动态冰蓄冷技术（精选7篇）
动态冰蓄冷技术 篇1
随着经济的高速发展和人民物质生活水平的不断提高,电力的需求愈来愈大。夏季白天电力负荷较高,此时建筑物的空调系统也全面使用,促使电力负荷达到高峰。为了满足这种电力需求高峰,发电站必需增加发电容量。然而夜间负荷却急剧下降,形成电力负荷波谷, 有电送不出,造成发电设备和电力的双重浪费。尤其过了夏季,建筑物的空调系统多数停止使用,浪费现象更为严重。蓄冷技术的应用能够实现电网电力的移峰镇谷, 即制冷机在夜间电力低谷时段运行,降低蓄冷剂温度(甚至冻结),储存的冷量来供应全部或部分空调负荷, 以减少或不开制冷机。这样既能保证制冷效果,又可降低电站的装机容量。另外,用冷场合与产冷场合的时间、 空间发生矛盾时,也可使用蓄冷剂。如对于中、短途冷藏运输,随车又没有制冷设备,就可以采用在停车时蓄冷,开车时供冷的方法。
因此蓄冷空调技术不仅可以很好地转移尖峰用电至低谷用电的时间段,也能在一定程度上改善城市峰谷供电平衡减少电站新建数量和输配电的损失量,同时,采用蓄冷空调技术也可以起到削峰的作用,防止用电负荷高时供电压力大。
1冰蓄冷空调工作的原理
空调蓄冷的原理就在于其是将电网低谷时间段“便宜能源”储存起来,当处于需要用大量能量的峰值时段时,将事先储存的冷能释放出来,满足峰值时期负荷的要求。目前,由于各国都在大力研究空调工程的蓄冷, 蓄冷形式种类比较多。如果按贮存冷能的形式来划分的话,则可以分为显热蓄冷和潜热蓄冷。
2冰蓄冷空调系统的优点
1)合理使用能量, 平衡城市的用电负荷,不浪费对发电厂的扩容投资。空调蓄冷系统的运行费用由于电力部门实施峰、谷分时电价政策,比常规空调系统要低, 分时电价差值越大,得益越大。转移制冷机组用电时间, 起到转移电力高峰期用电负荷的作用。有利于提高发电效率、有效利用能源排放等。从全局而言,具有重大的社会和经济效益。
2)与常规空调相比,空调蓄冷系统的制冷设备容量小于常规空调系统,一般可减少30% ~ 50%,系统中制冷设备运行的比例增大状态稳定,提高了设备利用率, 也降低了制冷剂的消耗量和泄漏量,对于使用氟利昂制冷剂的机组会减轻对大气臭氧层的破坏。同时,主机的容量减少也降低了噪音,改善了工作环境等。
3)由于制冷系统在夜间工作,冷却水温度较低, 因此冷凝温度低,使制冷系统的效率提高。同时制冷系统在满负荷条件下的运行比例增大。
4)解决了中短途冷运途中用冷场合与产冷场合的时间或空间矛盾。
要注意的是蓄冷系统并不一定节电,而是合理地使用峰、谷段的电能。
3蓄冷常用的形式
1)冷藏用冷板:在四周封闭的夹层板中充入盐水或醇类、烯醇类溶液作为冷冻液,并在其中添加一定量的缓蚀剂。板内设有充冷的盘管、氟利昂、氨等制冷剂工质可在盘管中循环。这样就制成了所谓的“冷板”(又称共晶冰板)。充冷时,制冷剂工作,冷板相当于制冷系统的蒸发器,冷冻液盘管中的制冷剂吸收热量在相当的冻结点冻结成共晶冰。如此,大量冷量被以共晶冰的形式存储起来。在制冷机停止工作时, 共晶冰吸收融化, 为被冷却对象提供冷量。将装有冷冻液的冷板安装的隔热的冷运工具里,就可以在运输途中释放很大的蓄冷量。
冷板用冷冻液通常分为高温和低温两大类。高温冷冻液(如硝酸钾)冻结,用来运输蔬菜水果等易腐烂货物;而低温冷冻液(如氯化钠)可用来运输肉类、冰激凌等货物。
2)水蓄冷:从1960年代开始,发展了利用夜间廉价电力的水蓄冷及时。它是利用显热蓄冷的一种方式。 蓄冷剂水( 即冷冻水一般存储的温度为4℃~ 7℃,供水、 回水温度差为5℃~ 11℃,使用常规空调冷水机组制取7℃左右冷冻水就可实现。也有些地方可利用消防水池做蓄冷池。
3)冰蓄冷:冰蓄冷是潜热蓄冷的一种方式,冰蓄冷每公斤蓄冷量比水蓄冷每公斤蓄冷量高16倍。在提供同样容量冷量的条件下,蓄冰槽的容积是徐水草的1/3。法国的西亚特是最早将蓄冰球商业化的公司。它的蓄冷装置是一个小的独立冰球,将冰球放在充满乙二醇溶液的蓄冰槽内,通过乙二醇溶液的流动来进行冰球的换热,充冷时,夜间电力驱动制冷机组运转,载冷剂乙二醇溶液流经制冷机组中的蒸发器,获得冷量后留至蓄冷装置,使蓄冷装置内的冰球结成冰晶,将冷量储存起来,冰球的结构如图1所示。释放冷量时,通常制冷机组不运行,载冷剂乙二醇水溶液流经蓄冷装置,冰球内的冰晶融化,将储存的冷量带出,送往空调用户。蓄冰球的特点是一般使用PE材料为外壳,耐腐蚀,使用寿命可以达到20年以上;球内使用了专业配方的添加剂,可以使冰球内的水结冰适度快,快速形成晶核,过冷温度低,提高了蓄冰时的效率;在使用中如果发生个别冰球破损不会影响系统运行;由于乙二醇溶液在冰球外循环,与传统的制冷系统类似,蓄冰容量主要看蓄冰槽的大小,系统改造方便;在结冰和融冰的过程中,蓄冰球一直处在悬浮状态,适用于整地面、地上、开式、 闭式、钢制、混泥土制的蓄冰槽中维护方便。
另外,使蓄冷槽中的水结成冰制冷机组必须提供-3℃~ -5℃的低温,这比常规空调用冷冻水的温度要低10℃左右。因此。不能使用常规的空调用冷水机组制冰,需用能够制冰的制冷机组。与利用显热的水蓄冷相比,虽需要提供-3℃~ -5℃的低温(蒸发温度), 但由于释放冷时能够获得低温载冷剂供空气处理系统使用,空调用户就可以采用低温送风。这样不仅可以减少送风系统和水系统的尺寸,而且能降低输送的耗电减少管道尺寸和水泵电量消耗,从而节省空调系统的投资和运行费用。
4冰蓄冷空调系统的应用
冰蓄冷空调系统控制方式比常规空调系统控制方式要复杂,可以提供多种蓄冰方式提供最大的经济和社会效益。选择适当的控制方式可以满足用户不同的供冷需要。某办公楼采用冰蓄冷空调系统,空调使用面积5 600m2, 夏季最大冷负荷900k W,夏季全日冷负荷6870k W、采用水冷双螺杆双工况冷水机组和一套冰球蓄冰装置:槽蓄冰量3 600k W/h,体积80m3,冰球70m3。载冷剂为乙二醇溶液。系统控制流程如图2。
通过上图可心看出,冰蓄冷空调系统由冷冻水系统, 冷却水系统和乙二醇系统3部分组成。而一般常规调系统只有冷冻水和冷却水系统。因此,冰蓄冷系统比常规空调系统的控制要复杂。下面简便介绍冰蓄冷空调的几种控制方式的系统流程:
1)机组制冰模式:主要在夜间电费低时运行方式。 乙二醇初级泵运行,经过机组降温,将蓄冰槽内的冰球降温至球内的水结成冰,将冷量存储起来。
2)融冰供冷模式:夜间蓄冷完毕后白天利用蓄冰槽内冰球的冷量给末端设备供冷。此模式下次级泵开启, 经过板式换热器,两通阀、蓄冰槽、三通阀等设备完成循环过程,三通阀的3支路主要是起到调节流量而调节板换的温度的作用,当板换出口温度达到设定值时,三通阀2支路开启度增大,乙二醇循环水不经过蓄冰槽降温直接回到次级泵,在融冰模式下主机不用开启只需给次级泵供电。
3)联合供冷模式:此种模式蓄冰槽内必须预先蓄冰。主机、蓄冰槽、初级泵、次级泵都开启,一起给板式换热器供冷,来降低冷冻水的温度。
4)机组供冷模式:机组供冷模式时主机、次级泵、 三通阀开启、蓄冰槽关闭。主机直接通过板式换热器给冷冻水侧的末端设备降温。
5结论
任何事物都有两面性,冰蓄冷空调同样也有其缺点, 首先是其初投资比常规空洞系统大,一般要大1/3以上, 其次机房占地而积比常规空调大,蓄冰槽需要大量位置安置;再次,增加了设计、施上及调试难度。运行管理比较复杂,由于设备比常规空调系统复杂,增加了后期管理维护难度,维护费用较高。
通过以上分析,尽管采用冰蓄冷空调系统增加了初投资,但是大大减少了运营期运行费用,且增加的投资额可以在一定年限内通过运行费用的节省收回。
参考文献
[1]严德隆,张维君.空调蓄冷应用技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1997(5).
[2]庄友明.冰蓄冷空调的运行模式及制冷主机容量确定[J].流体机械,2003(2):56-59.
[3]李先庭,张雁.冰蓄冷串联系统节能力法研究[J].制冷技术,2001(1):26-28.
简述冰蓄冷空调系统节能运行操作 篇2
关键词：冰蓄冷空调 系统优化 运行控制策略
中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-01
1 冰蓄冷空调发展过程
冰蓄冷技术在空调领域人应用，大概经历了3个阶段。
（1）20世纪初期，以消减空调设备装机容量为主要目标，以小冷机带动大负荷冰蓄冷阶段，主要在一些周期性使用，供冷时间短的建筑。
（2）20世纪中期，以转移尖峰用电时段空调用电负荷为主要的冰蓄冷，主要在一些只在用电高峰时段使用空调的单位，对于单纯的冰蓄冷工艺，由于蓄冷过程需降低蒸发温度，因而降低了制冷效率及增加了制冷时的电耗，所以虽然表面上运行费降低了（由于实行峰谷电价差与其它优惠措施），但实际电能消耗却增加了，而且总投资也高，偿还期一般在4年以上。
（3）从80年代末至90年代中期开始，除了转移尖峰用电时段的空调负荷外，又增加了利用冰蓄冷的“高品位冷能”，以提高空调制冷系统整体能效和降低整体投资及建筑造价、改善室内空气品质和热舒适为目标的冰蓄冷空调阶段。
2 冰蓄冷空调系统特点
冰蓄冷空调系统与传统空调系统相比，具有以下几个方面的特点：（1）具有较高经济性。由于冰蓄冷系统一般在晚上用低谷电进行工作，这一时间内电价比较便宜，因此，能够大量节省用电费用，降低了运行费用，效果明显。（2）有利于缓解电网运行负荷，因该空调系统多数是在夜间用低谷电时段运行，避开了用电高峰，这样不仅提高电网的利用率，同时也降低了建筑的能源消耗，在节能减排方面作用明显。（3）因该空调系统属于蓄能空调，故此当发生停电时，系统预先储备的冷量便可以发挥作用；（4）系统出水温度较之普通空调要低很多，为低温送风提供了较为有利工作条件。
3 冰蓄冷空调系统的运行优化控制策略
通过对安装冰蓄冷空调系统的建筑进行调查，结果显示有很大一部分系统由于运行控制策略制定不科学、不合理，导致实行制冷量储存的过少，从而难以达到系统运行的负荷要求，使得空调系统的使用效果不佳，针对这一问题，应对其运行流程进行优化，以此来达到最佳运行
效果。
（1）冰蓄冷空调系统运行策略。系统的蓄冷容量主要有全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷。部分蓄冷又可分为：负荷均衡蓄冷和需求限定蓄冷两种。
（2）基载负荷的提供方式采用双工况制冷机或基载制冷机提供。
（3）蓄冷系统的运行工况—制冷机和冰蓄冷装置在各时段的运行组合方式，主要有：制冷机储冰，制冷机单独供冷，蓄冰装置单独供冷、制冰机蓄冷并同时供冷、制冷机与蓄冰装置联合供冷以及待机6个运行工况。
（4）储蓄、释冷同期—系统在一个储蓄、释冷周期内所花费的时间，通常根据冷负荷的特点选择，一般采用24 h为一个储蓄、释冷周期。
（5）冰蓄冷空调控制策略。
①制冷机与蓄冰装置的运行—制冷机与蓄冰装置优先运行的次序，直接影响着蓄冷系统的初期投资和运行费用。为了有效地降低其费用，通常采用设计工况下的制冷机运行优先以及非设计工况下的蓄冰装置运行优先的策略。
②蓄冰时间的控制—为降低运行费用，系统蓄冷时间的确定一般以整个低谷电时段作为制冷机蓄冷的工作時间。
③系统流程：通常可按以下几个方面进行划分和选择。
a.制冷机与蓄冷装置的相互关系—依据选择的冰蓄冷方式和空调末端要求的进、出水温度及温差，确定系统的串联或并联形式。
b.制冷主机与蓄冰装置的位置关系—在串联形式中，依据选择的冰蓄冷方式的特性和系统运行的经济性确定制冷机的上游或下游设置方式。
c.制冷主机与蓄冰装置的位置关系在串联形式中，依据选择的冰蓄冷方式的特性和系统运行的经济性。
d.水泵的设置依据冷负荷容量大小和系统运行的经济性，确定各功能水泵的设置是单泵，双泵还是多泵等形式。
e.蓄冷系统与空调末端系统的连接方式—依据系统的容量大小和空调末端的使用和连接特性，选择直接或间接两种连接方式。
4 制冷机组运行优化控制
在整个空调系统当中，制冷机组与蓄冷设备同样重要，对其进行运行优化控制，能够使系统的运行达到更佳的效果。制冷机组在整个系统中起着直接供冷的作用，其供冷能力是有一定限度的，当系统的运行负荷超出这部分限度是，应采用蓄冷设备补充系统所需冷量的方式来加以解决。对于制冷机组的优先运行仅仅适合在电网运行比较稳定的地方使用，并且不存在电价差，全天电价一致。通过有效降低整个系统在用电高峰期的负荷值，能够达到降低系统运行费用
目的。
5 结语
总的来说，在我国能源日益紧张的今天，节能降耗已经成为必然趋势，对于建筑中能耗较大的空调系统而言，必须对其采取有效的运行优化控制策略，从根本上降低能耗。冰蓄冷空调系统本身的节能效果比常规空调系统明显很多，通过优化控制，能够达到最佳效果。因此，研究运行优化控制具有重要现实意义。
参考文献
[1] 崔彦锋，徐小容.网络与远程控制[M].北京希望电子出版社，2002.
冰蓄冷中央空调技术的应用 篇3
关键词：中央空调,冰蓄冷技术,施工工艺,优点
冰蓄冷中央空调技术是对能源利用方式的一种转移和改变。随着能源危机和峰、谷电价差异的出现,能够移峰填谷的冰蓄冷中央空调技术应运而生。本文结合某机场制冷站工程对冰蓄冷系统的原理、施工工艺、技术及经济等方面进行了分析与探讨。
1 工程概况
本工程为西北某机场制冷站,是扩建工程的配套项目,中央空调系统采用的是冰蓄冷系统,负责新建航站楼近8万m2的夏季空调负荷。最大冷负荷为4 800 Rt。蓄冷设备为4台640 Rt的双工况制冷机组(既可制冷也可制冰)和1台580 Rt的单工况制冷机组(仅制冷)。蓄冰装置为储冰量13 400 Rt·h的36套BAC冰盘管。其他设备为4台板式换热器及其配套设施。每天22:00～8:00制冰,9:00～17:00融冰补充冷量,从而满足新建航站楼的空调要求。
2 工艺介绍
与常规空调比较,冰蓄冷系统增加了一套介质为乙二醇的管路系统。制冷工况时,乙二醇管路接通双工况机组和冰盘管,形成一闭式回路,将机组释放的能量通过冰盘管的换能过程,使浸泡冰盘管冰槽中的水变成0 ℃的冰水混合物,将冷量储存起来。释冷工况时,乙二醇管路则接通了冰盘管与板式交换器,形成一闭式回路,将冰槽中储存的冷量通过冰盘管及板式交换器两个换能过程,从而将空调水的温度降下来,得到要求的冷媒参数。制冰融冰的过程转换是通过电动阀门按程序自动控制的。由于整个制冷系统采用微电脑控制,自动化程度很高,可在多种运行模式下转换,从而使冰蓄冷工艺在最大效益下运行。冰蓄冷系统流程图见图1。
2.1 单制冰系统
在夜间用电低峰时,启动制冷机,将储冰槽中冷冻成冰。乙二醇经制冷机→冰槽(储冷)→阀门2→制冷泵→制冷机(完成制冰过程)。
2.2 融冰系统
当空调系统冷负荷不大时,利用冰槽内冰的冷量通过板式冷交换器向空调系统供冷,供冷期间制冷机不运转,避开了用电高峰。乙二醇在冰槽内释放冷量(融冰)→阀门3→负荷泵→板换→制冷泵→阀门1→冰槽。
2.3 联合供冷系统
当日间冷负荷最大时,单靠制冷机或冰槽内的冷量不足以将空调冷冻水的温度降下来时,制冷机和冰槽共同工作从而保证空调系统对冷量的要求。乙二醇经制冷机(制冷)→冰槽(融冰释冷)→负荷泵→板换→制冷泵→制冷机。
3 施工工艺
为了工程质量目标的实现,体现公司计划落实,目标细化,措施得当,反馈有效和控制有力的指导思想,集中抓好前期管理,强化过程管理,确保后期质量管理。
3.1 施工技术准备
由于此项冰蓄冷技术工程为西北最大,且类似工程施工实例少,主要集中精力抓前期工作,为后续施工提供了保证。在工程前期对相关施工人员进行短期培训,了解冰蓄冷技术工艺流程,熟悉冰蓄冷技术施工工艺,使施工人员对冰蓄冷技术得到系统认识,减少后续工作失误。在设计方交底前,充分熟悉图纸,充分了解工艺流程,先进行内部会审,形成意见,并提出执行方案,以便在设计交底时充分和设计人员沟通。单位技术人员以管道布置为主,结合通风,电气管路的布置情况,按设计做出各工种管路的各局部剖面图,分析平面及立体布置,结合已选型设备的实际尺寸,选择最合理的管线布置,并征得设计方的认可。制冷站内ϕ273以上的管线500余米,但原设计并无支架的大样图,根据管线布置的具体情况,我单位技术部做出不同管路支架的大样图,得到建设方、设计方及监理方的认可,保证了工程质量和进度。
3.2 乙二醇管路的清洗要点
冰蓄冷系统的主要部分为蓄冰设备和蓄冰装置。系统中的施工重点就是乙二醇水溶液循环管道的施工。
乙二醇会与管道中的焊渣、锈蚀物产生一种纤维状的粘合物,容易堵塞设备管路,从而影响储冷和释冷的效果,所以管路冲洗尤为重要。在施工前期编制详尽可行的作业指导书,明确冲洗的流量及流速,在施工过程中,落实到责任人专门负责。冲洗管道时应反复冲洗,特别应注意清洗设备接口处的过滤器。相关负责人应检查落实清洗水的情况,直至肉眼观察冲洗水的进水与出水无差别,并将水排尽后,立即向管路内注入乙二醇介质。
3.3 管路和设备的绝热
冰蓄冷工程中乙二醇管路温度最低达到-6 ℃,冷冻循环水管路最低也到3 ℃,所以管路及设备的绝热就特别重要,绝热采用的是橡塑材料,乙二醇管路要求绝热厚度为50 mm,水管路为40 mm。在施工中确保管路及设备绝热密实不间断,在保证绝热效果的前提下,做好观感处理。
4经济性分析
采用冰蓄冷后,系统一次性投资可减少3台580 Rt制冷主机及相应辅机,由于增加了储冰槽等设备,整个系统设备投资增加约680万元。可节省电力增容费:3×580×1 500=261万元。每年运行费用可节约电费:[(0.92 k W/Rt×13 400 Rt·h×1.06)-(1.27 k W/Rt×13 400 Rt·h×0.35)]×100=85.45万元。简单投资回收期=(680-261)/85.45=4.9年。由此可见,该机场航站楼采用冰蓄冷空调,其资金回收期不超过5年,作为西北地区最大的冰蓄冷工程,势必起到较好的社会效益,有利于推动冰蓄冷中央空调的发展,为电网移峰填谷及国家推动冰蓄冷工程的应用贡献了力量。
5冰蓄冷中央空调技术的优点
1)利用电网谷荷电力,平衡电网负荷,减缓发电厂和配套设施的建设。2)制冷机组容量减少,减少电力增容费和供电设备费以及每年运行的基本电费。3)利用峰谷荷电力差价,降低空调运行费用。4)冷冻水温度可低到1℃～4℃,能实现低温送风,冷却速度快,空调质量好,并节约空调末端用电功率和设备费用。5)冷却塔、冷却水泵配管等辅助设施减少,节约投资和运行费用。6)有条件使全年空调需冷量和供冷量一对一配合,可节约全年运转电力。7)具有应急冷源,利用建筑物自备电源,可不间断空调使用,提供其可靠性。8)可用于无电力增容条件或限制增容的空调工程。
6冰蓄冷中央空调技术展望
近年来随着产业结构的调整和社会消费水平的提高,用电负荷的构成也发生明显变化,使电网高峰时段用电负荷增长很大;而在电网低谷时间,用电明显减少,电网峰谷荷差拉大,低谷发电设备能力被闲置,水电弃水严重,资源浪费。据东北、京津唐、福建、四川、广东、浙江、山西、山东几个电网的统计,电网峰谷荷差均在25%～40%。采用经济和技术手段,使一部分可转移的高峰电力转移到电网谷荷时段用电,这将产生极大的社会效益,因此中央空调采用储冷技术实现向谷荷电要冷气是国家用电政策之所需,而国外发达国家冰蓄冷空调应用很广泛,均制订优惠政策予储冰系统,对用户转移高峰电力予以奖励,同时对有意使用储冰系统的用户享受半价甚至完全免费的谷荷电价,我国电力部门也对冰蓄冷给予极高的关注,各地电力部门纷纷制订优惠政策予以鼓励,所以说冰蓄冷空调技术的应用是世界性趋势,符合国际上提出的低碳、可持续发展要求,相信在我国的应用将会越来越广泛。
参考文献
[1]GB 50243-2002,通风与空调工程施工质量验收规范[S].
[2]GB 50019-2003,采暖通风与空气调节设计规范[S].
冰蓄冷空调系统技术经济性分析 篇4
工业发展迅速,导致电力负荷愈加沉重,昼夜用电差不断拉大。建筑用电负荷中,空调系统以其昼行夜停的运行机制具备了蓄能的先天条件。现行的空调蓄能方式有冰蓄冷,水蓄冷,液态盐蓄冷,汽水混合物、相变材料蓄冷等。虽然各种蓄能系统都可以实现对空调负荷削峰填谷,减轻电力负荷作用。但各种蓄能方式在空调系统中的应用推广还需要对比其经济性、技术性及适用性。
相比于相变材料,水作为蓄能介质廉价易得、性能稳定,国内学者对蓄冰蓄水系统进行了大量研究,技术可靠性也得到了广泛认可。蓄冰系统利用相变潜热,单位面积蓄冷能力强,在负荷周期长、夏季日负荷高的夏热冬暖地区应用经济性明显。而水蓄冷系统结构简单可利用建筑消防水池,主机出力大且能实现蓄冷蓄热,在冷暖两用建筑中经济性突出。
1 蓄冷空调经济性影响因素
1)电价政策。
蓄冷技术主要解决的问题就是用电负荷,因此决定其经济性的主要因素就是峰谷电价政策。目前在国内为了推广蓄能技术以缓解电网压力不断扩大使用地区及拉大电价差,纵向跨度不断拉大,且逐渐向二三线城市扩展。北部地区吉林省峰谷电价差达到3∶1,南部中心城市如深圳市电价差达到4.4∶1。
2)蓄冷率。
对于蓄冰蓄水系统,蓄冷率的大小直接影响蓄冷槽及整个系统设备初投资的大小。国内该方面的研究结果给出:根据蓄冷率比例变化的适宜范围、蓄冷率与冰蓄冷空调系统经济性诸因素的关系,得出了蓄冷率与系统初投资、年运行费用及投资回收期的关系曲线,蓄冷率在30%～40%为经济区[1,2]。
3)运行策略。
普通的蓄冷系统运行周期以1天为单位,不同的运行模式应对不同时段的负荷变化,最大限度地减少运行费用。而以数天或者一周为运行周期单位的蓄冷系统,如用于体育场馆和影院等,蓄冷的主要功用在于减小制冷设备的装机容量[3]。此外,也可以以年为运行周期单位蓄存冷量,称之为季节性蓄冷。季节性蓄冷指在冬季时将室外的“免费”冷量蓄存起来而在夏季使用的蓄冷方式[4,5,6]。由于受蓄冷密度和投资费用限制,一般采用冰作为蓄冷介质。
对于蓄冷空调的经济性影响因素是综合性的,需要各种约束条件的耦合与优化,因此在评价该系统时,不但考虑系统内部能效,还要适应环境、建筑使用特性。电价政策是宏观经济手段,针对系统经济性要在设计与运行控制上做出进一步的优化,从而得到最为经济的推广条件。
2 冰蓄冷空调系统技术经济分析方法
现阶段对于蓄冷空调经济性的分析评价主要有静态经济分析方法、动态经济分析方法和火用分析法。
1)静态经济分析法。
该分析法的指标为投资回收期。以蓄冷空调与常规空调相比所增加的初投资费用除以每年节约的运行费即投资回收期。回收期过后用户即可在运行费用上获得实际的经济效益。
式中:n—静态投资回收期;
ΔI—增加的投资费用;
ΔP—每年节日的运行费用;
F—设备总投资;
M·C—电力增容费;
W—财政政策补贴;
D·C—每月基本电费;
Gd—空调系统年运行费;
下角标1为冰蓄冷系统;
下角标2为常规空调系统。
在简单静态分析中可将典型空调设计日负荷分为100%、75%、50%、25%运行工况。
式中:Ti—工况负荷;
Di—第j时刻的电价,元/kWh;
Qj—空调系统在第j时刻用电量,kWh。
2)动态经济分析法。
该分析法可以分为动态回收期分析法和寿命周期投资分析法。与静态相比动态投资回收期分析法在其基础上考虑投资的时间价值所给出的标准折现率,最终得出结果为动态回收年限。如果还考虑资金的时间价值、能源价格受通货膨胀的影响等因素,则动态投资回收期还应将银行利率、物价上扬率、能源费用上升率计算在内。
式中:N—动态回收期,a;
s—考虑投资的时间价值所给出的标准折现率;
En—第n年的净收益;
K—投资结束年份;
In—第n年的投资。
寿命周期投资分析法是从整个设备使用寿命周期来进行经济分析的。寿命周期投资包括所有寿命期内的投资费用,建筑物的能耗费用,设备购置、安装、维修、材料更换等费用,以及它与投资有关的费用。所有资金量都要考虑过去和未来资金的等价性,转换成当前净资金总额。
式中:NVP—净现值;
Ic—一次性投资;
L—经济寿命。
3)火用分析法。
该方法是对系统主要设备(如冰蓄冷的压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器和蓄冰槽等)的火用平衡、火用效率、火用损失作分析。从能量角度出发,通过火用分析与能分析的比较,说明了对冰蓄冷系统侧火用分析的必要性。任志宏、蒋福伟[7,8]运用火用分析模型,对一具体的冰蓄冷系统进行了火用分析,通过对蓄冷过程中各环节的火用损失进行计算、比较和分析,指出了系统中各部件火用损失的大小和成因,指出了提高系统火用效率的方法及途径。
3 工程实例分析
在工程应用中静态分析法能够较为简洁直接地表达蓄冷该系统与常规系统在初投资及运行费用方面的经济性,以下工程实例采用简单静态分析法。
3.1 工程概况
广东省属于夏热冬暖地区,供冷期相对较长。该项目位于深圳市南山科技园国人大厦办公楼。建筑面积为73939m2,建筑总高度为74.83m。地下3层,地上7层研发中心。夏季空调设计日峰值冷负荷为2196USRT,设计日总冷负荷为23811 USRTH,建筑逐时冷负荷如表1所示。建筑夏季逐时冷负荷图如图1所示。
3.2 蓄冰系统设计方案
结合负荷特性、投资及运行费用经济性,空调制冷冷源采用部分蓄冰方式,设置双工况冷水机组和基载冷水机组。主机与蓄冰装置串联,主机上游。供/回水温7℃/12℃,乙二醇侧3.5℃ /10.5℃。工程设计中,制冷主机装机容量及蓄冷量计算尤为关键。
式中:Qc—双工况制冷主机装机容量,kW或RT;
Qs—蓄冰槽容量,kWh或RTH;
N1—白天制冷主机在空调工况下运行小时数,由于制冷主机不一定均满负荷下运行,计算式可取0.8～1h;
Cf—冷水机组系数,即冷水机组蓄冰工况制冷能力与空调工况制冷能力比值;
N2—夜间制冷主机在蓄冰工况下运行小时数,h。
该工程中夏季设计日总冷负荷23811 RTH,蓄冰系统去除机载主机承担冷负荷为18811 RTH,初步计算Qc为1045 RT,Qs为5852 RTH,此时蓄冰率为31%。按照暖通设计标准扩大设备欲量选择空调工况制冷量为586 RT,制冰工况为433 RT的双工况离心式制冷主机 2台,制冷量为400 RT螺杆式基载制冷主机1台。
检验计算:根据实际负荷特性双工况主机白天空调工况运行最大小时数为10h。Cf修正系数为0.7,因在设计中采用1台或2台机组全开状态,N1修正系数为1h。蓄冰系统去除机载主机承担冷负荷为18211 RT。
检验结果如下:Qc为1167 RT,Qs为6537 RTH,此时蓄冷率为36%。最终确定该系统蓄冰总量为6540 RTH。通过检验计算可以得出所选设备复合设计要求,蓄冰装置有足够的欲量。具体设备选型如表2所示。
3.3 运行控制策略
该项目采用优化控制策略,根据逐时负荷变化规律,以运行费用最小、融冰比例≤10%作为约束条件,机载主机制冷,双工况主机制冷与融冰供冷线性结合,且融冰供冷优先,使用户支付的电费最少。这种控制策略对于非典型设计日具有显著的经济性。工程实例中运行控制采用4种运行工况(见图2～图5)。
100%设计日峰值冷负荷2196 RT;累计冷负荷23811 RTH;蓄冰装置承担的峰值负荷624 RT,占峰值负荷的27%,蓄冰装置承担的累计冷负荷6500 RTH,占日总冷负荷的27.5%。
75%设计日峰值冷负荷1647 RT;累计冷负荷16815 RTH;蓄冰装置承担的峰值负荷647 RT,占峰值负荷的39.28%,蓄冰装置承担的累计冷负荷6490 RTH,占日总冷负荷的38.6%。
50%设计日逐时负荷分布情况,空调系统按对应策略运行,蓄冰装置承担的冷负荷占总冷负荷的55.4%。
25%设计日逐时负荷分布情况,空调系统按对应策略运行,蓄冰装置承担的冷负荷占总冷负荷的100%。
上述运行策略对应的4种运行工况动作流程如图6所示。配合阀门动作流程如表3所示。
3.4 经济性分析
采用简单静态分析法,计算出该项目冰蓄冷系统与常规系统初投资差值及运行费用差值。若该项目采用常规空调系统则设备选型(与冰蓄冷设备同品牌)为:常规水冷离心式制冷机组821 RT,功率599kW,3台;冷水泵550m3/h,功率90kW,35m,4台;冷却水泵670m3/h,功率110kW,33m,4台;冷却塔800m3/h,功率22kW,3台。
3.4.1 投资计算
深圳市分时电价表如表4所示。根据表2冰蓄冷系统中机房内主要设备值及式(1)可得出冰蓄冷与常规系统初投资总值,如表5所示。
注:深圳市当年冰蓄冷项目电价补贴政策为10%贷款贴息,本次计算未费纳入其中。
注:初投资差值为290万元。
3.4.2 运行费用计算
深圳地区属夏热冬暖地区,供冷期相对较长,按250天计算。根据设计标准设计日负荷在整个供冷期时间分配为1%、42%、45%、12%,由式(2)计算得到运行费用如表6所示。
年基本用电差值为25.47万元,年运行费用差值为81万元。投资回收年限n=290/(81+25)=2.73a。
4 结论
该工程实例中蓄冷率取36%时,设计选型与实际选型一致,设计日蓄冰系统转移峰值负荷27%,实现了移峰填谷作用,年节约运行费用81万元,系统投资回收期为2.73a,冰蓄冷空调系统在供冷期较长的夏热冬暖地区实用性较强。
蓄能技术在空调系统中的应用已经得到了较为广泛的认可,但国内目前主要应用于发达城市、大型中央空调系统,推广应用还需电力优惠政策的跟进与技术革新。
通过对蓄冷空调系统经济性研究发现,现阶段研究工作多集中于单一系统内部的经济效益、价格对比,对蓄能空调的节能性、空气品质、多系统联合及在不同气候条件下应用的经济适用性方面缺乏关注。有待于通过今后的研究工作能够将系统形式具体分析,做到实际工程与室外环境相结合,实现综合经济型、综合节能型。
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浅谈空调冰蓄冷技术的现状与应用 篇5
所谓冰蓄冷空调, 即在夜间电网低谷时间 (同时也是空调负荷很低的时间) , 制冷主机制冷并由蓄冷设备将冷量储存起来, 待白天电网高峰用电时间 (同时也是空调负荷高峰时间) , 再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要或生产工艺用冷的需求。这样制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低峰期, 而在白天用电高峰期只有辅助设备在运行, 从而实现用电负荷的“移峰填谷”。蓄冰空调技术正是从电力用户着手, 参与电力调峰, 平衡电网, 充分利用谷期电力, 将部分峰期电力需求转移到谷期, 削减供电量, 减少电力建设投资, 保护大气环境。利用冰蓄冷技术, 还可转移50%高峰电力需求, 对缓解高峰电力压力, 提高能源使用效率和保护环境都将有巨大的社会经济意义。
2 冰蓄冷低温送风空调系统优化设计选用原则
欲设计好一个最佳的冰蓄空调系统, 首先要熟练掌握好关键性的设计原则:
2.1 冷媒蒸发温度要高。
蒸发温度每降低1℃, 主机平均耗电量要增加3%, 制冰的经济厚度以50cm为宜;
2.2 IPF要高 (即为结冰的体积占储冰槽内体积之比率) , 热损失减少。
一般IPF值在30%以上为可行;
2.3 储冰槽体积要小, 占地空间要小。原则上占地体积以不超过10m3/100RT为宜;
2.4 价格要便宜, 一般认为造价在6年内能回收即为可选用;
2.5 使用寿命要长。
我国审计报销年限为15年, 国际上20年、美国标准25年、故至少要按15年以上使用寿命期才符合实际要求;
2.6 溶冰及结冰速率要快;
2.7 系统必须完全可靠;
2.8 故障要少, 维护要简单方便;
2.9 主机要能直接提供系统的冷气;
2.1 0 整体系统运行转效率要高, 系统COP值不能低于2.5。
3 冰蓄冷空调系统的设计方法
3.1 冰蓄空调系统的设计步骤:
分9个设计程序来完成:3.1.1对空调系统的实地察看与有关图纸查阅;3.1.2可行性研究评估报告;3.1.3对建筑物空调冷负荷逐时进行计算;3.1.4制冷主机比较选择;3.1.5蓄冰器 (缸、槽) 的设计;3.1.6其他配套设备的规划选型;3.1.7控制系统设备规划设计;3.1.8完成施工图设计;3.1.9冰蓄冷空调的系统概 (予) 算。
3.2 合理确定最佳蓄冷比例的方法:
对空调负荷按科学比例分配给制冷机和蓄冷装置是可取的方法, 但对这个比例值的取定应做经济优化分析, 不能拼命追求为了最大电价差的使用, 而取很大的蓄冰比例, 以免蓄冷器容积过大, 这样变压器配电容量也将增大, 从而使运行费用增加。但如若蓄冷比例取值过小, 就不能突出蓄冷的优越性, 蓄冷设备固然减小了, 但制冷机却增大了, 在这当中存在着一个最佳配比设计问题, 应认真进行优化设计比较, 一般最佳蓄冷比例以30~70%之间为宜。
3.3 冰蓄冷系统的分类:
冰蓄冷的种类很多, 归纳起来有以下常用的几种:3.3.1完全冰结式;3.3.2优待盐式;3.3.3冰球、蕊心冰球工;3.3.4制冰滑落式;3.3.5热管式;3.3.6冰晶、冰片式;3.3.7冰盘管式;3.3.8供冷蓄冷双效机等等。
3.4 现阶段国内冰蓄冷空调系统形式。
3.4.1冰蓄冷与低温送风相结合。目前, 国内对冰蓄冷与低温送风系统的研究很多, 详细分析了系统的特点, 以及存在的问题。同时由于低温送风系统的末端装置对整个空调系统的性能有很大影响, 这方面的研究也很深入, 说明了这种系统在我国具有广阔的发展前景。在常规全空气空调系统中, 送风温差一般控制在8~10℃, 送风温度在15~18℃范围, 如果系统有再热, 则盘管出口空气温度可低到12℃左右。而在冰蓄冷系统中, 利用低温冷水, 可将盘管出口空气温度降到4~6℃, 送风温差可达20℃左右, 形成所谓“低温送风系统”。低温送风由于送风温度降低, 送风温差增大, 风量减少, 使其具有初投资省, 年运行费用低, 大大减少了空调的装机容量, 所需占用的建筑空间小, 增加建筑使用面积, 空气品质优良, 提高舒适度减少空调病, 创造好的经济效益等优点。与冰蓄冷系统相结合后, 由于它能够充分利用冰蓄冷系统所产生的低温冷冻水, 这在一定程度上弥补了因设置蓄冰系统而增加的初投资, 进而提高了蓄冷空调系统的整体竞争力, 是新世纪空调系统发展的方向之一。3.4.2冰蓄冷与热泵相结合。在过去的几十年里, 冰蓄冷和热泵这两项技术得到了蓬勃地发展, 在欧美等国家得以广泛地应用, 在我国近年来也发展迅速, 但是, 这两种相对独立的技术都具有一定的局限性, 冰蓄冷技术只能应用于夏季空调季节, 可起到削峰填谷的效益。但冰蓄冷技术无法提供冬季的采暖;同样, 热泵技术虽然可以同时提供冬季采暖和夏季制冷, 但却无法在夜间电力低谷时段蓄得冷量, 以起到削峰填谷的功效, 而这两项技术的结合后, 既可利用热泵技术同时满足制冷和采暖的需求, 又可采用蓄冰技术进行电网的削峰填谷。即使用户使用到了廉价的采暖方式, 又解决了污染问题, 还为电网的昼夜平衡做出了贡献, 可谓一举多得。
工程时实践证明, 采用冰蓄冷与水源热泵相结合的系统, 冰蓄冷技术是一种“日储能”系统, 可以转移大量的日间高峰电力到夜间低谷时段使用, 充分利用电网的日夜电差价, 解决夏季供冷问题, 热泵技术解决了冬季清洁供暖问题。如果普及结合热泵和蓄冰空调技术到我国的商业建筑上, 将对我国整个电网的结构性调整将起到重要作用:同时可取代大量的燃煤锅炉, 对我国的环境治理也将起到重要作用。因此, 热泵技术与蓄冰技术的结合必然具有广阔的经济前景和重大的社会效益。
目前, 国内仅有少数人对这种冰蓄冷与热泵相结合的系统进行研究, 有些公司和高校联合研制出了这种系统系统的核心部件小型复合空调器, 蓄冰槽在低谷电和夜晚室外温度较低时蓄冷, 然后利用蓄冷提高冷凝器出口制冷剂的过冷度, 不但增大空调器的制冷量, 而且充分利用蓄冰槽内的显热量。放冷结束后, 通过调节阀门, 蓄冰槽可转换成水冷冷凝器, 复合空调器变成热泵热水器, 提供生活热水的同时, 可以提供一定的制冷量。在采用水源热泵机组进行采暖空调, 通常会出现这样的问题, 建筑物冬季的热负荷往往小于夏季的冷负荷, 而热泵机组又往往都是制热量大于制冷量 (通常情况下热泵机组的制热量是制冷量的1.1~1.3倍) 。因此在机组选择的时候, 按照冷负荷标准进行机组的选择, 则会导致机组的制热能力大大超出建筑物的热负荷需求, 在供热上造成了机组投资和运行的浪费;而若按照热负荷标准选择的话, 则会出现夏季制冷量不够, 往往需要添加额外的制冷机组。三工况热泵机组解决了机组冷、热负荷不相配的问题。
4 我国蓄冰空调的应用前景
4.1 只要国内具备了技术先进, 可靠的冰蓄冷系统设备供货条件, 全国范围内将积极推广此项技术;
4.2 当前摆在中国电力部门和空调工程界科
技人士面前的一个紧迫任务是如何引进国外先进技术肖化吸收并提高, 建立我国自已的蓄冰空调设备系列;
4.3 冰蓄冷在当代制冷空调事业中有着极其
广阔的发展前景, 冰蓄冷低温送风空调将成为21世纪集中空调的“主流”系统。归纳起来有以下三个大项目:a.蓄冰产品一定要逐步国产化, 就是向国外购买专利, 组织在国内生产;b.将蓄冰空调系统积极推向高效率化, 降低系统耗电率, 提高性能系数;c.使用上安全、故障少、维护方便。
21世纪冰蓄冷空调的发展趋势应是建立冰蓄冷区域性空调低温供冷站, 这种供冷站可根据区域空调负荷的大小, 而建立大中、小三种类型的供冷站, 采用微电脑全自动控制, 应用十分方便。这类方式的供冷, 不需使用CFC冷媒, 保护环境、占地较小, 使用灵活、安装及运行费和低廉等优点。目前区域供冷空调, 对有意向减低空调成本的建设业主及管理人员来说, 无疑是一个最好的选择。
参考文献
[1]严德隆, 张维君.空调蓄冷应用技术[M].北京:中国建筑工业出版社.[1]严德隆, 张维君.空调蓄冷应用技术[M].北京:中国建筑工业出版社.
动态冰蓄冷技术 篇6
冰蓄冷空调系统能够实现对电网负荷的“移峰填谷”, 是现代空调发展的一个重要方向。而冰蓄冷空调系统的经济性是它能否得以推广的关键, 本文结合工程实例, 对冰蓄冷空调系统进行了经济分析与应用论证。冰蓄冷空调的经济效益分为两部分, 即社会经济效益和用户经济效益。改革开放以来, 我国政府投入了大量的财力建设电厂, 但仍满足不了年增长率为5%~7%的供电需要。近年来, 随着现代工业的发展和人民生活水平的提高, 中央空调的需求量越来越大, 一些大中城市空调用电量已占其高峰用电量的30%以上, 使得电力系统峰谷荷差加大, 电网负荷率下降, 电网不得不实行拉闸限电, 严重制约了工农业生产的增长和投资环境的改善[1], 而蓄冷空调系统对电网的移峰填谷无疑有巨大的社会经济效益。本文将对于冰蓄冷空调系统的用户经济效益进行详细讨论。
概括起来, 空调蓄冷的主要优点包括:降低发电设备装机容量, 提高发电设备平均效率, 提高电网运行的安全性;降低制冷机的装机容量, 提高设备的运行效率;降低用户电费支出等[2]。空调系统的总费用包括初投资和运行费用, 而采用冰蓄冷空调系统是否经济需要对其初投资和运行费用进行综合考虑, 采用适宜的经济性评价方法, 对于具体工程具体分析才能得出结论。
2 经济性评价方法
静态经济评价方法直观且实用, 在投资回收期后, 其每年节省的运行费用即为冰蓄冷空调系统为用户实现的经济效益。一般来说, 投资回收期5年以内认为经济可行[3]。
从宏观上说, 空调系统的初投资包含设备购买费用与安装调试费用两部分, 其中设备购买费用包括冷机、泵、冷却塔、冰槽、阀件、管路等;空调系统的运行费用由“基本电费”和“电度电费”两部分构成 (一部分城市仅考虑电度电费) , 电度电费是指实际用电量的费用, 即电价乘以用电量;基本电费按装机容量乘以基本电价 (按月收取) , 收取一笔固定费用。
冰蓄冷空调系统增加的初投资:
Is为冰蓄冷空调系统的初投资/元;Ic为常规空调系统的初投资/元。
冰蓄冷空调系统减少的运行费用:
Pc为常规空调系统的运行费用/元;Ps为冰蓄冷空调系统的运行费用/元。
投资回收期:
ΔI为冰蓄冷空调系统增加的初投资/元;ΔP为冰蓄冷空调系统减少的运行费用/元。
需要注意的是, 冰蓄冷空调系统不是一项短期投资, 在分析其经济效益时, 除整个系统的初投资与运行费用外, 还需考虑动态因素, 如通货膨胀率、贷款利率等。因此, 当投资回收期较长 (例如大于5年) , 采用动态的经济性评价方法更符合实际情况。
3 冰蓄冷空调经济性影响因素
影响冰蓄冷经济性的因素较多, 包括:电价政策、设计与运行策略等。
3.1 电价政策
电力增容费、电力报装费对于冰蓄冷系统初投资影响很大, 电力报装费或电力增容费越高, 冰蓄冷系统初投资降低越多, 甚至会低于常规系统, 在此情况下, 即使其他电价政策不变, 冰蓄冷系统可能已优于常规系统。其次, 峰谷电价政策对于冰蓄冷系统的运行费用具有直接影响。峰谷电价差越大, 冰蓄冷系统节省的运行费用越多, 使得回收期缩短。
此外, 还有一些其他的电价政策, 例如对于非工业性空调用电, 我国部分城市空调季按装机容量每月每千瓦收取一定费用, 给予奖励性补贴、免贷款等。总之不同的电价政策对于冰蓄冷系统的经济性影响非常大, 电价政策越倾向移峰填谷, 冰蓄冷系统用户收益越大。
3.2 设计与运行策略
冰蓄冷系统的设计蓄冷率对于其经济性具有关键影响, 设计蓄冷率越大, 冰蓄冷系统的装机容量越大, 蓄冷装置 (蓄冰槽) 容量越大, 冰蓄冷系统初投资增加, 但运行费用降低, 因此存在一个最佳蓄冷率, 使得冰蓄冷系统的投资回收期最短。另外, 冰蓄冷系统的运行策略亦颇为关键, 全蓄冷的运行策略充分利用了冰蓄冷系统的优越性, 运行费用节省最多, 但由于装机容量和蓄冷容量大, 此运行策略的初投资高。而部分蓄冷的运行策略相反, 其削峰能力较弱, 相对于全蓄冷的运行策略, 运行费用较高, 但初投资较低。
空调的冷负荷分布趋势对于冰蓄冷系统经济性影响较大。在空调高峰时段, 负荷呈高而窄分布时, 采用冰蓄冷系统最为经济, 这时候采用冰蓄冷系统能最有效的实现移峰谷。
4 冰蓄冷空调系统经济分析实例
西安某一实际盘管式外融冰冰蓄冷系统, 供冷给贵宾楼、酒店、信息中心、停车楼等多片区域, 总空调面积为32.34万m2;两座蓄冰槽共装有蓄冰钢盘管144台, 蓄冷量为29 600RTh, 下面分析与评价其经济性。
常规冷站是根据上述盘管式外融冰冰蓄冷系统设计日负荷设计, 设计日总冷负荷为153 370RTh, 尖峰负荷为10 210RTh。
两种系统主要制冷设备构成
盘管外融冰冰蓄冷系统主要制冷设备见表2。
常规系统主要制冷设备见表3。
4.2 两种系统初投资比较
盘管外融冰冰蓄冷系统初投资见表4。
常规系统初投资见表5。
4.3 两种系统运行费用比较
运行费用比较时间段为一个供冷季, 6月1日~10月9日。西安峰平谷电价见表6。
盘管式外融冰冰蓄冷系统运行费用见表7。
常规系统运行费用见表8。
4.4 投资回收期
通过计算可得, 此盘管式外融冰冰蓄冷系统的投资回收期:
投资回收期在5年之内, 可知此盘管式外融冰冰蓄冷经济性良好。
5 结语
外融冰冰蓄冷系统与常规系统相比, 初投资增加了67.4元;外融冰冰蓄冷系统与常规系统相比, 每个供冷季可节省19.7万元;外融冰冰蓄冷运行情况良好, 3.4年即可回收初投资, 之后的每个供冷季可比常规系统节省19.7万元, 在设备运行全生命周期内 (国内取15年) 可获得228.5万元的收益。
近年来, 更多地方推行了峰谷电价以及其他有利于冰蓄冷系统的政策, 随着此类优惠政策在更多城市的实行, 冰蓄冷系统一定可以更好地推广并且被广泛使用。
参考文献
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动态冰蓄冷技术 篇7
由于生产工艺的加工精密要求和人民生活水平的提高, 空调用电消耗增长迅速, 高峰电力紧张, 离峰电力又得不到充分应用。蓄冰空调正是在此背景和前提下诞生和发展起来的, 可在用电低谷时段启动主机制冰积蓄冷量, 在用电高峰时段运转水泵融冰释冷, 满足空调负荷需要, 将高峰时段高价电力转移为低谷时段的低价电力, 既达到削峰填谷的目的, 又降低了运行费用, 对供电系统和用户可谓双赢。政府采用“分时电价”政策, 推动了使用离峰电力的积极性。这就使离峰蓄冷技术得到重视和发展。
办公楼负荷尖峰时段集中, 选择可快速融冰的滑落式片冰冷水机组, 其工作原理如下。
1.1 制冰和制备冷水的过程
循环水通过循环泵进入布水器, 再通过布水器沿蒸发板表面流下, 而制冷剂由溶液泵从低压贮液器中送到蒸发板内, 制冷剂从上至下均匀地从蒸发板内表面流过, 当水温低于1℃时, 根据结冰时间的长短, 水在蒸发板外表面均匀凝结成5~9 mm的薄冰, 当水温为12~3℃时, 水只降温, 而不结冰。制冰/冷水过程见图1。
1.2 脱冰过程
部分热的制冷剂气体进入蒸发板内, 20~30 s后, 薄冰从蒸发板表面脱落, 落入蓄冰槽内, 破碎成小冰片。冷凝后的制冷剂回到低压贮液器继续循环。
1.3 融冰过程
在融冰过程中 (见图2) , 冰水取自蓄冰槽底部, 进入板式蒸发器内向空调负荷提供所需冷量。融冰时, 出水温度在整个融冰过程基本保持不变, 在融冰末期, 温度稍有升高。片冰机融冰曲线见图3。
常规蓄冰模式一般分为部分蓄冰模式和全量蓄冰模式两种。从初期的投资、占地面积等各种方面考虑, 现在绝大多数项目采用的都是部分蓄冰模式。并且因为全年空调负荷的不均衡性, 在负荷下降的月份里, 分量蓄冰系统能避免全量模式下系统设备闲置过多的问题。
2 案例冰蓄冷空调系统概况
该项目为超高层办公楼总建筑面积约75 970 m2, 其中空调面积约为45 000 m2, 夏季空调计算最大冷负荷共1868RTH (6 568 k W) ;夏季空调计算单位面积的冷负荷指标为146 W/m2。全日空调时间为8∶00~17∶00, 全日空调负荷为14 010RTH (49 260 k W) 见图4。
1) 制冷主机配置。
按电价最低的时间为8 h, 则此时的制冷机容量为:
按非空调使用时间全部用来运转制冷剂蓄冷 (即17∶00~8∶00) , 其容量为:
制冷机24 h运行, 则其容量为:
根据计算本项目为典型办公楼负荷, 选用分量蓄冷模式, 装机容量选择为584RT, 设备选型为双工况冷水机组二台与基载冷水机组一台联合供冷, 具体设备技术参数见表2。
2) 蓄冷方法为动态冰蓄冷和水蓄冷 (利用原有消防水池作蓄冷池) , 蓄冰槽容积880 m3, 消防水池冷水700 t, 要求蓄冰设备的总蓄冷量≥8 760RT。系统设计冷冻水温度为5℃/12℃ (供/回) 满足空调末端低温送风的需求。负荷高峰可利用消防水池实现“周末低谷电价蓄冷”功能。在蓄冰槽制冰蓄冷过程中, 消防水池蓄冷, 通过抽取蓄冰槽的低温水到消防水池, 维持消防水池的水温在2℃以下, 供冷时所蓄冷水可利用10℃温差。
3) 运行方式。
(1) 高温季节空调使用时间内由制冷机和蓄冷装置同时供冷, 非空调时间蓄冷15 h。以最大日负荷为例的运行控制见表3。
(2) 非高温和过度季节空调使用时, 优先利用消防水池和蓄冰槽的蓄冷冷量, 基载机组根据负荷情况投入。
(3) 基载机组用于夜间蓄冰工况时消防水池初始高温段降温蓄冷。
3 常规水冷系统与冰蓄冷系统对比及经济分析
经济效益分析:
1) 采用蓄冰空调系统的设备费比原常规系统约增加15% (仅机房部分增加, 末端费用不变) 。
注:非空调时间大型智能化信息机房、中控室和其他局部区域需要供冷基载机投入运行。
2) 由于采用冰蓄冷系统, 电力公司给予本工程极其优惠的政策, 减少供配电贴费、节约开关所及外线费用、减少399 k W的变配电设备费等。为此在供电工程上所减免和节约的费用已经大大超过了蓄冰空调系统所增加的费用, 给业主带来较大的经济效益。为此本工程因采用蓄冰空调增加的投资的回收期较短。
3) 节约电费预计为20%左右。
4) 用电移峰填谷比较明显。经实测证明在非高温季节, 日间用电高峰时段可完全由冰罐放冷运行。转移了高峰期用电。在春、秋过渡季节时, 除低谷时段开主机蓄冰外, 其他时段可不开主机。高峰、平价时段用电完全转移。
蓄冷空调与低温送风系统完美结合, 可以提供1~1.5℃的低温水, 因此特别适合低温送风系统, 实现大温差, 低温送风, 节省水、空气输送系统的投资和使用成本。降低空调水系统和风系统的一次投资, 使冰蓄冷系统的一次投资有可能低于常规空调系统。同时建筑的高度由于风道尺寸的减小而降低。
该冰蓄冷空调系统设计、施工及运行管理基本实现了:转移电力高峰期用电负荷降低运行费用、降低装机容量和提高设备利用率等优点。
4 结语
通过上文中对常规水冷空调与蓄冷空调系统的技术经济对比分析可见, 虽然设备的配置使得冰蓄冷系统初期投资比常规水冷空调系统略高, 但在日后的运营中, 冰蓄冷系统每一运营周期内可节省下一笔数目可观的运行费用, 并减少相应的电力设备配置。相比而言, 冰蓄冷技术在经济节能与可持续发展上较传统空调技术更具优势。在社会环境、能源问题、资源问题日益严重的今天, 冰蓄冷技术为建筑的节能提供了非常好的途径。相信随着相关冰蓄冷空调智能控制技术的不断成熟, 以及人们环保节能意识的不断增强, 冰蓄冷技术在国内工程中将有较目前更加广泛的应用。[ID:001264]
参考文献
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