冰蓄冷方式（精选6篇）
冰蓄冷方式 篇1
冰蓄冷空调系统具有移峰填谷、均衡用电负荷、提高电力建设投资效益等优点, 但这种宏观经济效益是就国家的全局利益而言的。若要建设冰蓄冷空调工程, 还必须让建筑业主获得经济效益。设计人员应根据建筑物的使用功能要求、建筑物的冷负荷特性、当地的电价政策、对冰蓄冷装置与主机的选配及控制策略、与控制模式的组合等方面进行多种方案的经济比较与优化分析, 得出科学的、实事求是的结论。
1 冰蓄冷空调系统原理及主要特点
1.1 冰蓄冷技术, 即是在电力负荷很低的夜
间用电低谷期, 采用制冷机制冷, 利用冰蓄冷介质的显热或者潜热特性, 用一定方式将冷量存储起来。在电力负荷较高的白天, 也就是用电高峰期, 把储存的冷量释放出来, 以满足建筑物空调或生产工艺的需要。
1.2 冰蓄冷空调系统具有以下主要特点:
(1) 降低空调系统的运行费用。 (2) 制冷机组的容量小于常规空调系统, 空调系统相应的冷却塔、水泵、输变电系统容量减少。 (3) 在某些常规空调系统配上冰设备, 可以提高30%~50%的供冷能力。 (4) 可以作为稳定的冷源供应, 提高空调系统的运行可靠性。 (5) 制冷设备大多处于满负荷的运行状况, 减少开停机次数, 延长设备寿命。 (6) 对电网进行削峰填谷, 提高于电网运行稳定性、经济性, 降低发电装机容量。 (7) 减少发电厂对环境的污染。
1.3 冰蓄冷系统的主要优点有:
(1) 转移制冷机组用电时间, 起到了转移电力高峰期用电负荷的作用; (2) 冰蓄冷系统的制冷设备容量和装设供率小于常规空调系统; (3) 冰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; (4) 冰蓄冷系统中制冷设备满负荷运行的比例增大, 状态稳定, 提高了设备利用率。
1.4 冰蓄冷系统的主要缺点:
是一次性投资比常规空调系统要高。如果计入共电增容费及用点集资费等, 有可能投资相当或者增加不多。冰蓄冷技术是利用峰谷电价的差别将用电高峰时的空调负荷转移到电价较为便宜的夜间, 从而节约运行费用, 缓解目前“电力不足、电量有余”的状况。但是, 传统的冰蓄冷空调系统只能节省运行费用而不节能, 从能量利用角度来看, 实际上是一种耗能系统。要想冰蓄冷技术真正得到推广, 首先要实行峰谷电价政策, 继续拉大峰谷电价差。其次, 解决冰蓄冷系统较常规系统的能量损耗和减少增加的初投资问题。
2 系统的组成及制冰方式分类
2.1 系统组成:
冰蓄冷空调系统一般由制冷机组、蓄冷设备 (或蓄水池) 、辅助设备及设备之间的连接、调节控制装置等组成。冰蓄冷空调系统设计种类多种多样, 无论采用哪种形式, 其最终的目的是为建筑物提供一个舒适的环境。另外, 系统还应达到能源最佳使用效率, 节省运转电费, 为用户提供一个安全可靠的冰蓄冷空调系统。
2.2 制冰方式分类:
根据制冰方式的不同, 冰蓄冷可以分为静态制冰、动态制冰两大类。此外还有一些特殊的制冰结冰, 冰本身始终处于相对静止状态, 这一类制冰方式包括冰盘管式、封装式等多种具体形式。动态制冰方式在制冰过程中有冰晶、冰浆生成, 且处于运动状态。每一种制冰具体形式都有其自身的特点和适用的场合。
3 冰蓄冷空调系统的设计、设备选型
3.1 制冷主机和冰蓄冷装置容量确定及设备选型
在系统冰蓄冷模式、运行策略及流程安排确定的情况下, 设备的选型设计主要是指主机选择、冰蓄冷槽、附属设备 (如泵及热置换器) 选择等。在进行冰蓄冷空调设计时, 应注意以下一些问题:
3.3.1 蒸发温度要高。
因为冰蓄冷式空调系统在蓄冰时, 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50mm为宜。
3.3.2 IPF要大。IPF值越大, 其热损失越少, 一般IPF在30%以上为可行。
3.3.3 价格要便宜。在6年内能收回投资视为可用, 5年内回收应该采用, 3年内回收绝对可用。
3.3.4 融冰及结冰速率要快。结冰时速度快, 节省电能, 融冰速率也要快, 以适应负荷的变化。
3.3.5 系统必须安全可靠。
维护要简单方便, 最少要有15年以上的寿命期。主机要能直接提供冷量, 其COP值不能低于2.6。
3.3.6 合理确定制冷机组、冰蓄冷设备和末
端装置的容量大小制冷机组、冰蓄冷设备及末端装置三者之间的输入输出特性是相互影响的, 确定制冷机组、冰蓄冷设备和末端装置的容量大小主要取决于最低蓄冷温度、最高取冷温度与最高使用温度 (冷冻水) 的高低。最低蓄冷温度值越低, 则制冷系统的蒸发温度也越低, 不利于制冷机组的运行, 同时机组的耗电率也越高;最高取冷温度越高, 蓄冷设备容量越小, 但使用温度越高, 所需末端装置的换热效果则越差。
4 评价标准
常规空调的主要评价标准为是否达到国标规定的空调设计参数要求, 即所谓的空调“四度” (温度、湿度、气流速度、空气洁净度) 要求。而冰蓄冷空调的评价标准除了要满足以上要求外, 还要考虑: (1) 是否达到预定的转移尖峰用电负荷目标; (2) 全年运行费用是否超过常规空调系统; (3) 全年运行电费是否超过常规空调系统。因此, 要根据实际情况, 综合考虑其经济性, 这样在系统运行过程中才能尽量减少不经济现象的发生。
5 冰蓄冷空调变风量系统调节特性
变风量空调系统 (VAV系统) 是随着室内显热负荷的变化, 由末端装置改变送风量来调节室温。与定风量空调系统相比, VAV系统不需要 (或很少需要) 末端再热, 而且避免 (或减少) 了由冷热量抵消而引起的能量损失。在蓄冷空调系统中, 采用变风量调节具有一定的节能效果。
5.1 室内负荷变化时的运行调节
VAV系统使用的末端装置不同, 其运行调节方法也不同。当室内显热负荷变化时, 根据室内温度调节器的指令, 节流型末端装置改变节流阀通道断面积来调节送风量;旁通型末端装置使末端装置的调节阀门动作来调节送入室内的风量;诱导型末端装置是在一定的一次风量下, 调节二次风阀门, 改变二次风量来保持要求的室温。
5.2 全年运行调节
根据不同的室内负荷变化情况, VAV系统有3种全年运行调节方法。
5.2.1 全年各房间有恒定冷负荷, 且变化较小。
可以采用无末端再热的VAV系统全年送冷风, 由室内温度调节器调节送风量, 风量随冷负荷的减少而减少。
5.2.2 全年各房间无恒定冷负荷, 且变化较
大可以采用有末端再热的VAV系统, 全年送冷风。由于室内的冷负荷变化大, 因此, 当室内送风量随冷负荷的减少而已减至最小值时, 就需要使用末端再热器加热空气, 向室内补充热量来保持室温不变。
5.2.3 各房间夏季有冷负荷, 冬季有热负荷
可以采用有供冷和供热季节转换的VAV系统。夏季运行时, 随着室内冷负荷的减少, 先减少送风量, 当减至最小送风量时, 风量不再减少, 而开始利用末端再热以补偿室内冷负荷的减少。
6 冰蓄冷技术的发展方向
冰蓄冷技术作为一种电力调荷方式已引起了人们的高度重视, 许多国家和研究机构都在积极进行研究开发, 主要表现在如下几个方面:
6.1 建立区域冰蓄冷空调供冷站
已经证明, 区域供冷或供热系统对节能较为有利。相比单个供冷站而言, 区域供冷不仅可以节约大量投资和运行费用, 而且减少了电力消耗及环境污染。
6.2 建立与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统
冰蓄冷低温系统具有优越的经济特性。如推行冰蓄冷空调配合低温送风, 将大大降低能耗, 提高COP值, 使资比常规空调更节省, 进而提高了蓄冷空调系统的整体竞争力。
参考文献
[1]潘雨顺.21世纪冰蓄冷空调技术发展方向探讨[J].通风除尘.1998.
[2]张爱芳.在冰蓄冷空调设计中应注意的问题[J].中国建设信息供热制冷.2005.
[3]李圣代.冰蓄冷低温送风空调系统的节能特点及应用[J].应用能源技术.1997.
冰蓄冷方式 篇2
(2)冰水主机的容量减少，节省增容费用；
(3)总用电设施容量减少，可减少基本电费支出；(4)利用低谷段电价的优惠可减少运行电费；
(5)冰水温可低至1～4℃，减少空调设备风管的费用；(6)冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔容量减少；(7)电力高压侧及低压侧设备容量减少；
(8)室内相对湿度低，冷却速度快，舒适性好；
(9)制冷设备经常在设计工作点上平衡运行，效率高，机器损耗小；(10)充分利用24h有效时间，减少了能量的间歇耗损；(11)充分利用夜间气温变化，提高机组产冷量；(12)投资费用与常规空调相当，经济效益佳。
冰蓄冷空调技术在我国的应用将成为不可逆转的趋势。当然它也有一些缺点，如增加蓄冷池、水泵的输送能耗及增加蓄冷池等设备的冷量损失等。与普通空调相比所具有的优势：
（1）节省电费。
（2）节省电力设备费用与用电困扰。
（3）蓄冷空调效率高，具有节能效果。
（4）节省冷水设备费用。
（5）节省空调箱倒设备费用。
（6）除湿效果良好。
（7）断电时利用一般功率发电机仍可保持室内空调运行。
（8）可快速达到冷却效果。
（9）节省空调及电力设备的保养成本。
（10）降低噪乱冷水流量与循环风上减少，即水泵与空调机组运转振动及噪音降低。
（11）使用寿命长。
与普通空调相比所具有的缺点：
（1）对于冰蓄冷系统，其运行效率将降低。
（2）增加了蓄冷设备费用及其占用的空间。
（3）增加水管和风管的保温费用。
（4）冰蓄冷空调系统的制冷主机性能系数（COP）要下降。（筑龙建筑）
冰蓄冷空调系统的优点和缺点：
（1）优点：
①平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设，对国家而言，是节能的；
对于大城市的商业用电而言，均会出现用电的峰谷时段，在用电的峰段，常常会出现供电不足的状况，而在用电的谷段，又常常会出现电量过剩的状况，如果将低谷电的电能转化为冷能应用到峰值电时的空调系统中去，则可以缓解电网压力，平衡电网；
对国家电网而言，要满足用户1kwh的用电需求，必须要发电站发出超过1kwh的电量便于抵消电在运输过程中的损耗，而用户对电的需求和利用程度在实际过程中却是不定的，是随机的，尤其是对建筑内的空调而言，其使用程度往往同当天的室外天气条件密切相关，不定性特点尤为突出，倘若国家电网发出的余电无法被用户使用，一来是对能源的浪费，二来对国家电网的安全也存在着隐患，于是，冰蓄冷技术在空调系统中的应用便大大地减缓和减少了以上问题；
②能使制冷主机的装机容量减少；
冰蓄冷空调系统按运行策略可分为两类，一类是全部蓄冷模式，另一类是部分蓄冷模式。对于第一类，通俗地说就是建筑的所有冷负荷（注：蓄冰装置是无法作为热源使用的）全由蓄冰装置承担，而制冷机组（通常是双工况制冷机组）只扮演为蓄冰装置充冷制冰的角色，在空调系统运行的时候，制冷机组处于停机状态，而蓄冰装置则全时段运行，为用户提供冷量。对于第二类，也是实际工程中常用的运行方式，即蓄冰装置只承担建筑冷负荷的一部分，而另一部分则由制冷机组（双工况）承担。因此，由上述可知，不论哪种运行方式，蓄冰装置总是要承担一部分冷负荷的，我们所说的减少了制冷主机的装机容量，实质上就是蓄冰装置承担了制冷机组本应该要承担的一部分负荷，这部分负荷值的大小也就是蓄冰装置的蓄冷量大小；
③目前各地供电部门对用电限制较严，征收的额外费用也名目繁多，建筑业主与用户的经济负担较重，还常常受到限电、拉闸停电种种束缚。若发展冰蓄冷空调技术，就能较好的缓解空调用电与城市用电供应能力的矛盾；
④由于采用了冰蓄冷与低温大温差供冷送风相结合的技术，在初投资费用方面，既可减少空调处理设备、输配设备的大小，输送管网的粗细，还可减少机房管井的占用面积，压低建筑层高，从而不但可节省空调的初投资费用，而且还可降低建筑造价；在运行费用方面，由于送风温度低，风机、水泵的输配功率大幅度降低，制冷空调系统的整体能效得到提高，再加上分时电价的优惠，从而使建筑业主与用户支付比常规空调更少的运行费用；
⑤由于采用了低温大温差供冷送风，使空调处理与输送过程均在较低温度下进行，有利于抑止细菌、病菌的繁殖；较低的室内温度，可进一步改善室内空气品质与热舒适水平。（2）缺点：
①系统异常复杂、庞大。冰蓄冷空调除了通常的制冷系统和空调设备外，还配备复杂的蓄冰设备，蓄冰设备包括蓄冷槽，乙二醇溶液泵、制冰泵、蓄冷介质（如冰球等）、热交换器等设施。总之，一个蓄冷式空调系统相当于配置两套水系统;
②占地面积大。由于系统复杂，特别是蓄冷设施庞大，因此占地面积很大，通常每100Rth 的蓄冰槽占体积为10 m3，如蓄冷能力为10000Rth，则体积达1000 m3（如采用水蓄冷系统，则体积要增加80倍以上）。其所占用的大量建筑面积显著增加了客户的机会成本，如果该部分建筑改作他用，如地下车库、地下商场等，将给业主带来显著的经济收益;
③调控困难。冰蓄冷系统存在着控制方面的致命缺陷，其放冷速度开始时较快，到后面放冷速度越来越慢，最后有相当一部分剩余的冷量无法使用。蓄冷时也存在同样的问题，蓄冷时速度较快，后来越来越慢（所以现在很多冰蓄冷项目通常将制冰主机和蓄冰槽选得非常大.而且由于这个问题，通常蓄冷时间要12小时以上，实际上能使用的电价也并非是谷时电价）。同时与常规空调相比增加了冰水系统，导致控制非常困难，空调水温极不稳定，难以保证空调质量。还有另一个致命的问题是目前各厂家提供的控制系统不能适应我国电价政策的变化，以杭州为例，以前规定冰蓄冷空调禁止在上午8：00-11：00开机，现在此规定已取消，但控制却不能变，如杭州国际大厦、世贸中心仍按照以前的标准思路进行和机房人员的经验来运行，能以实际的运行经济性与设计时已大相径庭;
⑤技术不成熟，寿命短。我国的蓄冷工程从1995年起步，远未达到成熟的程度，许多技术和设施都只能从国外引进，这给设备日后的维修和寿命带来极大的影响，经常性费用增加;
⑥效率低。制冷效率本身很低，由于系统的庞杂，散热面积大，冷散失也非常严重;⑦维护困难，对操作人员素质要求高。由于系统复杂，同时控制困难，维护工作量成倍增加，而且对人员的素质要求非常高，否则无法达到经济运行;
冰蓄冷空调技术探讨 篇3
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.
冰蓄冷方式 篇4
①电动调节阀、开关阀门的密闭性能应严格要求统冻冰及融冰的过程中，乙二醇侧在一定阶段内会运行在-2.19℃/-5.56℃温度范围内，在板换的另一侧的冷冻水通常在7℃/12℃运行，如果板换的乙二醇侧关闭不严有泄漏，会造成板换冷冻水一侧结冰，冻裂设备，
冰蓄冷系统设计施工要点(阀门的选择)
，
②电动阀门的两侧应设置检修阀、旁通阀;以便系统检修，和人工手动运行。
冰蓄冷系统经济性分析 篇5
随着我国各大城市的夏季电力峰值负荷屡创新高, 具有对电力负荷进行“移峰填谷”作用的冰蓄冷技术的应用越来越广泛。中铁建设集团有限公司作为建筑工程总承包特级企业, 近年来承接了全国各地多项冰蓄冷工程的设计、施工或研究工作, 包括中国铁建科研楼和中国人寿研发中心B座科研楼等, 并进行了“冰蓄冷空调系统设计、安装优化与调试技术研究”和“谷电峰用技术研究“等多项科研立项, 在冰蓄冷技术领域积累了丰富的经验。设计人员针对集团自主开发的某综合楼项目, 进行了冰蓄冷系统的方案设计和经济性分析。
2 蓄冰桶设计
冰蓄冷技术分类及其特点按照制冰原理的不同, 冰蓄冷技术可分为静态和动态两大类。静态制冰过程中, 水通过自然对流换热, 冰层首先在换热壁面上形成, 然后逐渐变厚。这样就导致形成新的冰层所需的热量传递必须以导热的形式穿过越积越厚的原有冰层, 从而严重的恶化了传热效率, 致使结冰越来越困难, 制冷剂提供的冷却温度也必须越来越低。
该综合楼冰蓄冷系统选用具有自主知识产权的流程等同蓄冰桶 (专利权人:中铁建设集团, 专利号:201220264131.7) 作为蓄冰载体, 蓄冰桶壁采用涂塑钢板制作, 由聚氨酯发泡保温, 具有强度高, 保温性能好的特征。蓄冰桶内部装有多组小管径流程等同换热装置。该蓄冰桶的设计理念为通过大量采用低成本的小管径的管束, 减少管束间的间距, 在单位体积内最大限度增加换热面积, 以较薄的冰层厚度获得与常规蓄冰方式相同的冰层体积, 从而提高蓄冰桶的传热效率、制冰和融冰效率。这种蓄冰桶的优点包括:传热效率高、制冰速度快, 蓄冰空间利用率高, 场地适应性高, 融冰速度快等。
3 系统设计和负荷分配
3.1 系统设计概述
该综合楼总建筑面积:105831平方米, 按绿色建筑1星标准进行设计。根据《公共建筑节能设计标准》DB11/687-2009的规定, 本项目处于寒冷地区, 应满足冬季保温 (夏季隔热) 要求。场地内地面建筑各朝向均逆时针偏地理朝向17.95°, 体形系数满足规范小于0.4的规定。幕墙采用铝合金框配辐射率≦0.25Low-E无色间隔层12中空玻璃 (在线, 氩气) 幕墙系统, 玻璃反射比不大于0.3。
使用能耗模拟软件对本工程空调运行能耗进行模拟, 得出夏季空调系统设计峰值冷负荷为10100kW, 夏季设计日总冷负荷为:101139kWh。制冷系统采用冰桶盘管内融冰蓄冷系统, 制冷机组与蓄冰桶串连连接。系统设计供冷能力为10150kW。夏季设计日总蓄冰量即最大日蓄冰冷能力按设计日负荷的30%左右考虑, 为8600RTH (30134kWh) 。采用2台850RT的双工况离心机组供冷和制冰, 另采用200RTH蓄冰桶43个。整个系统可按四种模式运行, 即双工况主机制冰模式、双工况主机供冷模式、双工况主机与蓄冰槽联合供冷模式、蓄冰池融冰供冷模式。乙二醇溶液供回水温度3.5℃/11℃, 可经板式换热器换热为空调末端系统提供7℃/12℃冷冻水。空调系统供冷每天运行时间为24小时, 共运行150天。
3.2 控制策略设计
冰蓄冷系统大部分时间是在部分负荷工况下运行, 为了充分利用蓄冰桶和制冷机的供冷能力, 最大限度的降低系统运行电费, 空调冷负荷在不同时段分别由制冷机和蓄冰桶承担。结合北京市的电价政策, 双工况制冷机在夜间的电力低谷时段23:00-7:00进行蓄冰, 具体控制策略如下:
(1) 释冰和双工况相比, 释冰优先, 即尽量多的释冰, 释冰不够承担的负荷再由双工况主机承担;
(2) 夜间蓄冰量等于白天释冰量;
(3) 水泵、冷却塔按照一机一泵一塔的原则起停;
(4) 选用分时融冰方案, 优化设备开启。此外, 根据各个月份不同负荷特征, 调整设备开启台数和时间。
3.3 各工况的负荷分配
在这种运行策略下, 可以使空调供冷得到最优化的分配, 同时尽可能的降低了运行电费。该系统当日极值负荷在与设计极值负荷的比例在100%、75%、50%和25%情况下的具体逐时负荷分配情况见下列图1-图4。
4 初投资计算
针对该综合楼项目, 分别针对冰蓄冷系统和常规空调系统进行初投资估算如表1、表2所示。
5 运行费用和投资回收期计算
通过模拟分析蓄冰系统的运行, 结合北京市电价政策, 可以计算得出蓄冰系统的运行电费。该建筑的空调供冷期按150天来计算, 蓄冰空调系统每年夏季空调运行电费可节省约53.5万元。
结语
本文选取某综合楼为对象, 给出了冰蓄冷制冷系统的设计方案, 并与常规制冷系统系统进行了对比和经济性分析。经济性分析的结果表明, 该综合楼如采用冰蓄冷系统, 可以在4.53年内收回初投资, 系统回收期到期后每年节约的运行电费就是该系统给业主带来的实际收益, 今后如果峰谷电价进一步拉大, 效益将会更加明显。从项目全寿命周期经济性方面考虑, 该项目适合采用冰蓄冷系统, 相关的经济性分析方法和结论也可在类似项目设计中采用。
此外, 由于以销售为主的、非自持物业的开发单位对运行阶段的电费节约敏感度较低, 建议主管部门在峰谷电价差政策之外, 从宏观节能减排的角度出发, 考虑出台初投资补贴政策, 或采用公用事业能源管理等模式, 降低开发单位的一次性投入, 进一步提高相关开发者采用冰蓄冷系统这一有代表性的电力移峰填谷技术的积极性。
参考文献
[1]袁圆, 林波荣, 朱颖心.基于负荷动态模拟的冰蓄冷系统设计及控制优化研究[J].暖通空调, 2006 (10) .
浅析冰蓄冷系统的应用 篇6
与传统空调系统相比, 冰蓄冷式空调系统 (尤其是冰蓄冷空调系统) 之所以具有良好的节能特性和经济效益, 主要归结如下:
1.充分利用夜间谷值负荷的廉价电力, 可大幅度节省电费开支, 且峰谷电费差价越大, 其经济效益越显著。
2.通常冰蓄冷式空调系统的制冷机容量可以减小, 其附属运转设备和电力设施的容量或功率均相应减小, 从而减少了设备投资费用。
3.冰蓄冷式空调系统的制冷设备经常处于满负荷运行状态, 有助于主机运行效率的提高。
4.充分利用夜间大气的相对低温, 降低了冷凝温度, 从而提高了制冷机的产冷量和性能系数COP (冷凝温度降低l℃约可提高产冷量2%左右) 。
5.冰蓄冷式空调的连续运行, 避免了间歇运行中启动、停机时造成的不必要的能量浪费。
6.冰蓄冷系统, 提供的冷冻水温差大, 水流量可相应的减少, 水管、水泵、阀门等型号也均可减小, 系统阻力降低, 并且降低了空调水系统的投资。
7.因冷冻水的工作温差大, 使空调供风的温差也相应增大, 从而使风道、风机、阀门、风口等型号均可减小, 风阻力降低, 而且提供的空调舒适性更佳。
8.由于水、风的有关设备、配管尺寸相对减小和电力设备配线、配管尺寸的减小, 使建筑物的可用空间相应扩大。
9.由于冰蓄冷式空调系统的蓄冷槽内储有冷量, 一旦发生意外停电, 可启动小功率应急发电机带动循环水泵和风机, 可以保证局部重要区域的空调要求。
10.冰蓄冷式空调适用于于有时出现空调尖峰负荷的场所。在这样的场所中, 制冷机可按空调平均负荷选用, 蓄冷式空调担负尖峰负荷, 出现尖峰负荷后, 制冷机不运行, 蓄冷式空调投入使用。这样可以有效的降低制冷装置的装机容量。
11.在风机盘管加新风的系统中, 可降低供回水参数, 使新风负担所有潜热, 风机盘管负担所有显热, 有效的改善室内卫生条件。冰蓄冷式空调系统除存在以上诸多优点外, 也存在着不足的一面, 主要归结如下:
1.冰蓄冷式空调系统, 尤其是冰蓄冷系统, 冷媒蒸发温度较低, 与常规空调系统相比, 制冷机处于更低的温度下运行, 使其运行效率较低。
2.冰蓄冷式空调系统比传统空调系统增添了蓄冷设备, 除了增加这部分设备投资外, 还必须占用一定的空间以设置蓄冷系统。
3.冰蓄冷式空调系统的运行时问不同于传统空调系统, 一则是在夜间, 二则运行时间往往大大延长, 这就给系统管理增加了难度。
4.由于冰蓄冷式空调系统的冷冻水温度、供风温度均低于常规空调系统, 因此, 水管和风道的保温要求也必然提高。
冰蓄冷系统与一般制冷系统的对比:
一般制冷电能需求的峰值问题:
1.由于电能的大量消耗, 电厂的成本越来越高
2.紧张时间段内, 电能费用更加昂贵
3.有时电能需求得不到满足
4.在离峰以外时间, 电力需求减少, 生产过剩形成浪费。
冰蓄冷系统用于消除用电高峰
1.将空调负荷转移到峰值以外的时间
2.选择较小的冷水机获得最佳“参差率”
3.获得较好的投资回收率
参考文献
[1]严德龙、张维君.《蓄冷式空调技术手册》电子工业部第十设计研究院
[2]《制冷技术》94～96年上海市制冷学会
[3]陈锦泉编.《冷冻空调设备大全》广州:广东科技出版社, 199l
[4]周邦宁主编.《中央空调设备选型手册》北京:中国建筑工业出版社, 1999
[5]戴锅生编.《传热学》第二版北京:高等教育出版社, 1999
[6]吴业正主编.《小型制冷装置设计指导》北京:机械工业出版社, 2001
[7]陆亚俊、马最良、姚杨编.《空调工程中的制冷技术》第二版, 哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社, 200l