓄冷系統(tǒng)中，由于乙二醇價格較高，對水泵的密封性能要求較高。一般建議采用帶機械密封的水泵，可以減少漏液或幾乎不漏液。

　　水泵選型：根據(jù)流程，確定滿足各種工況下的最大阻力和流量;為達到節(jié)能的目的，盡量選用多臺泵。

　　該工程采用并聯(lián)流程，初級泵流量=Q/C×Δt

　　揚程P(估算)=P主機+P蓄冷罐+P管道+P閥門

　　揚程P=P換熱器+P蓄冷罐+P管道+P閥門

　　水泵選型后，還需與自控專業(yè)配合，校核各工況下的流量和阻力分配，以及三通閥的調(diào)節(jié)能力能否滿足工況要求等。

　　考慮以下幾點

　　a〕采用主機上游的串聯(lián)系統(tǒng)，主機上游回水先流經(jīng)主機，使主機在較高的溫度下運行，提高了壓縮機的效率，使能耗降低。

　　b〕蓄冰裝置發(fā)科(FAFCO)標準蓄冰槽。發(fā)科(FAFCO)標準蓄冰槽有以下優(yōu)點∶在保證導(dǎo)熱性能的同時，徹底杜絕腐蝕隱患，重量輕;采用不完全凍結(jié)式，可提供穩(wěn)定的低溫載冷劑，減小循環(huán)水泵的流量及相應(yīng)管道的管徑，降低初投資;外結(jié)冰，無內(nèi)應(yīng)力，使用壽命長;傳熱面積大，結(jié)冰融冰速率穩(wěn)定;結(jié)冰厚度薄，制冷主機運行效率高。

　　c〕設(shè)計日聯(lián)合供冷時，采用主機優(yōu)先模式，主機一直滿負荷運行，機組利用率高，主機和蓄冷盤管容量最小，投資最節(jié)省。

　　d〕所有水泵采用原裝進口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，變頻運行。整個供冷期，大部分時間都為部分負荷，水泵通過無級調(diào)速.變頻，節(jié)能效果明顯。

　　評價蓄冰系統(tǒng)的幾個指標

　　1、制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度

　　蓄冷空調(diào)系統(tǒng)特別是冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)在蓄冷過程中，一般會造成制冷機組的蒸發(fā)溫度的降低。理論上說蒸發(fā)溫度每降低 l℃，制冷機組的平均耗電率增加 3%。因此在配置系統(tǒng)，選擇蓄冷設(shè)備時應(yīng)盡可能地提高制冷機組的蒸發(fā)溫度。對于冰蓄冷系統(tǒng)，影響制冷機組的蒸發(fā)溫度的主要因素是結(jié)冰厚度，制冰厚度越薄，蓄冷時所需制冷機組的蒸發(fā)溫度較高，耗電量較少;但是制冰厚度太薄，則蓄冰設(shè)備盤管換熱面積增加，槽體體積加大，因此一般應(yīng)考慮經(jīng)濟厚度來控制制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度。

　　2、名義蓄冷量與凈可利用蓄冷量

　　名義蓄冷量是指由蓄冷設(shè)備生產(chǎn)廠商所定義的蓄冷設(shè)備的理論蓄冷量(一般比凈可用蓄冷量大)。 凈可利用蓄冷量是指在一給定的蓄冷和釋冷循環(huán)過程中，蓄冷設(shè)備在等于或小于可用供冷溫度時所能提供的最大實際蓄冷量。

　　凈可利用蓄冷量占名義蓄冷量的百分比例值是衡量蓄冷設(shè)備的一個重要指標，此比例值越大，則蓄冷設(shè)備的使用率越高，當然此數(shù)值受蓄冷系統(tǒng)很多因素的影響，如蓄冷系統(tǒng)的配置，設(shè)備的進出口溫度等。對于冰蓄冷系統(tǒng)此數(shù)值可近似為融冰率.

　　3、制冰率與融冰率

　　目前制冰率(IPF)有兩種定義，一是指對于冰蓄冷式系統(tǒng)中，當完成一個蓄冷循環(huán)時，蓄冰容器內(nèi)水量中冰所占的比例.另一個是指蓄冰槽內(nèi)制冰容積與蓄冰槽容積之比。而融冰率是指在完成一個融冰釋冷循環(huán)后，蓄冰容器內(nèi)融化的冰占總結(jié)冰量的百分比。制冰率與融冰率這兩個概念是冰蓄冷式系統(tǒng)中評價蓄冰設(shè)備的兩個非常重要數(shù)值 融冰率與系統(tǒng)的配置有關(guān)，對于串聯(lián)式制冷機組下游的系統(tǒng)，蓄冷設(shè)備的融冰率較高;反之，則較低。而并聯(lián)系統(tǒng)的融冰率界于兩者之間。

　　4、冷特性與釋冷特性

　　通常蓄冷系統(tǒng)的蓄冷溫度取決于蓄冷速率和這一時間蓄冷槽體的狀態(tài)特性，對于外融冰式系統(tǒng)是指內(nèi)管壁的結(jié)冰量。對于蓄冷時間短的蓄冰系統(tǒng)，一般需要較高的蓄冷速率，即指較低的(平均)蓄冷溫度蓄冷;反之，蓄冷速率慢，蓄冷溫度較高。一般情況下蓄冷設(shè)備生產(chǎn)廠商都可以提供各種蓄冷速率下最低蓄冷溫度值。 對于蓄冷設(shè)備如容器式、優(yōu)態(tài)鹽式，在蓄冷過程的初期會產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，過冷現(xiàn)象僅發(fā)生在蓄冷設(shè)備已完成釋冷，內(nèi)無一點余冰時，其結(jié)果是降低了蓄冷開始階段的換熱速率。過冷現(xiàn)象可以通過添加起成核作用的試劑來削減其過冷度值。據(jù)國外資料介紹，某種專利成核劑可限制過冷度在-3℃～-2℃之間。

　　對于蓄冰式系統(tǒng)，在釋冷循環(huán)過程中，若釋冷溫度保持不變，則釋冷量會逐漸減少;或當釋冷速率保持恒定時，釋冷溫度會逐漸上升。這對于完全凍結(jié)式，容器式蓄冷設(shè)備表現(xiàn)特別明顯，這是由于盤管外和冰球內(nèi)的冰在大部分是隔著一層水進行熱交換融冰，同時換熱面積是在動態(tài)變化;而對于制冰滑落式，冷媒盤管式蓄冷設(shè)備，溫水與冰直接接觸融冰，釋冷溫度相對保持穩(wěn)定。

　　對于蓄冷設(shè)備如容器式、優(yōu)態(tài)鹽式，在蓄冷過程的初期會產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，過冷現(xiàn)象僅發(fā)生在蓄冷設(shè)備已完成釋冷，內(nèi)無一點余冰時，其結(jié)果是降低了蓄冷開始階段的換熱速率。過冷現(xiàn)象可以通過添加起成核作用的試劑來削減其過冷度值。據(jù)國外資料介紹，某種專利成核劑可限制過冷度在-3℃～-2℃之間。對于蓄冰式系統(tǒng)，在釋冷循環(huán)過程中，若釋冷溫度保持不變，則釋冷量會逐漸減少;或當釋冷速率保持恒定時，釋冷溫度會逐漸上升。這對于完全凍結(jié)式，容器式蓄冷設(shè)備表現(xiàn)特別明顯，這是由于盤管外和冰球內(nèi)的冰在大部分是隔著一層水進行熱交換融冰，同時換熱面積是在動態(tài)變化;而對于制冰滑落式，冷媒盤管式蓄冷設(shè)備，溫水與冰直接接觸融冰，釋冷溫度相對保持穩(wěn)定。

　　實際上，蓄冷設(shè)備很少保持釋冷速率恒定不變，實際釋冷速率取決于空調(diào)負荷曲線圖，特別是最后幾個小時的空調(diào)負荷值最為重要，這決定了釋冷循最高釋冷溫度值。 因此，對于同種類型的蓄冷設(shè)備，哪一種在實際釋冷速率條件下，保持恒定釋冷溫度的時間越長，哪一種設(shè)備的性能越好。

　　5、占用空間，安裝靈活

　　蓄冷設(shè)備的占用空間是業(yè)主與設(shè)計者應(yīng)重點考慮的項目，特別是高樓林立的都市地區(qū)，寸士即寸金，有時為增加停車位，而放棄采用蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，因此蓄冷設(shè)備的單位可利用蓄冷量所占用體積或面積是衡量蓄冷設(shè)備的一項重要指標，應(yīng)優(yōu)先考慮占用空間少，布置位置靈活的蓄冷設(shè)備。

　　6、熱損失

　　在設(shè)計蓄冷槽體時應(yīng)注意：槽體必須有足夠的強度克服水，冰水混合物或其它冷媒體的靜壓，槽體應(yīng)作防腐防水處理，同時應(yīng)防止水的蒸發(fā)。對于埋地式蓄冷槽，槽體還須承受泥土和地表水對槽體四周的壓力。 蓄冷槽體一般每天有l(wèi)—5%的能量損失，其數(shù)值大小取決于槽體的面積、傳熱系數(shù)和槽體內(nèi)外溫差。對于埋地式蓄冷槽設(shè)計時必須考慮其冷損失，通常換熱系數(shù)取 0.58～1.9W/ M2.K。槽體材料可選用鋼結(jié)構(gòu)、混凝土、玻璃鋼或塑料。

　　7、安全性，可靠性

　　蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，主要應(yīng)用于商用大樓，特別是都市人口稠密的地區(qū)，其系統(tǒng)首先應(yīng)考慮安全性。 通常蓄冷設(shè)備的維修量很小，如內(nèi)融冰式、容器式、優(yōu)態(tài)鹽式等.但對于冷媒盤管式系統(tǒng)，由于制冷劑在蓄冷設(shè)備內(nèi)直接蒸發(fā)，蒸發(fā)面積很大，制冷劑需求量也很多，蓄冷設(shè)備的安全性與可靠性是十分重要的。而對于制冰滑落式，冰晶式蓄冷設(shè)備的機構(gòu)維修問題應(yīng)予以重視。

　　8、使用壽命

　　通常常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命 15—25年，同樣對于蓄冷設(shè)備的使用壽命也應(yīng)加以限制，一般最少應(yīng)有15年以上的使用壽命，以保證設(shè)備的可靠性。 例如，對于優(yōu)態(tài)鹽式系統(tǒng)，其使用壽命周期應(yīng)在相變次數(shù)3000次以上仍保持系統(tǒng)原有的名義蓄冷量和凈可利用蓄冷量。

　　9、經(jīng)濟性

　　蓄冷空調(diào)系統(tǒng)無論是采用部分蓄冷還是全部蓄冷，其初期投資通常均比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高，這就要求設(shè)計者應(yīng)正確掌握建筑物空調(diào)負荷的時間變化特性，確定合理的蓄冷設(shè)備及其系統(tǒng)配置，制定系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)策略，準確地作出經(jīng)濟分析，以便投資者可以在短時間里以節(jié)省電費的形式收回多出的投資.一般情況下，在一個已設(shè)計好的蓄冷系統(tǒng)中可以以單位可利用蓄冷量所需的費用來衡量蓄冷設(shè)備。另外，蓄冷系統(tǒng)的配置也影響蓄冷設(shè)備的大小。