蓄冷空调系统论文（通用10篇）
蓄冷空调系统论文 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
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[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.
蓄冷空调系统论文 篇2
1、蓄冷密度：单位质量蓄冰介质所蓄存的能量
2、相变(潜热)蓄能：利用蓄冰介质的相变特性，蓄存相变潜热的`蓄能方式
3、显热蓄能：指利用蓄能材料的温度变化来蓄存显热能量的蓄能方法
4、动态蓄冰：指冰的制备和储存不在同一位置，制冰机和蓄冷槽相对独立
5、静态蓄冰：指冰的制备和融化在同一位置进行，蓄冰设备和制冰部件为一体结构
6、相变(潜热)蓄冷：利用介质的物态变化来蓄冷
7、显热蓄冷：通过降低蓄冷介质的温度进行蓄冷
8、飞轮蓄能：机械蓄能的一种，将电能转化成可蓄存的动能或势能：(1)电网电量富裕时，飞轮蓄能系统通过电动机拖动飞轮加速以动能形式蓄存电能(2)电网需电量时，飞轮减速并拖动发动机发电以放出电能
9、抽水蓄能：利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由抽水蓄能机组作水泵工况运行，将下水库的水抽至上水库，即将不可蓄存的电能转化成可蓄存的水的势能，并蓄存于上水库中
10、部分蓄冷：在夜间非用电高峰时制冷设备运行，蓄存部分冷量，白天空调期间一部分空调负荷由蓄冷设备承担，另一部分由制冷设备承担。
11、全部蓄冷：其蓄冷时间与空调时间完全错开：夜间启动制冷机蓄冷，当其制冷量达到空调所需全部冷量时待机，白天空调时，蓄冷系统将冷量转移到空调系统，空调期间制冷机不工作
12、主机上游：空调回水先流经主机，使主机能在较高的蒸发温度下进行。
13、主机下游：在串联流程中，主机在蓄冷槽之后，空调回水先回到蓄冷槽里降温，再到主机降至供冷温度
14、机组优先：在串联流程中，主机位于蓄冷槽上游，空调回水先到其中取冷
15、蓄冰优先：从空调负荷端流回的热乙二醇溶液，先经蓄冰装置冷却到某一中间温度，而后经制冷机冷却至设定温度
16、移峰填谷：指在夜间电网低谷时间，制冷主机开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，再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要。这样，制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低谷期，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”
17、自然分层型蓄水槽：利用密度的影响将冷热水隔开，依靠稳定的斜温层
斜温层：由于冷热水间自然的导热作用而形成的一个冷热温度过渡层。厚度0.3~1.0m
18、间接供冷水蓄冷系统：系统在供冷回路中采用换热器与用户形成间接连接换热器一次侧与水蓄冷槽组成开式回路，而供至用户的二次侧形成闭式回路，这样用户侧管路可防止氧化腐蚀、有机物及菌类繁殖等影响。适用场合：主要适用于高层、超高层空调供冷。
19、外融冰：温度较高的空调回水直接送入盘管的表面结有冰层的蓄冷槽，使盘管表面上的冰层自外向内逐渐融化;
20、内融冰：来自用户或二次换热装置的温度较高的载冷剂(或制冷剂)仍在盘管内循环，通过盘管表面将热量传递给冰层，使盘管外表面的冰层自内向外逐渐融化进行取冷
21、盘管外蓄冰：是空调系统中常见的一种蓄冰方式即直接冻结在蒸发盘管上，盘管伸入蓄冷槽内构成结冰时的主干管
22、功能热流体：是由相变材料微粒(直径为微米量级)和单向传热流体构成的一种固液多相流体
23、封装冰蓄能：是将封装在一定形状的塑料容器内的水制成冰的过程
24、TES：蓄能Thermal Energy Storage
25、IPF:制冰率Ice Packing Factor 指蓄冷槽中制冰量与制冰前蓄冷槽内水量的体积百分比
26、FOM:冷量释放系数，指从蓄冷槽移走的冷量与理论可用蓄冷量之比。
27、GSHP：地源热泵Groud Source Heat Pump是以地源能作为热泵空调夏季制冷的冷却源，冬季采暖供热的低温热源，同时是实现采暖、制冷和生活用水的一种系统
简答题
1. 空调系统应用的前提条件有哪些?
(1) 合适的电费结构及其他优惠政策(2)空调冷负荷在用电峰谷时段应有一定的不均衡
性。
2、主要蓄冷系统有哪些?各有何特点?
(1)水蓄冷系统：可使用常规冷水机组，显热蓄冷，蓄冷密度小(2)冰蓄冷系统：蓄冷密度大，蒸发温度低，制冷机效率降低(3)共晶盐蓄冷系统：蓄冷密度小，蒸发密度适中，腐蚀性强。
2、空调蓄冷系统的优缺点?
优点：(1)实现电力负荷的移峰填谷(2)减少空调冷热源设备的安装容量(3)作为备用冷源在供电不足时满足建筑物的空调要求(4)扩大供冷能力(5)采用风冷热泵型制冷机组的蓄冷系统cop的提升。
缺点：(1)制冰工况蒸发温度降低导致制冷机组的性能系数降低(2)增加投资，占用空间
3、各类建筑物冷负荷分布图的区别包括哪些方面?
(1) 冷负荷循环周期不同(2)冷负荷延续时间不同(3)平均负荷系数不同
4、蓄冷系统的运行策略是什么?有哪两种?一般选哪种?
指蓄冷系统以设计循环周期(如设计日或周等)的负荷及其特点为基础，以电费价格结构等条件对系统以蓄冷容量、释冷供冷或以释冷连同制冷剂共同供冷作出最优的运行安排考虑。分为全部蓄冷和部分蓄冷，一般选用部分蓄冷
5、蓄能材料的分类及特性：
(1)显热蓄能材料：水是自然界最常见最理想的蓄能单纯物质，不仅溶解潜热很大，而且比热容也很大，价格便宜，无毒无害，随处可取
(2)潜热蓄能材料：a碱：碱的比热容高，熔解热大，稳定性强，在高温下蒸气压很低，价格便宜，也是较好的蓄热物质b金属与合金：金属必须是低毒、廉价的，铝熔解热大，导热性高，蒸气压力低，是一种较好的蓄能材料c混合盐：可根据需要将各种盐类配制成120~850度温度范围内使用的蓄热材料，其溶解热大，熔融时体积变化小，传热较好。
6、蓄冷系统工作流程有哪些?各有何特点?
串联和并联，串联又分为主机上游和主机下游(1)并联的优点是可以兼顾压缩机与蓄冰槽的容量与效率，但控制复杂(2)a 主机上游串联时，空调回水先流经主机，使主机在较高的蒸发温度下运行，可提高主机的效率，使能耗降低 b 主机下游串联适用于低温空调系统
7、内外融冰各有何特点?
(1) 内融冰由于冰层的自然浮升力作用，使得冰层在整个融化过程中与盘管表面的接触面积可
以保持基本不变，因而保证了在整个取冷过程中，取冷水温相当稳定
(2)外融冰由于空调回水与冰直接接触，换热效果好，取热快
8、简述水蓄冷系统与非蓄冷系统的差异
(1)模式：水蓄冷是开式，非是闭式(2)运行方式：水蓄冷是制冷回路与供热回路各自运行独立性强，非是两回路必须同时进行(3)效率：水蓄冷是利用夜间电力运行移峰填谷，非是加剧高峰用电量。
9、水蓄冷有何优优缺点?
优点：(1)设备选择性和可用性范围广(2)适用于常规供冷系统的扩容与改造(3)两种工况下均能维持额定容量和效率(4)降低初投资(5)可以实现蓄冷和蓄热的双重功能，(6)技术要求低，维修方便
缺点：(1)蓄冷密度小，占用空间大(2)蓄冷槽体积大，需增加保温层(3)不同温度的冷冻水容易混合，影响蓄冰效率(4)开放式蓄冷槽与空气接触，不洁，增加处理费用。
按照槽内水的混合情况，水蓄冷系统可分为混合型和温度分层型。
10、水蓄冷系统与空调系统的连接形式有哪几种?
(1) 简单水蓄冷空调系统(2)换热器间接供冷式水蓄冷空调系统(3)压力控制直接供冷
方式水蓄冷空调系统。
11、动态制冰和静态制冰相比有何优点?
冰层热阻小，在制冰期间制冷系统的COP下降小，制冰效率高;可产生流体冰，直接输送到冷空间，节省系统辅助设备投资
12、蓄冷空调和常规空调异同?
冷源不同，其余相同。
意义：移峰填谷、平衡电力负荷、改善发电机组效率、减小环境污染
14、影响斜温层的主要因素有(1)透过斜温层的导热(2)水与水槽壁面计沿槽壁的导热
15、布水器(散流器)的作用是什么?
引导水以重力流的形式缓慢地进入蓄冷槽，减少水流对槽内的扰动，形成一个冷温水混合程度最小的斜温层并通过减小可能产生的混合作用维持斜温层的稳定，减少因冷温水混合而引起的可利用冷量的损失。
16、水蓄冷槽结构设计要注意的方面有(1)应具有一定的结构强度(2)防水和防腐蚀性能(3)
具有良好的保温效果。考虑的因素：形状、安装位置、结构与材料、防水保温
17、水蓄冷防水和保温的目的是什么?
保温：提高蓄冷能力，减少蓄冷槽的冷损失和因冷损失引起的蓄冷槽表面结露以及为防止温度变化产生的应力使蓄冷槽损坏
防水：避免保温材料由于吸水而影响保温材料性能，并防止地下水渗入保温层。
18、动态蓄冰相对于静态蓄冰的优点在(1)冰层势阻小，制冷机组cop下降小，制冷效率高(2)
可产生流体冰，直接输送到蓄冷空调，节省系统辅助设备投资。
19、共晶盐蓄冷系统的特点：(1)与常规空调系统基本相同，可采用高效冷水机组，并入已有的
空调系统(2)适用于常规空调系统改建为蓄冰系统，适用于旧楼房空调系统的改造(3)与冰蓄冷系统相比，主机效率可以提高很多，大约为30%(4)因蓄冷系统工作在0度以上，设计时无需考虑管道系统的冻结问题(5)蓄冷能力比水蓄冷大，其蓄冷槽容积仅为水蓄冷系统的三分之一(6)蓄冷温度高于冰蓄冷系统，蓄冷槽的保温可减少，散热损失也减少(7)蓄冷槽不占用有效空间(8)在放冷过程中蓄冷槽的冷冻水供应温度为9~10度，不能为空调系统直接使用，不能采用全部蓄冷模式，必须采用部分蓄冷(9)共晶盐蓄冷材料在蓄冷和放冷过程中存在组分离析现象(10)蓄冷材料密度大，在相同的蓄冷量下，重量约为冰蓄冷系统的2~3倍
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21、低温送风系统的特点：(1)初投资低(2)减少高峰电力需求，降低运行费用(3)节省空
冰蓄冷：不省电 省电费 篇3
国家电网能源研究院经济与能源供需研究所所长单葆国日前就表示，今年7月，全社会用电量同比增长近9%，其主要原因就是空调用电负荷加大。如何更有效地实现用电节能，成为许多家庭关注的话题。
一项叫做“冰蓄冷”的技术因此在这个流火的夏季备受关注。简单而言，这项技术就是在夜晚电价低的时候将冷水制成冰，放入蓄冰池，待白天电价高的时候，用冰融化释放的冷能当“空调”。由于峰谷电价差距达到3倍以上，因此“冰蓄冷”技术有巨大的市？场。
多名从事制冷研究的专家对《新财经》记者表示，相比传统的空调制冷，这种新型方式能够节电30%以上，最高能为用户节约70%的电费。
缓解用电供需矛盾
每年炎夏，各地基本都会上演“电荒”。由于电力短缺具有暂时性、季节性、时段性等特殊性，即在白天高峰时段电力供应紧张，而夜间时段，电量供应却相对宽裕。夜间发出的电能若不能得到有效利用，就会造成能源的巨大浪费，大量的燃煤排放物也使环境压力进一步加大。
据统计，我国大型公共建筑以每年3亿？4亿平方米的速度增长。夏季城市空调的用电负荷已占到城市高峰电力总负荷的40%以上，而夜间，绝大多数中央空调停止运行，造成电力系统供需矛盾加大，夜间电力系统设备闲置，使用率低，电力能源使用处于严重失衡状态。这是造成电网峰谷荷差逐步加大的最主要诱因。
“冰蓄冷”技术作为一项重要的移峰填谷技术，是缓解用电供需矛盾的利器，其作用开始凸显。同时，由于“冰蓄冷”技术的应用能在促使少发电、少烧煤、提升能源利用率的同时，大幅度减少二氧化硫和烟尘排放量，降低全球温室效应，因而对环保意义重大，逐渐为社会所关注和认同。
“这是一个‘冰银行’，在用电低谷时，制冷中心启动制冷系统，将水冻成冰，存放在储存设备中。”清华大学建筑节能研究中心研究员在接受《新财经》记者采访时表示：“相当于用冰将电能储备起来。白天再通过中央空调将储存在冰桶里的能量释放出来，为建筑供冷。”
通俗地说，采用“冰蓄冷”技术后，写字楼里的中央空调在白天用电高峰期，可以少运转甚至不运转，将用电高峰时期的电量转移到用电低谷时期去使用，这样既可以节省电费，又能转移电网峰值的负荷，有利于平衡电网压力。
“一方面，‘冰蓄冷’技术可以减少热能势差，充分利用夜间的电能。”对企业来说，采用“冰蓄冷”技术，可以避开用电高峰期，实现用电负荷的“移峰填谷”，利用国家给予的“峰谷电价差价”的政策，可以节省电力运行费用。在上述研究员看来，“更重要的是，这项技术是解决电网用电结构矛盾、提升能源利用率、减少污染排放等产业问题的核心技术”。
相比传统的空调制冷，这种新型方式能够节电30%以上。“‘冰蓄冷’中央空调一般用于大型楼宇项目，根据体量不同，一个项目需20多套系统。”据中国农机院西南产业基地副总经理、主管生产的曹聪介绍，已建成的深圳华南城5号交易广场共用了24套系统，成本2500万元。
“它不能节约电，但能节约电费。”曹聪说，“冰蓄冷”中央空调的优势在于使用夜间廉价的富余电，白天进行高价电的供冷工作，这样不仅为企业节约了电费，还不抢占白天的用电高峰，每年能为企业节约70%的电费，企业2年半到3年就能收回设施成本。目前，北京、成都、山东、广东、武汉等地均有项目采用该系统。
前景明晰可见
事实上，“冰蓄冷”并不是一项新技术，这项技术在20世纪初诞生于美国，但直到20世纪80年代世界性能源危机后，其优势才被世人所认可并得以推广使用。
目前在欧美国家，“冰蓄冷”技术已成为解决电网负荷矛盾的重要强制手段，普及率达到70%左右，在能源匮乏的日韩等国也接近60%，日本使用“冰蓄冷”系统的建筑物大约已有10万个以上；韩国3000平方米以上的新建项目就必须要强制安装“冰蓄冷”空调系统。
然而，由于峰谷电价差比较小、新技术接受观念滞后等因素的制约，直到2008年，“冰蓄冷”技术在中国的应用还不尽如人意，全国约400万个使用中央空调的大型建筑中，应用该技术的建筑物总计不足1000栋。
为了均衡用电、削峰填谷，世界各国都全面实行了峰谷电价政策。我国政府和电力部门在建设节约型社会思想的指导下，大力推广需求侧管理（DSM），以缓解电力建设和新增用电矛盾。各地区也出台了促进蓄冰空调发展的相关政策，推动了蓄冷空调技术的发展和应用。特别是近年来政府逐步拉大峰谷电价差，使多数地区峰谷电价差已达3倍以上。各地峰谷电价实施范围的进一步扩大和峰谷电价比的加大，为电力蓄能技术的推广、应用提供了更为有利的条件。
2011年9月，在国务院正式出台的《“十二五”节能减排综合性工作方案》中，明确将“冰蓄冷”列为国家重点推广、应用的节能减排技术。据估算，“十二五”期间，其产业空间规模在3000亿？4000亿元，“冰蓄冷”技术的发展前景极为广阔。
在遭遇7年来最严重“电荒”后，政府直接提出在“十二五”期间加大对节能蓄能领域的投资建设，扩大对蓄能技术项目的支持力度，主要指“冰蓄冷”和“抽水蓄能电站”。目前，建造火力电厂的投资约为7000元/每千瓦，抽水蓄能电站约为5000元/每千瓦，而应用蓄冰空调则只需400元/每千瓦。从两种技术本身比较，“冰蓄冷”在投入、产出上，比抽水蓄能更具有优势，且不受地质条件的局限。
具体来看，“冰蓄冷”技术的应用可为用户节省40%以上的空调运行费用；对于新建项目可减少设备初始投资，减少制冷主机及配电设备的装机容量和功率的15%？30%；可提高空调机组使用效率的15%？25%；还可减少电厂发电设备装机容量的8%？34%，提高电厂使用率约40%。如果转移相同高峰电量，“冰蓄冷”投资远远小于抽水蓄能。例如，建造一座抽水蓄能电厂所需投资大约为60亿元左右，而“冰蓄冷”空调系统则只需投入6亿元，且不需国家拨款，全部为市场自发行为，还不包括为电网节省的投资和对保护环境所产生的效益。
nlc202309051052
2011年，由国家发改委、工信部、财政部、国资委、电监会、国家能源局等六部门共同制定的《电力需求侧管理办法》正式执行。随后，财政部、国税总局也联合下发了《关于促进节能服务产业发展增值税营业税和企业所得税政策问题的通知》，对符合条件的节能服务公司暂免征收营业税和增值税，同时给予“三免三减半”的所得税优惠。
峰谷电价差增大等产业政策和税收优惠，使得“冰蓄冷”技术的经济效益愈加显著，其行业发展的政策环境以及广阔前景已然明晰可见。
投资周期短
正是因为看好“冰蓄冷”的市场前景，最近不少企业纷纷涉足，并试图找到最佳的盈利模式。
高灵能源成为国内最早涉足这一领域的企业之一，但该公司在2004年开始推广“冰蓄冷”技术时，无论是政府、设计院还是客户，都很少有人听说过这一技术。到2006年设计院在进行项目设计时，十多个项目也仅有一两个会考虑采用“冰蓄冷”技术。但目前，高灵能源已摸索出一条商业模式。
高灵能源的商业模式分为三个层次。
一是在推广“冰蓄冷”技术中采用EMC合同能源管理模式。高灵能源作为产品技术的制造商、供应商和综合服务商，自己出资为用户提供“冰蓄冷”技术的项目设计、出资、工程实施、设备安装调试、人员培训、节能量确认和保证等一整套的节能服务，最终从客户进行节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润。
二是投资建设区域冷源站。在以蓄能技术为核心的基础上，充分利用电网的低谷电能，在需冷用户集中的地区，建设集中供冷站，通过公用供冷管网向用户提供冷量的系统供冷工程。高灵能源已经成功在国内多个地区投资建设冷源站。
三是采用分布式能源解决方案及投资。高灵能源提供技术和融资，已与广东、海南、河南、深圳、天津等多地政府达成整体合作协议，为上述地区提供低消耗、低排放、低污染的区域综合能源集中供应解决方案。
事实上，“冰蓄冷”投资回报周期并不长，收益也不错。绍兴大通商城购物中心的案例显示，采用“冰蓄冷”技术的初始投资是270.3万元，平均每年节省的电费则达到了117.7万元，投资回报周期仅2.3？年。
“冰蓄冷”行业的技术领先者中机西南能源科技有限公司自主研发的“冰蓄冷”成套装置已经成功在多个楼宇运营，并取得了不错的经济效益和社会效益。据了解，如果只生产普通的制冰机或者冻库，毛利率不到10%，而“冰蓄冷”系统解决方案和成套设备供应的毛利率却超过了30%。
中机西南2012年承接了6个“冰蓄冷”项目，这些项目大都为写字楼、大型超市、城市商业综合体。目前，中机西南“冰蓄冷”系统解决方案和成套设备供应已经占其销售收入的50%，不仅大大提升了企业的效益，还为客户节省了大量电费。
冰蓄冷空调系统流程配置研究 篇4
1 空调蓄冷系统的流程配置
空调蓄冷系统的流程按其特点及流程性质有不同的优化配置, 考虑到开式流程存在静压控制及系统的腐蚀问题, 工程中宜采用冰蓄冷系统闭式水力流程。流程中, 按制冷机组和蓄冷装置的相对位置不同可设置为并联和串联连接两种方式, 在串联连接方式中根据其相对位置的不同又可以分为制冷机组位于蓄冷装置的上游或者下游的流程配置。
制冷机组与蓄冷装置并联常用于供回液温度差约为5℃时, 冷负荷的增减变化由制冷机组与蓄冷装置并联分担, 为此, 采用的温度控制及流量分配方法比较复杂。当蓄冷系统运行于制冷机组供冷并释冷运行方式时, 混合后溶液温度的维持恒定以及控制效果不如串联流程。并联流程适用于溶液温差5℃~6℃时的系统, 即制冷机组与蓄冷装置运行于相同的进出口溶液温度条件, 并联流程不适用于低温送风系统, 由于这时的制冷机组出液温度要低达3℃以下, 电耗极高。并联流程也不适用于温差大于6℃的系统, 由于要求的溶液循环量较少, 对制冷机组蒸发器的传热效果有影响。如果采用的话, 需对制冷机组的入口温度进行控制。并联流程在释冷供冷时, 溶液泵的运行功率较小, 比较适合于全量蓄冷运行策略的冰蓄冷空调系统。
串联配置的蓄冷系统, 无论是满负荷或部分负荷运行方式均能保持恒定的供冷温度, 并且系统运行稳定, 容易实现对系统运行的自动控制。串联流程对较大的供回液温差的系统比较有利, 尤其是大温差和分量蓄冷运行策略时, 溶液泵的电功率相应减少, 更适宜于低温空调的供冷。串联流程中根据制冷机组与蓄冷装置的相对位置前后不同, 分为制冷机组位于上游或位于下游的流程配置。两者相比较, 制冷机组是空调系统中能耗最大的, 约占空调系统总能耗的一般, 是节能的重要环节, 制冷机组在白天用电高峰期作空调负荷运行, 应尽量提高溶液出口温度, 达到减少用电量, 节省运行费用, 制冷机组位于蓄冷装置上游的串联配置。
2 溶液循环泵的设置及与用户连接方式
在冰蓄冷系统流程中, 按不同功能的需要, 设置不同回路的溶液循环泵, 泵的设置应满足以下三方面的需要:制冷机组蒸发器制冷、供冷循环的需要;蓄冷装置充冷、释冷循环的需要;向用户提供冷负荷的供冷循环的需要。
鉴于以上几方面, 设置综合泵的模式是值得优先采用的, 因为只设一种综合泵以完成上述三种功能的情况下, 具有以下三个特点:投资最省, 运行控制较简单;综合泵的流量需按制冷机组运行要求进行恒流量运行, 故而在部分供冷负荷时浪费电功率;综合泵常比较适合运用于串联流程的蓄冷系统中。
冰蓄冷系统流程中供冷循环回路与用户的连接方式有直接连接和间接连接两种。直接连接方式即供冷循环回路与用户直接连接, 整个系统充满了乙二醇溶液, 由此带来溶液的传热性能及阻力损失均比冷冻水要差, 这可以从降低溶液的输出温度来补偿, 其存在的最大缺点是乙二醇溶液量大, 投资费用增加, 并且由于系统泄露引起的危害比水严重, 对维护管理的水平要求高, 较适合于小型的蓄冷供冷系统。
间接供冷循环回路与用户的连接方式是借助热交换器, 以分开溶液循环系统和冷水循环系统, 其优点在于乙二醇溶液用量仅限于蓄冷供冷站内的水力系统部分, 溶液用量比前者少得多, 用户部分的系统不存在乙二醇溶液的泄露隐患, 尤其对高层建筑用户能起到隔断高层建筑冷水系统的静压以保护制冷机组及蓄冷装置。从经济角度衡量, 蓄冷系统的最大冷负荷大于1800KWh时, 采用间接供冷循环回路与用户的连接方式是较经济的。
3 空调蓄冷系统的管路设计
3.1 空调蓄冷系统的管路设计
冰蓄冷系统的管路设计需要注意以下问题并采取相应的措施:按流程特点及二次冷剂特性进行管路布置、管道及其附件的设置和选择;管路的泄露应严加控制;不同的冰蓄冷系统, 其闭式流程中溶液的膨胀会有不同的情况。
空调系统中常用的二次冷剂主要是乙烯乙二醇 (简称乙二醇) 水溶液, 其它还有几种。乙烯乙二醇 (简称乙二醇) 水溶液在市场上能方便购得, 并且都已加入各种防金属腐蚀、防泡沫形成等添加剂。乙烯乙二醇 (CH2OH·CH2OH) , 分子量62.069, 正常凝固点-12.7℃, 溶液潜热187KJ/Kg, 其分子中含的氧原子与金属元素有较大的亲合力, 会形成金属氧化物。乙烯乙二醇水溶液对镀锌材料有一定的腐蚀性, 因此必须在乙烯乙二醇水溶液中添加缓蚀剂, 减弱其腐蚀性, 添加剂的用量控制在1‰用量范围, 使乙烯乙二醇水溶液维持PH>7呈碱性。
根据浓度25%的乙烯乙二醇水溶液具有密度略大于水、粘度大于水、比热小于水的物理性能, 在空调蓄冷系统中相同冷量及温差条件下, 其循环量约为空调冷水的110%, 当乙烯乙二醇水溶液工作温度在5℃~6℃范围内, 其循环量可按下式计算:
式中:Q为输送的冷负荷, KW;ρ为密度, Kg/L;Cp为比热, KJ/Kg℃;△t为温差, ℃。
3.2 阀门及附件的设置及选择
二次冷剂管路中阀门及其附件的设置, 应按系统的运行要求, 在安全可靠的基础上尽量简便合理和灵活。闭式流程管路上须设置安全阀, 排泄液应就近排至收集箱, 以利于回收二次冷剂, 管路及蓄冰槽的最高点设自动放气阀, 并与隔断阀串联, 以备检修切断用。当蓄冷系统由多台蓄冷装置并联连接供冷时, 为使流经各台蓄冷装置的溶液保持流量平衡, 在每台蓄冷装置的入口宜设置动态流量平衡阀, 使每台蓄冷装置在运行中的充冷和释冷特性保持相同, 易于操作和控制。
二次冷剂管道系统上, 应设置二次冷剂的进液管和阀门, 以便于充分混合的二次冷剂能进入系统中;在二次冷剂管道系统的最低点, 应设置二次冷剂的排液管和阀门, 以便于浓度不合适的二次冷剂能排出系统进入收集罐。
管道材质常采用内壁经清洁处理的热镀锌钢管、无缝钢管, 不锈钢管只用于用户有特殊要求时采用, 塑料管 (如PVC) 及铜管也可采用, 但只用于有关设备内。对管道要十分注意电化学引起的腐蚀, 不同材质的连接处要考虑电气绝缘措施。在阀门的选择上, 阀门是控制二次冷剂在系统中流动的主要管道附件, 要求密闭性好, 不泄露, 运行安全可靠, 操作维修方便, 在冰蓄冷系统中, 不仅常用闸阀、蝶阀、球阀、截止阀、止回阀, 还较多地采用电动阀门。
3.3 二次冷剂管道直径及压降计算
管道直径的确定对无压降控制时可以按介质流量及允许流速计算;对有压降控制要求时, 应按回路的最大流量及其允许压降来确定。管内流速以不超过1.5m/s为宜, 利于控制噪声及压降, 计算公式如下:
(1) 按介质体积流量计算d=18.8× (qv/w) 0.5 (mm) ;
(2) 按介质质量流量计算d=5 9 4.5×[qm/ (w×p) ]0.5 (mm) ;
(3) 按允许的压力降计算d=[6.38×f×qv/ (△h×108) ]0.2×103 (mm) 。
式中d-管道内径, mm;
qv为工作状态下体积流量, m3/h;
qm为工作状态下质量流量, t/h;w-工作状态下流速, m/s;
f为摩擦阻力系数;
△h为允许压力降, Pa/m。
二次冷剂管道的压降计算公式如下:
(4) 全管程总压降计算公式△P=1.15× (△Pt+△Ps) 。
式中△P为管内总压降, Kpa;
△Pt为管内摩擦压降, kPa;
△Ps为管内局部压降, Kpa;
1.15为安全系数。
(5) 管内局部压降△Ps的计算公式:
式中Σξ为局部阻力系数之和;90°弯头ξ=0.2~0.4;水室到管内ξ=0.5;管到水室内ξ=1.0;全开闸阀、蝶阀、旋塞ξ=0.2~0.5;全开截止阀ξ=4.5~6.5。
3.4 冰蓄冷系统溶液的膨胀措施
蓄冰空调系统应尽量避免采用开式系统, 因为乙二醇溶液长久暴露在大气中会发生氧化形成泡漠及沉淀, 造成溶液变质或浓度降低, 影响蓄冰系统蓄冷及释冷的性能。更为严重的是, 由于溶液凝固点随浓度降低而升高, 有可能造成制冷机组蒸发器的冻结, 引起事故。乙二醇溶液与空气接触, 空气中的二氧化碳溶入会增强乙二醇溶液原本具有的酸性, 对系统中的制冷机组、板式换热器、循环水泵等重要设备及管路的腐蚀性增强, 造成乙烯乙二醇溶液的大量泄露, 严重影响整个蓄冷系统的使用寿命。在蓄冷系统闭式流程上设置闭式膨胀水箱的作用:因温度变化时, 可补偿系统中二次冷剂的体积变化, 避免二次冷剂的外溢;减少管网因二次冷剂的体积变化而引起的损坏;及时排除系统内的不凝性气体, 有利于系统的正常工作, 膨胀箱到系统管路的静压液柱, 有利于溶液泵的正压工作。
4 结语
制冷机组蒸发器的管束内冷冻溶液流速大, 传热效果好, 但蒸发器对水的阻力也随之增加, 循环泵的功率增大, 而制冷机组是按冷水机组额定工况设计的。在供冷运行中, 冰蓄冷系统可以降低供出温度来扩大供、回水温差, 不仅减小输送泵功率和管道直径, 还可减小蓄冰槽的容积, 有综合的经济效果, 蓄冷装置释冷时进、出口温差不宜大于8℃, 而制冷机组的温差在5℃~6℃, 因此, 这种工况下的冰蓄冷系统采用串联流程的配置较为有利, 制冷机组与蓄冷装置均可以运行在合适的流量范围内。
参考文献
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[2]李莉.冰蓄冷低温送风系统风管路计算与经济分析[J].电力需求侧管理, 2008, 5.
蓄冷空调系统论文 篇5
关键词：冰蓄冷；动态冰蓄冷技术；中央空调
中图分类号：u463.85+1 文献标识码：a
冰蓄冷中央空调将促进节能减排事业发展冰蓄冷中央空调是由冰提供冷源的中央空调系统，相对于常规中央空调增加一个蓄冰装置。冰蓄冷中央空调可以减缓用电高峰紧张，比常规空调系统每年节约运行费用10%-30%。冰蓄冷技术的诞生，是人类能源开发与利用的又一场革命。冰蓄冷利用电网峰谷之间的差异来平衡电网使用效率，用户投入较低的费用，便保证白天的空调供冷需求。
在我国，冰蓄冷技术的节能功效一直伴随着争议，不少人认为，冰蓄冷技术虽然是在晚上消耗电能的，但单位制冷量使用的电量是一定的，并没有节能；同时，因为是使用的低谷电，所以享受低谷电价，只是实现了“节钱”。对于这一说法，有人专门做过这样的估算，针对我国每年新增约3亿平米的商务建筑物而言，如果全面使用商用建筑蓄冰空调系统，每年可为国家节电38.4亿元，节煤319万吨，减少二氧化碳867万吨，减少二氧化硫排放11.2万吨。同时，这一技术的实施还相当于为大气减少217万辆汽车尾气的排放量，种树474万亩。在这样的数据面前，我们不能否认，冰蓄冷技术是有巨大的节能潜力的。
冰蓄中央冷空调工作原理
冰蓄冷空调就是利用水或一些有机盐溶液作为蓄冷介质，在夜间电力供应 冰蓄冷空调就是利用水或一些有机盐溶液作为蓄冷介质，在夜间电力供应低谷期开机制冷，将它们制成冰或冰晶，到白天电力供应的高峰期，利用冰或冰晶融解过程的潜热吸热作用，将冷量释放出来，作为空调冷源，从而转移高峰用电负荷，达到合理利用电力资源和减小国家电力工业建设投资的目的。冰蓄中央冷空调的优点
2.1 减少了电力需求。由于减少了风量，低温送风系统的风机能耗可降低30%～40%，且由于采用供回水大温差，冷水侧水泵的电耗也可降低，节约电费预计为20%左右。
2.2 充分利用冰蓄冷系统的高品位低温冷量，提高能源利用率。降低了初投资和运行费用。较低的送风温度减少了所要求的送风量，减小了设备的大小和管路的尺寸，降低了系统费用，从而从一定程度上补偿了增加的制冰蓄冰费用。
2.3 占用建筑空间小。用较低的房间相对湿度提高了热舒适。提高了现有空调系统的供冷能力。
2.4 用电移峰填谷比较明显。在春、秋过渡季节时，除低谷时段开主机蓄冰外，其它时段可不开主机。高峰、平价时段用电完全转移。
冰蓄中央冷空调存在问题及优化
在与常规系统相比较的基础上，对冰蓄冷低温送风空调系统的特殊性进行了分析和研究，对其关键部分阐述了优化设计理论和方法。
3.1 送风温度和蓄冷率是系统设计优化。冰蓄冷低温送风空调系统的经济分析，对冰蓄冷低温送风系统的初投资和运行费用进行了分析，对不同运行控制策略下系统运行费用计算进行了研究，并提出了优化控制模式下系统全年运行费用的计算方法。同时介绍了冰蓄冷低温送风空调系统的评价方法。
3.2 冰蓄冷低温送风空调技术的全部生命力在于其经济性。实现一个系统的经济性即系统优化在于对系统的优化设计、优化控制和优化管理，其中优化设计是系统优化的基础和关键。冰蓄冷低温送风空调系统的优化设计应在达到规定的空调设计参数与保证运行可靠的前提下，实现初投资、转移高峰用电负荷、节电与节省运行费用的最优化。
3.3 电价以及用电限制。当地的电价政策是是否使用蓄冷空调系统的重要因素。峰谷电价差越大，采用蓄冷空调越有利。国外有资料介绍，峰谷电价比为2：1时，可以考虑采用蓄冷系统；峰谷电价比为2.5：1时，可以放心采用蓄冷系统；峰谷电价比为3：1时，可以大胆采用蓄冷系统。当然，在我国由于电价政策与国外不同，需要具体情况具体分析。合理确定设备容量还必须考虑到当地电力部门对高峰用电的限制政策。
3.3 建筑物类型。不同的建筑物其负荷分布不同。对于负荷比较集中，且负荷多发生在用电高峰时期的建筑物，采用蓄冷系统就可以充分利用低谷电价，节省空调系统的运行费用。昼夜负荷较平均的场所，如果不是低谷电价特别具有吸引力，原则上不适合用蓄冷空调系统。
3.4 当地典型年的气象资料。冰蓄冷低温送风空调系统的选择必须以整个供冷季节的逐时冷负荷分布为基础，而逐时负荷是依据典型年的气象资料算出的。全新风循环作为省能器供冷的地区，采用低温送风空调系统就不合适了。
3.5 改进制冷设备。如压缩机、阀门、控制系统等。设备上选用合资ciat冰球，可靠的 工业蝶阀等，从技术上采取国内外已有成功的经验，省去冰蓄冷中央空调系统中的板式换热器，认真做好增加系统的可靠性，采用变风量空调器，蝶阀和全部法兰联结，管道内壁防腐处理，增加乙二醇溶液回收装置，防止溶液损失一系列技术措施，完全可以克服无换热器缺点，达到降低投资运行费用的目的。
中央空调动态冰蓄冷技术的应用
我国大部分地区处于温带和亚热带，每年空调使用时间较长，在南方地区甚至可达8个月。夏季高温时段空调用电负荷大而且集中，这是造成城市电力负荷峰谷差的主要原因，而冰蓄冷空调是实现用户侧调峰的有效技术之一。目前我国已有的蓄冰空调工程设备70%以上来自国外，且99%都属于静态蓄冰技术，主要包括盘管制冰、冰球制冰等传统静态制冰方式，其体积大、运行成本高、制冰效率低，平均制冷量只有空调工况制冷量的50%。
冰蓄冷空调系统技术经济性分析 篇6
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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冰蓄冷空调技术探讨 篇7
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.
蓄冷空调系统论文 篇8
中央空调系统是智能建筑创造舒适、高效的工作和生活环境不可缺少的重要设备。中央空调系统的自动控制在智能建筑楼宇自动化系统中占有非常重要的地位。自20世纪70年代世界能源危机以来, 各国政府都十分重视开发新能源与“节省能源”, 促使了蓄冷技术的迅速发展。冰蓄冷是中央空调制冷的一种方式。冰蓄冷空调不仅使电力负荷“削峰填谷”, 提高发电设备的年利用率, 也保证制冷机组满负荷高效率运行, 降低空调系统的运行费用, 带来了显著的社会效益和经济效益[1,2,3]。
中央空调传统的控制方法是采用直接数字控制器 (DDC) 方式, 将各个温度、湿度检测点和控制点连接到1台或多台DDC, 实行多点实时监控。采用DDC方式进行控制具有引线过长、施工不便及系统通信的实时性和可靠性不高等缺点。为此可采用CAN总线技术设计中央空调控制系统[4]。
1 系统介绍
冰蓄冷空调就是在夜间电网低谷时期开启制冷机制冷, 由蓄冷设备将冷量以冰的形式储存起来, 在白天电网峰时段冰融化释放冷量, 用以满足部分或全部供冷要求, 使制冷机少开甚至不开, 从而达到电网的削峰填谷目的。冰蓄冷空调系统框图如图1所示[1]。
系统采用分布式监控方案, 主要包括操作站 (上位机) 和现场采集控制系统。上位机负责系统数据的接收与管理, 控制命令的发送及系统工作过程的实时显示等。各单元控制器作为下位机 (采用ARM微控制器) 负责现场温度的检测采集及阀门工作状态的控制等。单元控制器内的CAN控制器负责接收来自CAN总线的数据以及通过CAN总线向上位机发送数据。上位机通过插在PC总线扩展槽内的智能CAN总线通信适配卡连接CAN总线与各单元控制器。图2是本控制系统的框图。
2 控制系统硬件设计
由于数字式温度传感器更适用于与各种微处理接口组成的自动温度控制系统, 可以克服模拟传感器与微处理接口时需要信号调理电路和A/D转换器的不足之处。故温度检测装置采用DS18B20单总线数字式温度传感器, 可以把温度值直接转换成数字量, 其输入量程为-55～+125℃。
2.1 控制器的选择
CAN总线广泛用于离散控制领域, 其总线规范也已被ISO国际标准组织制定为国际标准。
CAN的信号传输采用短帧结构, 传输时间短, 具有自动关闭功能, 具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式, 并采用了非破坏性总线仲裁技术, 通过设置优先级来避免冲突, 通讯距离最远可达10 km (5 kbps) , 通讯速率最高可达1 Mbps (40 m) , 网络节点数实际可达110个。
故系统采用CAN总线进行系统通信。因此也选用了带CAN控制器的ARM微控制器LPC2119。
LPC2119基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-STM CPU, 并带有128/256k字节嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%, 而性能的损失却很小。
由于LPC2119非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、2路CAN、M通道、46个GPIO以及多达9个外部中断使它们特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和容错维护总线。由于内置了宽范围的串行通信接口, 它们也非常适合于通信网关、协议转换器以及其他各种类型的应用[5]。
2.2 CAN接口板设计
LPC2119虽然内嵌CAN控制器, 但必须与CAN收发器连接才能具备收发功能。首先, CAN收发器把CAN控制器的逻辑电平转换成抗干扰能力强的差分电平, 然后往CAN总线上发送;接收时刚好相反, CAN收发器接收到CAN总线的信号后, 转换成逻辑电平送给CAN控制器, 完成接收过程。在本系统中, 实现这一功能的器件即CAN总线驱动器82C250。
82C250是Philips公司的CAN总线驱动器, 是CAN控制器与物理总线之间的接口。器件可以提供对总线的差动发送和接收功能。表1是其引脚功能说明。
Easy ARM2100开发板可以很方便地与CAN接口板连接, 组成完整的CAN节点。CAN接口板的原理图如图3所示。
2.3 阀门控制电路设计
阀门控制电路原理图如图4所示。
阀门是由4～20 mA电流驱动, 因此必须把微控制器输出的数字量转化成模拟量输出。由于选用的ARM微控制器LPC2119不带D/A转换功能, 必须另外选择D/A芯片进行D/A转换。系统选用I2C总线接口的D/A转换芯片DAC6573。由于该D/A芯片是电压输出, 还需进行V/I转换, 在此选用V/I转换芯片AD694。
DAC6573是低功耗、4通道、10位电压输出的DAC, 使用I2C两线串行接口, 在总线上最多可扩展到16片, 即64通道。
AD694是AD公司推出的电压电流转换芯片, 0～2 V/0～10 V输入、0～20 mA/4～20 mA输出, 4.5～36 V宽范围电源供电, 提供精确的2 V或10 V基准电压。
3 控制方案
本设计的被控对象是空调房间, 输入量是冷却水流量, 输出量是房间内温度。由操作经验可知, 被控对象是一个大滞后、非线性、时变的复杂控制对象, 难以确定精确的数学模型, 所以采用积分分离PID控制算法。即在偏差较大时, 采用PD控制, 可避免过大的超调, 又使系统有较快的响应;在偏差较小时, 采用PID控制, 可保证系统的控制精度[6]。
在普通的PID数字控制器中引入积分环节的目的, 主要是为了消除静差、提高精度。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时, 短时间内系统输出有很大的偏差, 会造成PID运算的积分积累, 致使算得的控制量超过执行机构可能最大动作范围对应的极限控制量, 最终引起系统较大的超调, 甚至引起系统的振荡, 这是某些生产过程中绝对不允许的。引进积分分离PID控制算法, 既保持了积分作用, 又减少了超调量, 使得控制性能有了较大的改善。其具体实现如下:
(1) 根据实际情况, 认为设定一阀门阈值ε>0。
(2) 当|e (k) |>ε时, 也即偏差值|ε (k) |比较大时, 采用PD控制, 可避免过大的超调, 又使系统有较快的响应。
(3) 当|e (k) |≤ε时, 也即偏差值|ε (k) |比较小时, 采用PID控制, 可保证系统的控制精度。
写成计算公式, 可在积分项乘一个系数β, β按下式取值:
以位置式PID算式为例, 写成积分分离形式为:
当|e (k) |>ε时, 即β=0, 进行PD控制, PD控制算法为:
其中:
当|e (k) |≤ε时, 取β=1, 进行PID控制, PID控制的算法采用增量式PID控制算法, 即:
其中:
通过式 (1) 、 (2) , 便可编制出计算机控制程序, 其流程图如图5所示。
4 实验波形
根据设计搭建电路进行实验验证, 主要实验结果如下:
4.1 CAN总线通信实验数据与波形
在实验中, 对CAN总线通信程序进行测试。利用CAN总线发送数据“00 01 02 03 04 05 06 07”到上位机, 在CANTEST测试软件窗口中能接收到该数据帧, 并测得相应的波形, 如图6所示。
4.2 I2C总线数据传输波形测量
在实验中, 对I2C总线发送数据进行测试。图7是利用I2C总线对DAC6573发送数据“3FF”时测得的波形。波形图中1代表SDA线上的波形, 2代表SCL线上的波形。
5 结语
本文采用ARM器件作为冰蓄冷空调系统电气控制的控制部件, 选用I2C总线接口的D/A转换芯片和V/I转换芯片, 设计了阀门控制等硬件电路和控制程序, 并由实验证实了控制电路及程序的正确性。对冰蓄冷空调系统的控制起到了非常好的控制效果。
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
[2]杨晓军.冰蓄冷空调控制系统的设计与应用[D].西安:西安理工大学, 2007
[3]梅海峰.考虑负荷影响的空调冰蓄冷系统的优化运行[D].上海:东华大学, 2006
[4]林勇.CAN总线在中央空调控制系统中的应用[J].电子技术应用, 2001, 27 (7) :33～34
[5]周立功.ARM微控制器基础与实战[M].第2版.北京:北京航空航天大学出版社, 2005
冰蓄冷系统经济性分析 篇9
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) .
冰蓄冷中央空调技术的应用 篇10
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].