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技术文章
储冰蓄冷系统(中央空调节能新技术)
2017-03-29
冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中,白天融冰将所储存冷量释放出来,减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量,它代表着当今世界中央空调的发展方向。深圳川本斯特提供储冰蓄冷设备的系统设计与低温乙二醇制冷机。
技术简述
冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中,白天融冰将所储存冷量释放出来,减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量,它代表着当今世界中央空调的发展方向。
1.削峰填谷、平衡电力负荷。
2.改善发电机组效率、减少环境污染。
3.减小机组装机容量、节省空调用户的电力花?#36873;?br /> 4.改善制冷机组运行效率。
5.蓄冷空调系统特别适合用于负荷比较集中、变化较大的场合如体育馆、影剧院、音乐厅等。
6.应用蓄冷空调技术,可扩大空调区域使用面积。
7.适合于应急设备所处的环境,计算机房、军事设施、电话机房和易?#23478;?#29190;物品仓库等。

优势
(1)节省电?#36873;?br /> (2)节省电力设备费用与用电困扰。
(3)蓄冷空调效率高。
(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)?#31995;?#26102;利用一般功率发电机仍可保持室内空调运?#23567;?br /> (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)?#26723;?#22122;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?#26723;汀?br /> (11)使用寿命长。
缺点
(1)对于冰蓄冷系统,其运行效?#24335;档汀?br /> (2)增加了蓄冷设备费用及其?#21152;?#30340;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。

运行策略
所谓运行策略是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,按电费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机组共同供冷作出最优的运行安排考虑。一般可归纳为全部蓄冷策?#38498;?#37096;分蓄冷策?#28020;?br /> 工作模式
蓄冷系统工作模式是指系统在充冷还是供冷,供冷时蓄冷装置及制冷机组是各自单独工作还是共同工作。蓄冷系统需在规定的?#38050;址?#24335;下运行,以满足供冷负荷的要求常用的工作模式有如下?#38050;鄭?br /> (1)机组制冰模式
(2)制冰同时供冷模式
(3)单制冷机供冷模式
(4)单融冰供冷模式
(5)制冷机与融冰同时供冷
供冷
在?#26031;?#20316;模式下制冷机和蓄冰装置同时运?#26032;?#36275;供冷需求。按部分蓄冷运行策略,在较热季节都需要采用这种工作模式,才能满足供冷要求。该工作模式又分成了两种情况,即机组优先和融冰优先。
机组优先
回流的热乙二醇溶液,?#26579;?#21046;冷机预冷,而后流经蓄冰装置而被融冰冷却至设定温度。
融冰优先
从空调负荷端流回的热乙二醇溶?#21512;染?#33988;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。
产品分类
冰蓄冷空调制冰机组分出很多种类像冰球制冷、钢盘管内(外)融冰、冰浆、冰蕊等制冰方式
流程选择编辑
蓄冰空调系统在运行过程中制冷机可有两种运行工况,即蓄冰工况和放冷工况。在蓄冰工况?#20445;?#32463;制冷机冷却的低温乙二醇溶液进入蓄冰槽的蓄冰换热器内,将蓄冰槽内?#20179;?#30340;水冷却并冻结成冰,当蓄冰过程完成?#20445;?#25972;个蓄冰设备的水将基本完全冻结。融冰?#20445;?#32463;板式换热器换热后的系统回流温热乙二醇溶液进入蓄冰换热器,将乙二醇溶液温度?#26723;停?#20877;送回负荷端满足空调冷负荷的需要。
乙二醇溶液系统的流程有两种:并联流程和串联流程。
并联流程
这种流程中制冷机与蓄冰罐在系统中处于并联位置,当最大负荷?#20445;?#21487;以联合供冷。同?#22791;?#27969;程可以蓄冷、蓄冷并供冷、单溶冰供冷、冷机直接供冷等。
串联流程
即制冷机与蓄冰罐在流程中处于串联位置,以一套循环泵维持系统内的流量与压力,供应空调所需的基本负荷。串联流程配置适当自控,也可实现各种工况的切换。
并联流程在发挥制冷机与蓄冰罐的放冷能力方面均衡性较好,夜间蓄冷时只需开启功?#24335;?#23567;的初级泵运行,蓄冷?#22791;?#33410;能,运行灵活。串联流程系统较简单,放冷恒定,适合于较小的工程和大温差供冷系统。
选型编辑
除了空调供冷外,全天的其余时间全部用于蓄冷,这样可使主机的容量减少至最小值。
蓄冷比例的确定是非常重要的一个环节,在方案设计中一般先初步选择?#31995;?#22411;的几个值(如30%等),经设备初选型,根据当地有关的电力政策并计算初投?#30465;?#36816;行?#36873;?#24182;考虑其它因素最后选定较佳的比例值。
蓄冰罐
蓄冰槽容量
Q′=n2*q*T2
板式换热器选型
F=Q/(K×Δtm)
公式中Q为总换热量;K为换热系数;Δtm 为对数平均温差;
水泵
冰蓄冷系统中,由于乙二?#25216;?#26684;较高,对水泵的密封性能要求较高。一般建议采用带机械密封的水泵,可以减少漏液或?#36127;?#19981;漏液。
水泵选型:根据流程,确定满足各种工况下的最大阻力和流量;为达到节能的目的,尽量选用多台泵。
该工程采用并联流程,初级泵流量=Q/C×Δt
扬程P(估算)=P主机+P蓄冷罐+P管道+P阀门
扬程P=P换热器+P蓄冷罐+P管道+P阀门
水泵选型后,还需与自控专业配合,校核各工况下的流量和阻力分配,以及三通阀的调节能力能否满足工况要求等。
考虑因素
a〕采用主机上游的串联系统,主机上?#20301;?#27700;先流经主机,使主机在较高的温度下运行,提高?#25628;?#32553;机的效率,使能耗?#26723;汀?br /> b〕蓄冰装置发科(FAFCO)标准蓄冰槽。发科(FAFCO)标准蓄冰槽有以下优点∶在保证导热性能的同?#20445;?#24443;底杜绝腐蚀隐患,重量轻;采用不完全冻结式,可提供稳定的低温载冷剂,减小循环水泵的流量及相应管道的管径,?#26723;统?#25237;资;外结冰,无内应力,使用寿命长;传?#35753;?#31215;大,结冰融冰速率稳定;结冰厚度薄,制冷主机运行效率高。
c〕设计日联合供冷?#20445;?#37319;用主机优先模式,主机一直满负荷运行,机组利用率高,主机和蓄冷盘管容量最小,投资最节省。
d〕所有水泵采用原装进口优质产品,变频运?#23567;?#25972;个供冷期,大部分时间都为部分负荷,水泵通过无级调速.变频,节能效果明?#28020;?br /> 系统指标编辑
蒸发温度
蓄冷空调系统特别是冰蓄冷式空调系统在蓄冷过程中,一般会造成制冷机组的蒸发温度的?#26723;汀?#29702;论上说蒸发温?#35753;拷档?l℃,制冷机组的平均耗电率增加 3%。因此在配置系统,选择蓄冷设备时应尽可能地提高制冷机组的蒸发温度。对于冰蓄冷系统,影响制冷机组的蒸发温度的主要因素是结冰厚度,制冰厚度越薄,蓄冷时所需制冷机组的蒸发温度较高,耗电量较少;但是制冰厚度太薄,则蓄冰设备盘管换?#35753;?#31215;增加,槽体体积加大,因此一般应考虑经济厚度来控制制冷系统的蒸发温度。
蓄冷量
名义蓄冷量
名义蓄冷量是指由蓄冷设备生产厂商所定义的蓄冷设备的理论蓄冷量(一般比净可用蓄冷量大)。 净可利用蓄冷量是指在一给定的蓄冷和释冷循环过程中,蓄冷设备在等于或小于可用供冷温度时所能提供的最大实际蓄冷量。
可利用蓄冷量
净可利用蓄冷?#31354;济?#20041;蓄冷量的百分比例值是衡量蓄冷设备的一个重要指标,此比例值越大,则蓄冷设备的使用率越高,当然此数值受蓄冷系统很多因素的影响,如蓄冷系统的配置,设备的进出口温度等。对于冰蓄冷系统此数值可近似为融冰率.
制/融冰率
制冰率(IPF)有两种定义,一是指对于冰蓄冷式系统中,当完成一个蓄冷循环?#20445;?#33988;冰容器内水量中冰所占的比例.另一个是指蓄冰槽内制冰容积与蓄冰槽容积之比。而融冰率是指在完成一个融冰释冷循环后,蓄冰容器内融化的冰占总结冰量的百分比。制冰率与融冰?#25910;?#20004;个概念是冰蓄冷式系统中评价蓄冰设备的两个非常重要数值 融冰率与系统的配置有关,对于串联式制冷机组下游的系统,蓄冷设备的融冰?#24335;?#39640;?#29615;?#20043;,则?#31995;汀?#32780;并联系统的融冰?#24335;?#20110;两者之间。
特性
通常蓄冷系统的蓄冷温度取决于蓄冷速率和这一时间蓄冷槽体的状态特性,对于外融冰式系统是指内管壁的结冰量。对于蓄冷时间短的蓄冰系统,一般需要较高的蓄冷速率,即指?#31995;?#30340;(平均)蓄冷温度蓄冷?#29615;?#20043;,蓄冷速率慢,蓄冷温度较高。一般情况下蓄冷设备生产厂商都可以提供各种蓄冷速率下最低蓄冷温度值。 对于蓄冷设备如容器式、优态?#38382;劍?#22312;蓄冷过程的初期会产生过冷现象,过冷现象仅发生在蓄冷设备已完成释冷,内无一点余冰?#20445;?#20854;结果是?#26723;?#20102;蓄冷开始阶段的换热速率。过冷现象可以通过添加起成核作用的试剂来削减其过冷度值。据国外资料介绍,?#25345;?#19987;利成核剂可限制过冷度在-3℃~-2℃之间。
对于蓄冰式系统,在释冷循环过程中,若释冷温度保持不变,则释冷量会逐渐减少;或当释冷速率保持恒定?#20445;?#37322;冷温度会逐渐上升。这对于完全冻结式,容器式蓄冷设备表现特别明显,这是由于盘管外和冰球内的冰在大部分是隔着一层水进行热?#25442;?#34701;冰,同时换?#35753;?#31215;是在动态变化?#27426;?#23545;于制冰滑落式,冷媒盘管式蓄冷设备,温水与冰直接接触融冰,释冷温度相对保持稳定。
实际上,蓄冷设备很少保?#36136;?#20919;速率恒定不变,实际释冷速率取决于空调负荷曲线图,特别是最后几个小时的空调负荷值最为重要,这决定了释冷循最高释冷温度值。 因此,对于同种类型的蓄冷设备,哪一种在实际释冷速率条件下,保持恒定释冷温度的时间越长,哪一种设备的性能越好。
?#21152;?#31354;间
蓄冷设备的?#21152;?#31354;间是业主与设计者应重点考虑的项目,特别是高楼?#33267;?#30340;都市地区,寸士即寸金,有时为增?#27833;?#36710;位,而放弃采用蓄冷空调系统,因此蓄冷设备的单位可利用蓄冷量所?#21152;?#20307;积或面积是衡量蓄冷设备的一项重要指标,应优先考虑?#21152;?#31354;间少,布置位置灵活的蓄冷设备。
热损失
在设计蓄冷槽体时应注意:槽体必须有足够的强度克服水,冰水混合物或其它冷媒体的静压,槽体应作防腐防水处理,同时应防止水的蒸发。对于埋地式蓄冷槽,槽体还须承受泥土和地表水?#22278;?#20307;四周的压力。 蓄冷槽体一般每天有l—5%的能量损失,其数值大小取决于槽体的面积、传热系数和槽体内外温差。对于埋地式蓄冷槽设计时必须考虑其冷损失,通常换热系数取0.58~1.9W/ M2.K。槽体材料可选用钢结构、混凝土、玻璃钢或塑料。
安全性
蓄冷空调系统,主要应用于商用大楼,特别是都市人口稠密的地区,其系统首先应考?#21069;?#20840;?#28020;?通常蓄冷设备的维修量很小,如内融冰式、容器式、优态?#38382;?#31561;.但对于冷媒盘管式系统,由于制冷剂在蓄冷设备内直接蒸发,蒸发面积很大,制冷剂需求量也很多,蓄冷设备的安全性与可靠性是十分重要的。而对于制冰滑落式,冰晶式蓄冷设备的机构维修问题应予以重视。
使用寿命
通常常规空调系统的使用寿命 15—25年,同样对于蓄冷设备的使用寿命也应加以限制,一般最少应有15年以?#31995;?#20351;用寿命,以保证设备的可靠?#28020;?例如,对于优态?#38382;?#31995;统,其使用寿命周期应在相变?#38382;?000?#25105;?#19978;仍保持系统原有的名义蓄冷量和净可利用蓄冷量。
经济性
蓄冷空调系统无论是采用部分蓄冷还是全部蓄冷,其初期投资通常均比常规空调系统高,这就要求设计者应正确掌握建筑物空调负荷的时间变化特性,确定合理的蓄冷设备及其系统配置,制定系统的运转策略,准确地作出经济分析,以便投?#25910;?#21487;以在短时间里以节省电费的?#38382;?#25910;回多出的投资.一般情况下,在一个已设计好的蓄冷系统中可以以单位可利用蓄冷量所需的费用来衡量蓄冷设备。另外,蓄冷系统的配置也影响蓄冷设备的大小。
10、关于冰蓄冷中载冷剂的选择;1)要求载冷剂在工作温度下处于液体状态,?#29615;?#29983;相变。2)要求载冷剂的凝固温度至少比制冷剂的蒸发温度低4~8℃,标准蒸发温度比制冷系统所能达到的最高温度高。?#28909;?#35201;大,在传递?#27426;?#28909;量?#20445;?#21487;使载冷剂的循环量小,使输送载冷剂的泵耗功减少,管道的耗材量减少,从而提高循环的经济?#28020;?#21478;外当?#27426;?#37327;的流体运载?#27426;?#37327;的热量?#20445;热却?#33021;使传热温差减小。3)热导?#23460;?#22823;,可增加传热效果,减少换热设备的传?#35753;?#31215;。4)粘度要小,以减少流动阻力和输送泵功率。5)化学性能要求稳定。载冷剂在工作温度内?#29615;?#35299;;不与空气中的氧化合,要求不腐蚀设备和管道。?#34892;?#19996;华大学环境与工程学院的各位?#40092;?#25552;供资料。
发展状态
在发达国家,60%以?#31995;?#24314;筑物?#23478;?#20351;用冰蓄冷技术。美国芝加哥一个城市区域供冷系统,600多万平方米的建筑共有4个冷站,城市集中供冷。其中芝加哥城市供冷三号冷站蓄冰量是12.5万冷?#36136;保?#30005;力负荷438兆瓦,每日制冰4700吨。?#29992;饋?#26085;、韩等国家应用的情况看,冰蓄冷技术在空调负荷集中、峰谷差大、建筑物相对聚集的地区或区域都可推广使用。目前我国每年新建建筑面积约20亿平方米,其中,城市新增住宅建筑和公?#27493;?#31569;约8亿~9亿平方米,为冰蓄冷技术的推广应用提供?#21496;?#22823;市场。我国每年公?#27493;?#31569;新增面积约3亿平方米,如30%的新建公?#27493;?#31569;采用冰蓄冷空调系统,全国每年可节约15亿千瓦时所对应的电价差值,所节约金额高达约10亿元。
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