蓄冷材料

蓄冷材料（精选7篇）

蓄冷材料 篇1

0 引言

随着矿井开采深度的不断增加, 高温热害已成为影响矿工身体健康和作业安全的主要因素[1]。研究一种高分子蓄冷材料矿用降温服, 它是将研制的高分子蓄冷材料和矿工服装的结合, 从而达到矿工的防暑降温。

1 研究理论基础

在高温矿井, 矿用降温服通过蓄冷材料的吸热来隔离高温对人体的伤害, 通过对矿工、矿用降温服、矿井环境三者的研究, 从而为矿工的安全生产提供理论基础[2]。“矿工—矿用降温服—矿井环境”三者间的关系如图1所示。

矿用高分子蓄冷材料降温服, 主要利用降温服内的蓄冷材料吸收、人体散发的热量, 从而使人体的热舒适性得到大大增强[3,4]。人体—服装—环境降温传热过程如图2所示。

2 矿用降温服的研制

矿用降温服主要有蓄冷材料和矿工服2部分, 通过蓄冷材料与服装结合, 做到轻便、易穿戴, 符合矿工舒适性的要求。其研究方法如图3所示。

2.1 高分子蓄冷材料的研制

2.1.1 实验方法及技术路线

采用的高分子蓄冷材料是以高分子聚乙烯醇为基本原料, 先将降温剂丙二醇加入到聚乙烯醇水溶液中, 加热到80℃, 混合搅拌均匀, 再加入交联剂硼砂溶液, 快速搅拌, 使其凝胶均匀, 再将制得的水凝胶放入恒温水浴中加热去除气泡, 技术路线如图4所示。

2.1.2 测试结果

高分子蓄冷材料作为矿工降温服的核心组成部分, 其性能决定降温服的使用效果, 本实验采用差示扫描热量仪 (德国NETZSCH 200F3) 对研制的相变材料进行相变潜热和相变温度测试, 仪器用高纯铟校准。

研制的高分子相变蓄冷材料相变过程的DSC曲线如图5所示。

由图5知, 研制的高分子蓄冷材料的相变潜热和相变温度分别为242.1 J/g和-5.1℃, 说明该材料具有潜热大、温度低的特点, 能够满足高温矿井对降温的需求。

2.2 矿用降温服的研发

研究的矿用降温服是在矿工普通工作服基础上, 优化了符合煤矿井下复杂工作环境要求的各方面的性能, 增加了具有降温特殊功能的降温防护装备, 将更好地为煤矿作业人员提供安全防护。

2.2.1 矿用降温服结构设计

矿用降温服结构包括防护服和蓄冷袋。蓄冷袋由高分子蓄冷剂、隔冷板、隔冷袋组成, 蓄冷袋和防护服可分离, 使用方便灵活。

矿用降温服采用“三紧式”结构, 即紧袖口、紧下摆、紧领口。由于煤矿井下作业环境光线较暗, 矿灯光线照射距离短、照射面窄, 为有效观察发现矿工的工作位置, 在矿用降温服外侧的前面、后面、袖子处均布设有自发光警示牌。矿用降温服外形如图6所示。

2.2.2 矿用降温服面料选择

为满足高温矿井对降温防护服的要求, 降温服一方面要具有吸湿透气、便于穿脱等特点, 另一方面要达到矿工普通工作服的国家标准和行业行规中的各项指标, 如防静电、阻燃、耐久等指标。根据以上对降温服的要求, 以及矿井的特殊环境, 选取棉织物作为降温服的面料。

3 矿用降温服性能指标

通过对矿用降温服的结构设计及技术处理, 矿工防护降温服指标如下:①矿用降温服具有“结构简单、穿戴方便、抗静电、透气性好”等特性;②降温服总质量为1.2~1.5 kg, 具有质量轻、体积小等特点;③在环境温度35℃下, 矿工降温服贴体温度在16~28℃之间;④放冷时间长, 当环境温度为35℃时可维持放冷4~5 h;⑤价格便宜。

4 结论

矿用高分子蓄冷材料降温服的研发和应用, 可缓解矿井高温热害对矿工的身体伤害, 对提高矿井的劳动效率和安全生产具有重要意义。研究结果表明:①降温服所采用的高分子蓄冷材料相变潜热和相变温度分别为242.1 J/g和-5.1℃, 说明该材料具有潜热大、温度低的特点, 能够满足高温矿井对降温的需求;②通过对降温服的结构和面料研究, 设计出矿用降温服具有“结构简单、穿戴方便、抗静电、透气性好”等特性;③降温服放冷时间长, 当环境温度在35℃时, 可维持放冷4~5 h。

摘要：介绍了矿用降温服的工作原理、服装结构和面料选择, 并对降温服的核心部件高分子蓄冷材料进行了理论研究。结果表明:高分子蓄冷材料具有相变温度合适、相变潜热大且重复性好的特点, 具有较好的降温效果。

关键词：降温服,蓄冷材料,相变温度,相变潜热

参考文献

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PCM蓄冷球蓄冷过程的动态研究 篇2

随着国民经济的快速发展,人们的生活质量不断提高,空调的应用日益广泛和普及,空调作为建筑能耗最大的单项设备,其电力消耗占建筑总能耗40%左右,已经成为我国节能减排的重点领域之一[1]。空调用电多使用高峰电且运行周期性明显,这使得电力系统峰谷差急剧增加,电网负荷率明显下降,极大影响了发电的成本和电网的安全运行[2]。因此,在制冷空调领域利用蓄冷空调技术可以有效解决这一问题。蓄冷空调是在夜间用电低谷时将制冷系统产生的冷量储存起来,在用电高峰时,将储存的冷量释放出来,来满足建筑物的需求,达到“移峰填谷”的目的[3,4,5]。目前,蓄冷空调用蓄冷器的性能及传热优化的相关研究得到了国内外学者的的广泛关注。吴双茂等运用数值计算的方法,模拟了蓄冷球堆积床的充冷过程,得到了载冷剂流速对充冷过程有较大影响,随着载冷剂流速的增大,充冷时间明显减小,载冷剂出口温度下降较快,蓄冰率增加较快[5]。Ismail和Moraes把相变材料(PCM)封装在球壳中,对蓄冷球的蓄冷过程进行研究,通过预测球壳的大小、球壳的厚度、PCM初始温度,得到凝固率、外壁温度和蓄冷时间的关系[6]。郭茶秀等建立一个二维模型对蓄冷球的凝固过程进行了数值模拟研究,得到了在第一类边界条件下,蓄冷球凝固过程的温度场分布的规律[7]。然而,大多数文献中所使用的蓄冷球模型为二维蓄冷球模型,而使用二维模型分析蓄冷球内PCM的凝固过程具有一定局限性,用三维模型分析蓄冷球内PCM的凝固过程更加准确。

本文建立了三维蓄冷球模型对球内PCM的凝固过程进行数值模拟研究,分析了蓄冷球内PCM凝固过程的动态特性,研究了蓄冷球半径、载冷剂温度、蓄冷球球壳材料对蓄冷完成时间及蓄冷特性的影响,为蓄冷器的设计优化提供了理论依据,对实际工程具有一定的指导意义。

1 模型的建立

1.1 数学模型

蓄冷球中的PCM在相变过程中存在着相变和热传导两种物理过程,与单一热传导问题相比更加复杂,基本方程[8]形式为:

(1)质量守恒方程

质量守恒定律表述为单位时间内流入微元体的净质量等于同一时间间隔内微元体中增加的质量。对于三维、瞬态、不可压缩流体的质量守恒方程为

由于相变材料密度为常数,公式可以简化为

式中ux、uy、uz———速度矢量在x、y、z方向上的分量;

t———时间/s;

ρ———相变材料的密度/kg·m-3。

(2)能量守恒方程

凝固和融化问题能量方程表示为

H可以被定义成如下形式

式中H———焓值/k J·kg-1;

k———导热系数;

S———源项;

h———显热焓/k J·kg-1;

href———初始焓值/k J·kg-1;

β———液相体积分数;

L———相变潜热/k J·kg-1;

TS———固相温度/K;

Tl———液相温度/K。

(3)动量守恒方程

相变材料可以视为不可压缩流体,动量方程可以写作如下形式

式中ε———一个不为0的定值(0.001);

Amush———为定值(1.0×105);

———PCM在控制体内的速度/m·s-1;

p———压力/Pa;

μ———动力粘度/m2·s-1;

ρg———本身的重力;

Fi———动量源项,其中

1.2 物理模型

在蓄冷槽中,蓄冷球是自由堆放的,蓄冷球内密闭封装着相变材料[9,10],低温的载冷剂从蓄冷球表面流过,使蓄冷球表面温度降低,球壳与球内发生热量交换,使PCM温度逐渐降低并发生相变,直至球内PCM完全凝固。整个凝固过程包含着导热和对流换热现象[11],为使复杂的相变问题简单化,对物理模型作如下假设:

(1)相变材料的液相和固相物态参数不随温度改变;

(2)初始时刻蓄冷球内相变材料各处温度均匀一致;

(3)蓄冷球的凝固过程具有对称性;

(4)蓄冷球外载冷剂的温度为定值。

1.3 几何模型及网格划分

使用前处器gambit对蓄冷球进行三维网格划分。计算域采用四面体和六面体网格。半径为35 mm的蓄冷球网格划分如图1所示。其中网格密度为4 mm,网格数量为31 700个。

2 蓄冷球的内部条件和边界条件

蓄冷球内有机相变材料的相变温度为279.86 K,密度为774 kg/m3,比热容为1 954 J/(kg·K),导热系数0.5 W/(m2·K),相变潜热213 k J/kg,蓄冷过程相变材料初始温度为285.16 K。在数值模拟时,依次改变球壳外载冷剂温度(275.16 K、276.16 K、277.16 K、278.16 K),以及球壳材料(低密度聚乙烯材料、钢材料、有机玻璃材料)。表1中列出了三种不同球壳材料的物性参数。

3 结果与讨论

3.1 蓄冷球内温度分布数随时间的变化

图2为蓄冷球内温度分布随时间的变化规律。当载冷剂温度为275.16 K,蓄冷球半径为35 mm,球壳为低密度聚乙烯塑料时,蓄冷球x-y截面的温度分布图。图2(a)为1 000 s时的温度分布图,图2(b)为5 000 s时的温度分布图,图2(c)为10 000 s时的温度分布图。由图可以看出,随着时间推移,蓄冷球内平均温度逐渐下降,蓄冷球内PCM的相变过程由球壳向球心处进行,固相区域逐渐增加,液相区域逐渐减少,直至凝固完成。

3.2 蓄冷球半径大小对蓄冷完成时间的影响

载冷剂温度为275.16 K、球壳材料为低密度聚乙烯塑料时,半径为35 mm、40 mm、45 mm、50 mm的蓄冷球完成蓄冷过程所需要的时间分别为12 300 s、16 300 s、22 900 s、28 500 s。与半径为35mm的蓄冷球相比,半径为40 mm、45 mm和50 mm的蓄冷时间分别增加了32.52%,86.17%,131.7%。从模拟的结果可以看出,蓄冷球的半径越大,完成蓄冷所需要的时间越长。

3.3 蓄冷球外载冷剂温度对蓄冷过程的影响

为研究载冷剂温度对蓄冷过程的影响,选择半径为35 mm的蓄冷球进行模拟,载冷剂温度分别设为275.16 K、276.16 K、277.16 K、278.16 K。

图3为蓄冷球外载冷剂温度与蓄冷球内液相分数之间的关系。从图中可以看出,载冷剂温度越低,液相体积分数从1降为0时所需要的时间,即完成蓄冷过程所需的时间越短。在凝固的初期阶段,液相分数降低速率较快,说明凝固过程进行较快,随着蓄冷过程的进行,PCM凝固速率逐渐降低。

图4蓄冷球外载冷剂温度与完成蓄冷时间的关系。从图中可以看出,当载冷剂温度为275.16 K、276.16 K、277.16 K、278.16 K时,完成蓄冷过程时间分别为:12 300 s、15 470 s、20 950 s、29 800 s。与载冷剂温度为278.16 K的相比,275.16 K、276.16K、277.16 K完成蓄冷时间分别减少了58.72%、48.09%、29.70%。载冷剂温度对蓄冷球完成蓄冷时间影响很大。载冷剂温度越高,完成蓄冷过程所需要的时间越长,若要缩短蓄冷时间,可以通过降低载冷剂温度来实现。由于受到空调主机制冷工况的限制,载冷剂温度不能过低,否则会降低机组的蒸发温度,使系统效率降低,因此选择275.16 K为载冷剂温度为宜,既可以减少蓄冷时间,又减少机组的负荷。

3.4 球壳材料对蓄冷球内相变过程的影响

图5为球壳材料和蓄冷球内液相分数的关系。蓄冷球半径为45 mm时,分别采用钢材、有机玻璃、聚乙烯塑料作为蓄冷球的球壳材料,各材料的物性参数见表1。球壳材料为钢材、有机玻璃和聚乙烯塑料的蓄冷球凝固结束时间分别为:16 120 s、20 523 s和21 900 s。钢材和有机玻璃的蓄冷时间与聚乙烯塑料材质相比分别减少了26.39%和6.29%。这是由于不同材料的导热系数和热阻存在差异,钢材、有机玻璃、聚乙烯塑料的导热系数和热阻逐渐增大。但是由于工程实际要求,玻璃易碎,钢材耐腐蚀性差且质量重,工程应用受到限制。因此导热系数大,热阻小的蓄冷球材质有待深入研究。

4 结论

本文对蓄冷空调用蓄冷球建立了三维数学模型和物理模型,用ANSYS-FLUENT对蓄冷球的凝固过程进行了数值模拟与分析,得到如下结论。

(1)蓄冷球外载冷剂温度一定时,随着蓄冷球半径增加,蓄冷时间增加。当载冷剂温度为275.16K时,与R=35 mm的蓄冷球相比,R=40 mm,R=45 mm,R=50 mm的完成蓄冷的时间分别增加了32.52%,86.17%,131.7%。因此需要合理选择蓄冷球半径,使其整体效益最优,在实际工程中,相变材料蓄冷球的半径应不超过50 mm。

(2)在蓄冷球半径一定时,蓄冷球外载冷剂温度越低,完成蓄冷所需要的时间越短。在实际运行中,载冷剂的温度对蓄冷效果的影响巨大。

(3)蓄冷球球壳的材质导热系数越大,完成蓄冷时间越短,与低密度塑料球壳相比,钢材和有机玻璃的蓄冷时间分别减少了26.39%和6.29%。但是根据实际情况,玻璃球壳材料易碎,钢球球壳材料易腐蚀,为优化蓄冷过程,适合蓄冷球的球壳材质还需要更深入的研究。

参考文献

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浅谈水蓄冷技术 篇3

1.1 主要设备

1)常规主机作为蓄冷主机;2)蓄冷泵;3)放冷泵;4)板式换热器;5)控制系统。

1.2 使用方法

夏季,既可以按照原来的空调系统运行,也可以按照蓄冷空调系统运行,还可以按照上述的混合模式运行,在白天的高峰时段采取主机+放冷的方式运行,可以减少主机运行时间,减少空调系统的运行费用。

2 我国的电力能源现状及相关政策

随着国民生活水平的不断提高以及全球环境变暖的趋势,空调这种工业生产、工作、家庭生活中必不可少的新时代产品所消耗的电能也大幅增加,其所占电网供电比例也与日俱增,特别是其有着明显的季节性特点,并且其高峰、低谷均与电网负荷重合,故成为了夏季冲击电网负荷供需平衡的主要因素,加大了电网负荷的峰谷差。而电力生产企业为平衡季节性和昼夜间负荷的这种双重波动而投资建设的电厂,在经济上是低效益的。

眼下,伴随着越来越强迫的节能需求以及危机意识,为缓解高峰用电紧张和低谷用电过剩的矛盾,加强用电负荷的管理,合理运用经济手段引导电力用户移峰填谷。从1995年起,各地政府均根据国家有关部委的要求,已大力推行了分时电价制度,并且出台了一系列鼓励用户移峰填谷的优惠政策。这就为蓄能技术的推广和应用建立了强有力的发展平台。

据报道,如国民经济按8%的增长速度,则电力需求则必须以20%的增长速度与之相对应。尤其是夏季华东地区的持续高温,使这一矛盾进一步加剧。上海今年夏季高峰用电缺口在300万kW左右,预计明年夏季高峰用电缺口在500万kW左右,浙江省今年夏季高峰用电缺口在150万kW左右。华东地区今年气温升高1 ℃,电网用电负荷即增加20%;上海市空调制冷温度调高1 ℃,即可节省30万kW负荷的用电需求。各地峰谷电价比值见表1。

3 水蓄能技术简介

3.1 技术特点

1)水蓄能技术就是在电力负荷低的夜间,用电动制冷机制冷将冷量以冷水的形式储存起来。在电力高峰期的白天,不开或少开冷机,充分利用夜间储存的冷量进行供冷,从而达到电力移峰填谷的目的。由于电力部门实施分时电价,蓄能空调技术的运行费用比常规空调系统运行费用低,分时电价差值越大,用户得益越多。采用蓄能空调技术,业主并不一定节电,但能为业主节省运行费用,更重要的是有利于国家电网的安全运行。因此,国家把它作为一种节能环保的技术来大力推广。

2)水蓄能技术主要是利用了水的物理特性。对于在1个大气压的水,4 ℃水温时其密度最大,此时为1 000 kg/m3。随着水温的升高,其密度在不断减小,如果不受到外力扰动,一般容易形成冷水在下,热水在上的自然分层状态,但水在4 ℃以下时物性却出现明显非规律性变化,此时随着水温的降低,其密度却在不断减小。因而水蓄能水温可利用的下限为不小于4 ℃,水蓄冷时一般是4 ℃～14 ℃,水蓄热的温差较大,一般是40 ℃～95 ℃。水蓄能利用的是水的显热变化(水比热为1.0 Kcal/(kg·℃))。

3)自然分层式蓄能技术是一种结构复杂,但蓄冷效率较高,经济效益较好的蓄能方法,目前应用得较为广泛。在夏季的蓄冷循环中,冷水机组送来的冷水由蓄能槽下部的布水器进入蓄能槽,而原来槽内的热水则从蓄能槽上部的布水器流出,进入冷水机组降温。随着冷水体积的增加,槽内冷热水交界的斜温层将被向上推移,而槽中总水量保持不变;在放冷循环中,水流动方向相反,冷水由下部布水器被放冷泵抽出送至用户,经换热后的温度较高的水则从上部布水器进入蓄能槽。冬季蓄热时的原理和蓄冷是一样的,只不过介质水的工作温度范围较大。

4)蓄能槽有多种形式,有带上下布水器的开启式,还有迷宫式等等,但效率最高、性价比最好、应用最广泛的还是前一种。以水作为蓄能介质的水蓄能系统是蓄能空调系统重要方式之一,也是能源综合利用、开源节流的一种很好的形式。

3.2 水蓄能技术的优点

1)经济:充分利用国家的分时电价政策,可以大大节省运行费用。削峰填谷,平衡电网压力。2)实用:可以使用常规冷水机组,适用于常规供冷系统的扩容和改造。由于夜间已蓄冷,白天在突然停电时,只需较少的动力驱动水泵和末端空调马达,即可维持空调系统供冷,并且能够实现蓄冷和蓄热的双重用途。3)节能:夜间气温降低,冷却效果好,系统满负荷运转时间较多,从而提高冷机的工作效率,也可节省维护保养费用。4)合理:水蓄冷可减少制冷设备的装机容量和用电容量,从而减少了电力投资费用(包括电力补贴费和变压器、配电柜等电力设施)。另外作为备用冷源,增加了空调系统的可靠性,还可结合低温送水和低温送风,减少设备的容量,降低设备的噪声。5)适用:蓄能槽可以利用消防池来做,或者放在地下,不占用有商业价值的地方,减少机房的占用面积,从而可减少投资。6)环保:由于白天开的冷机较少,所以噪声很小,而且清洁无污染,操作方便。

4水蓄能技术应用

1)由于空调用电在电网中所占比例越来越大,从空调入手解决电网峰谷差问题是直接有效的,同时也非常适合水蓄能的使用。例如一般写字楼空调系统间歇使用,上班时开启,下班时关闭,就使空调系统有可能利用原有设备在间歇期进行能量储存,为第二天的空调运行提供或补充能量。

2)由于建筑物功能变化、改扩建、建筑物中设备不断增多等原因,使原有变压器不堪重负,不得不限制空调制冷机的开启。若增加配电容量,不仅增加了电力增容及相关费用,同时也提高了运行电费。如果进行水蓄能的改造,可以利用原有的制冷机组、消防水池以及现有的蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄能槽,只需在原系统中添加水蓄冷设备和相关管路,从而节省投资,且对原有系统没有任何影响。随着人们对于水蓄冷技术的逐步认识以及分时电价的峰谷电价差逐年增大,水蓄冷空调的经济效益已逐渐显现。

参考文献

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2008:2114-2187.

冰蓄冷空调系统研究 篇4

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.

冰蓄冷智能控制逻辑分析 篇5

冰蓄冷系统的运行,现在主要是采用分时段的控制方式。系统按照设定好的时段进行主机参与的融冰模式、单融冰模式和制冰模式。这种控制方式在末端负荷及室外环境温度发生变化时,不能自主地根据变化情况进行运行模式的调整,从而造成能源的耗损和运行成本的增加。而冰蓄冷系统的智能控制则要求“控制系统”能够根据分时电价构成、系统负荷分布等具体特点,自主地对系统运行进行科学、合理、高效地智能控制。从而使系统灵活、高效和经济地运行。本文将尝试结合工程实例对冰蓄冷系统智能控制的运行逻辑进行探讨,以期探索出新的设计思路和方法。

1 项目简介

某项目为办公楼改造工程,原空调冷源为常规电制冷,供冷面积为5300m2。改造后冷源采用冰蓄冷系统,供冷面积为8980m2。设计日的末端尖峰负荷为1 420kW,设计日空调总负荷为13 200kW·h;制冷主机选用双工况螺杆乙二醇变频机组1台,空调工况下制冷量为890kW,制冰工况下制冷量为590kW;蓄冰设备选用蓄冰盘管20台,蓄冰设备总蓄冷量为4 570kW·h,占设计日总负荷的34%;释冷换热器选用板式换热器1台,单台换热量1 420kW;释冷换热器乙二醇侧温度为3/11℃,水侧温度为12/6℃。

该项目的电价峰谷时段详见表1。

2 智能控制运行逻辑

智能控制的原则是利用低谷时电价进行制冰,有主机参与的融冰模式选在低谷时电价或是平峰电价,而高峰电价时主要进行单融冰。

智能控制的实现主要是通过在系统的各个关键点安装所需的传感器。根据传感器采集的数据,建立由历史气象资料、历史实时用冷负荷和历史全天的用冷负荷等参数所组成的数据库。然后,在系统运行时,通过中央控制器将传感器传回的实时数据同数据库中的历史数据进行对比,以判断下一时段或第二天的运行策略。随着运行的持续,数据的日益完备,智能运行的效率也将越来越高。

下面将以该项目为例对系统的运行控制逻辑作简要论述。

2.1 7:30～8:00时段的运行策略判断

7:30“判断系统”读取数据库中前一天的全天逐时负荷,将其中冷负荷大于“单主机供冷最大能力”时段所需冰量进行累加,累加值+最小余冰量作为单融冰时的“7:30～17:00的预留融冰量”;读取冰槽剩余冰量。当冰槽剩余冰量小于全天用冷总需求,且冰槽剩余冰量小于下一时段(7:30～8:00)所需融冰量+预留融冰量之和,则下一时段执行主机参与融冰模式;如果剩余冰量大于下一时段(7:30～8:00)所需融冰量+预留融冰量之和,则下一时段进行单融冰供冷。

2.2 8:00～9:00时段的运行策略判断

8:00“判断系统”进行读取室外温度传感器的数值,同“环境温度与末端用冷对照表”(数据库中的数据源,下文提到的各种数据表皆是数据源)进行比较,推测当天全天各时段用冷情况,制作“根据当天温度推算的全天用冷负荷表”;结合已经生成的“前一天末端全天用冷负荷表”,将“根据当天温度推算的全天用冷负荷表”和“前一天末端用冷负荷表”两组数据进行加权平均(权重各占50%),推测出“当天的全天用冷负荷表”,将所需冷负荷大于“单主机供冷最大能力”时段所需冰量进行累加,累加值+最小余冰量作为单融冰时的“8:00～17:00的预留融冰量”。

在“当天的全天用冷负荷表”中读取下一时段(8:00～9:00)的用冷负荷,当冷负荷大于“单融冰供冷最大能力”时,执行主机参与融冰。如果下一时段(8:00～9:00)冷负荷小于单融冰供冷最大能力,则读取冰槽剩余冰量。当冰槽剩余冰量小于剩余用冷总需求,且当冰槽剩余冰量小于下一时段(8:00～9:00)所需融冰量+预留融冰量之和,则下一时段执行主机参与融冰模式;如果剩余冰量大于下一时段(8:00～9:00)所需融冰量+预留融冰量之和,则下一时段(8:00～9:00)进行单融冰供冷。

2.3 9:00～10:00时段的运行策略判断

9:00“判断系统”读取“根据当天温度推算的全天用冷负荷表”;读取“前一天末端全天用冷负荷表”;读取8:00-9:00末端总的用冷量,根据“末端负荷系数”制作“根据负荷系数推算的全天用冷负荷表”。将“根据当天温度推算的全天用冷负荷表”、“前一天末端用冷负荷表”和“根据负荷系数推算的全天用冷负荷表”3组数据进行加权平均(前两者的权重各占25%,后者的权重为50%),推测出“当天的全天用冷负荷表”,将所需冷负荷大于“单主机供冷最大能力”时段所需冰量进行累加,累加值+最小余冰量作为单融冰时的“9:00～17:00的预留融冰量”。

在“当天的全天用冷负荷”中读取下一时段(9:00～10:00)的用冷负荷,当冷负荷大于单融冰供冷最大能力时,执行主机参与融冰。如果下一时段(9:00～10:00)冷负荷小于单融冰供冷最大能力,则读取冰槽剩余冰量。当冰槽剩余冰量小于剩余用冷总需求,且当冰槽剩余冰量小于下一时段(9:00～10:00)所需融冰量+预留融冰量之和,则下一时段(9:00～10:00)执行主机参与融冰模式;如果剩余冰量大于下一时段(9:00～10:00)所需融冰量+预留融冰量之和,则下一时段(9:00～10:00)进行单融冰供冷。

10:00同9:00。以此类推,直至17:00每小时进行一次判断。17:00～17:30为单融冰模式。17:30～22:00为待机状态。

3 根据智能控制系统控制的系统运行情况

由中央控制系统的记录,得到的当天建筑物的逐时负荷及分布曲线图。详见表2及图1。

建筑物的逐时负荷分布情况,如图1。

冰蓄冷系统在当日的运行情况,如图2(冷量为正表示释冷,冷量为负表示蓄冷)。

冰蓄冷系统当日的蓄冰量推移情况如图3。

4 结论

通过中央控制器将安装在系统各个关键节点上的传感器实时采集的数据与由历史气象资料和历史用冷负荷等数据所组成的数据库进行数据对比,智能控制系统依照智能运行控制逻辑能够根据环境温度及末端负荷的变化情况自主地进行下一时段运行模式的选择。从项目的实际运行情况来看,采用智能控制系统控制的冰蓄冷系统,系统运行平稳。与常规的固定时段控制策略相比,运行更加灵活、经济和高效。

摘要：简要论述冰蓄冷系统的智能控制运行逻辑。

关键词：冰蓄冷,智能控制,空调系统

参考文献

冰蓄冷系统经济性分析 篇6

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) .

冰蓄冷空调系统流程配置研究 篇7

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

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[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.