冰蓄冷空調(diào)技術簡述

　　冰蓄冷空調(diào)是利用夜間低谷負荷電力制冰儲存在蓄冰裝置中，白天融冰將所儲存冷量釋放出來，減少電網(wǎng)高峰時段空調(diào)用電負荷及空調(diào)系統(tǒng)裝機容量，它代表著當今世界中央空調(diào)的發(fā)展方向。

　　1.削峰填谷、平衡電力負荷。

　　2.改善發(fā)電機組效率、減少環(huán)境污染。

　　3.減小機組裝機容量、節(jié)省空調(diào)用戶的電力花費。

　　4.改善制冷機組運行效率。

　　5.蓄冷空調(diào)系統(tǒng)特別適合用于負荷比較集中、變化較大的場合加體育館、影劇院、音樂廳等。

　　6.應用蓄冷空調(diào)技術，可擴大空調(diào)區(qū)域使用面積 。

　　7.適合于應急設備所處的環(huán)境，計算機房、軍事設施、電話機房和易燃易爆物品倉庫等。

　　與普通空調(diào)相比所具有的優(yōu)勢

　　(1)節(jié)省電費。

　　(2)節(jié)省電力設備費用與用電困擾。

　　(3)蓄冷空調(diào)效率高，具有節(jié)能效果。

　　(4)節(jié)省冷水設備費用。

　　(5)節(jié)省空調(diào)箱倒設備費用。

　　(6)除濕效果良好。

　　(7)斷電時利用一般功率發(fā)電機仍可保持室內(nèi)空調(diào)運行。

　　(8)可快速達到冷卻效果 。

　　(9)節(jié)省空調(diào)及電力設備的保養(yǎng)成本。

　　(10)降低噪亂冷水流量與循環(huán)風上減少，即水泵與空調(diào)機組運轉振動及噪音降低。

　　(11)使用壽命長。

　　與普通空調(diào)相比所具有的缺點

　　(1)對于冰蓄冷系統(tǒng)，其運行效率將降低。

　　(2)增加了蓄冷設備費用及其占用的空間。

　　(3)增加水管和風管的保溫費用。

　　(4)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的制冷主機性能系數(shù)(COP)要下降。

　　運行策略和工作模式

　　運行策略

　　所謂運行策略是指蓄冷系統(tǒng)以設計循環(huán)周期(如設計日或周等)的負荷及其特點為基礎，按電費結構等條件對系統(tǒng)以蓄冷容量、釋冷供冷或以釋冷連同制冷機組共同供冷作出最優(yōu)的運行安排考慮。一般可歸納為全部蓄冷策略和部分蓄冷策略。

　　工作模式

　　蓄冷系統(tǒng)工作模式是指系統(tǒng)在充冷還是供冷，供冷時蓄冷裝置及制冷機組是各自單獨工作還是共同工作。蓄冷系統(tǒng)需在規(guī)定的幾種方式下運行，以滿足供冷負荷的要求常用的工作模式有如下幾種：

　　(1)機組制冰模式

　　(2)制冰同時供冷模式

　　(3)單制冷機供冷模式

　　(4)單融冰供冷模式

　　(5)制冷機與融冰同時供冷

　　制冷機與融冰同時供冷

　　在此工作模式下制冷機和蓄冰裝置同時運行滿足供冷需求。按部分蓄冷運行策略，在較熱季節(jié)都需要采用這種工作模式，才能滿足供冷要求。該工作模式又分成了兩種情況，即機組優(yōu)先和融冰優(yōu)先。

　　機組優(yōu)先

　　回流的熱乙二醇溶液，先經(jīng)制冷機預冷，而后流經(jīng)蓄冰裝置而被融冰冷卻至設定溫度。

　　融冰優(yōu)先

　　從空調(diào)負荷端流回的熱乙二醇溶液先經(jīng)蓄冰裝置冷卻到某一中間溫度，而后經(jīng)制冷機冷卻至設定溫度。

　　蓄冰流程選擇

　　蓄冰空調(diào)系統(tǒng)在運行過程中制冷機可有兩種運行工況，即蓄冰工況和放冷工況。在蓄冰工況時，經(jīng)制冷機冷卻的低溫乙二醇溶液進入蓄冰槽的蓄冰換熱器內(nèi)，將蓄冰槽內(nèi)靜止的水冷卻并凍結成冰，當蓄冰過程完成時，整個蓄冰設備的水將基本完全凍結。融冰時，經(jīng)板式換熱器換熱后的系統(tǒng)回流溫熱乙二醇溶液進入蓄冰換熱器，將乙二醇溶液溫度降低，再送回負荷端滿足空調(diào)冷負荷的需要。

　　乙二醇溶液系統(tǒng)的流程有兩種：并聯(lián)流程和串聯(lián)流程。

　　a、并聯(lián)流程：

　　這種流程中制冷機與蓄冰罐在系統(tǒng)中處于并聯(lián)位置，當最大負荷時，可以聯(lián)合供冷。同時該流程可以蓄冷、蓄冷并供冷、單溶冰供冷、冷機直接供冷等。

　　b、串聯(lián)流程：

　　即制冷機與蓄冰罐在流程中處于串聯(lián)位置，以一套循環(huán)泵維持系統(tǒng)內(nèi)的流量與壓力，供應空調(diào)所需的基本負荷。串聯(lián)流程配置適當自控，也可實現(xiàn)各種工況的切換。

　　并聯(lián)流程在發(fā)揮制冷機與蓄冰罐的放冷能力方面均衡性較好，夜間蓄冷時只需開啟功率較小的初級泵運行，蓄冷時更節(jié)能，運行靈活。串聯(lián)流程系統(tǒng)較簡單，放冷恒定，適合于較小的工程和大溫差供冷系統(tǒng)。

　　蓄冰空調(diào)的選型

　　除了空調(diào)供冷外，全天的其余時間全部用于蓄冷，這樣可使主機的容量減少至最小值。

　　蓄冷比例的確定是非常重要的一個環(huán)節(jié)，在方案設計中一般先初步選擇較典型的幾個值(如30%等)，經(jīng)設備初選型，根據(jù)當?shù)赜嘘P的電力政策并計算初投資、運行費、并考慮其它因素最后選定較佳的比例值。

　　蓄冰罐

　　蓄冰槽容量

　　Q′=n2*q*T2

　　板式換熱器選型

　　F=Q/(K×Δtm)

　　公式中Q為總換熱量;K為換熱系數(shù);Δtm 為對數(shù)平均溫差;

　　水泵

　　冰蓄冷系統(tǒng)中，由于乙二醇價格較高，對水泵的密封性能要求較高。一般建議采用帶機械密封的水泵，可以減少漏液或幾乎不漏液。

　　水泵選型：根據(jù)流程，確定滿足各種工況下的最大阻力和流量;為達到節(jié)能的目的，盡量選用多臺泵。

　　該工程采用并聯(lián)流程，初級泵流量=Q/C×Δt

　　揚程P(估算)=P主機+P蓄冷罐+P管道+P閥門

　　揚程P=P換熱器+P蓄冷罐+P管道+P閥門

　　水泵選型后，還需與自控專業(yè)配合，校核各工況下的流量和阻力分配，以及三通閥的調(diào)節(jié)能力能否滿足工況要求等。

　　考慮以下幾點

　　a〕采用主機上游的串聯(lián)系統(tǒng)，主機上游回水先流經(jīng)主機，使主機在較高的溫度下運行，提高了壓縮機的效率，使能耗降低。

　　b〕蓄冰裝置發(fā)科(FAFCO)標準蓄冰槽。發(fā)科(FAFCO)標準蓄冰槽有以下優(yōu)點∶在保證導熱性能的同時，徹底杜絕腐蝕隱患，重量輕;采用不完全凍結式，可提供穩(wěn)定的低溫載冷劑，減小循環(huán)水泵的流量及相應管道的管徑，降低初投資;外結冰，無內(nèi)應力，使用壽命長;傳熱面積大，結冰融冰速率穩(wěn)定;結冰厚度薄，制冷主機運行效率高。

　　c〕設計日聯(lián)合供冷時，采用主機優(yōu)先模式，主機一直滿負荷運行，機組利用率高，主機和蓄冷盤管容量最小，投資最節(jié)省。

　　d〕所有水泵采用原裝進口優(yōu)質產(chǎn)品，變頻運行。整個供冷期，大部分時間都為部分負荷，水泵通過無級調(diào)速.變頻，節(jié)能效果明顯。

　　評價蓄冰系統(tǒng)的幾個指標

　　1、制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度

　　蓄冷空調(diào)系統(tǒng)特別是冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)在蓄冷過程中，一般會造成制冷機組的蒸發(fā)溫度的降低。理論上說蒸發(fā)溫度每降低 l℃，制冷機組的平均耗電率增加 3%。因此在配置系統(tǒng)，選擇蓄冷設備時應盡可能地提高制冷機組的蒸發(fā)溫度。對于冰蓄冷系統(tǒng)，影響制冷機組的蒸發(fā)溫度的主要因素是結冰厚度，制冰厚度越薄，蓄冷時所需制冷機組的蒸發(fā)溫度較高，耗電量較少;但是制冰厚度太薄，則蓄冰設備盤管換熱面積增加，槽體體積加大，因此一般應考慮經(jīng)濟厚度來控制制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度。

　　2、名義蓄冷量與凈可利用蓄冷量

　　名義蓄冷量是指由蓄冷設備生產(chǎn)廠商所定義的蓄冷設備的理論蓄冷量(一般比凈可用蓄冷量大)。 凈可利用蓄冷量是指在一給定的蓄冷和釋冷循環(huán)過程中，蓄冷設備在等于或小于可用供冷溫度時所能提供的最大實際蓄冷量。

　　凈可利用蓄冷量占名義蓄冷量的百分比例值是衡量蓄冷設備的一個重要指標，此比例值越大，則蓄冷設備的使用率越高，當然此數(shù)值受蓄冷系統(tǒng)很多因素的影響，如蓄冷系統(tǒng)的配置，設備的進出口溫度等。對于冰蓄冷系統(tǒng)此數(shù)值可近似為融冰率.

　　3、制冰率與融冰率

　　目前制冰率(IPF)有兩種定義，一是指對于冰蓄冷式系統(tǒng)中，當完成一個蓄冷循環(huán)時，蓄冰容器內(nèi)水量中冰所占的比例.另一個是指蓄冰槽內(nèi)制冰容積與蓄冰槽容積之比。而融冰率是指在完成一個融冰釋冷循環(huán)后，蓄冰容器內(nèi)融化的冰占總結冰量的百分比。制冰率與融冰率這兩個概念是冰蓄冷式系統(tǒng)中評價蓄冰設備的兩個非常重要數(shù)值 融冰率與系統(tǒng)的配置有關，對于串聯(lián)式制冷機組下游的系統(tǒng)，蓄冷設備的融冰率較高;反之，則較低。而并聯(lián)系統(tǒng)的融冰率界于兩者之間。

　　4、冷特性與釋冷特性

　　通常蓄冷系統(tǒng)的蓄冷溫度取決于蓄冷速率和這一時間蓄冷槽體的狀態(tài)特性，對于外融冰式系統(tǒng)是指內(nèi)管壁的結冰量。對于蓄冷時間短的蓄冰系統(tǒng)，一般需要較高的蓄冷速率，即指較低的(平均)蓄冷溫度蓄冷;反之，蓄冷速率慢，蓄冷溫度較高。一般情況下蓄冷設備生產(chǎn)廠商都可以提供各種蓄冷速率下最低蓄冷溫度值。 對于蓄冷設備如容器式、優(yōu)態(tài)鹽式，在蓄冷過程的初期會產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，過冷現(xiàn)象僅發(fā)生在蓄冷設備已完成釋冷，內(nèi)無一點余冰時，其結果是降低了蓄冷開始階段的換熱速率。過冷現(xiàn)象可以通過添加起成核作用的試劑來削減其過冷度值。據(jù)國外資料介紹，某種專利成核劑可限制過冷度在-3℃～-2℃之間。

　　對于蓄冰式系統(tǒng)，在釋冷循環(huán)過程中，若釋冷溫度保持不變，則釋冷量會逐漸減少;或當釋冷速率保持恒定時，釋冷溫度會逐漸上升。這對于完全凍結式，容器式蓄冷設備表現(xiàn)特別明顯，這是由于盤管外和冰球內(nèi)的冰在大部分是隔著一層水進行熱交換融冰，同時換熱面積是在動態(tài)變化;而對于制冰滑落式，冷媒盤管式蓄冷設備，溫水與冰直接接觸融冰，釋冷溫度相對保持穩(wěn)定。

　　對于蓄冷設備如容器式、優(yōu)態(tài)鹽式，在蓄冷過程的初期會產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，過冷現(xiàn)象僅發(fā)生在蓄冷設備已完成釋冷，內(nèi)無一點余冰時，其結果是降低了蓄冷開始階段的換熱速率。過冷現(xiàn)象可以通過添加起成核作用的試劑來削減其過冷度值。據(jù)國外資料介紹，某種專利成核劑可限制過冷度在-3℃～-2℃之間。對于蓄冰式系統(tǒng)，在釋冷循環(huán)過程中，若釋冷溫度保持不變，則釋冷量會逐漸減少;或當釋冷速率保持恒定時，釋冷溫度會逐漸上升。這對于完全凍結式，容器式蓄冷設備表現(xiàn)特別明顯，這是由于盤管外和冰球內(nèi)的冰在大部分是隔著一層水進行熱交換融冰，同時換熱面積是在動態(tài)變化;而對于制冰滑落式，冷媒盤管式蓄冷設備，溫水與冰直接接觸融冰，釋冷溫度相對保持穩(wěn)定。

　　實際上，蓄冷設備很少保持釋冷速率恒定不變，實際釋冷速率取決于空調(diào)負荷曲線圖，特別是最后幾個小時的空調(diào)負荷值最為重要，這決定了釋冷循最高釋冷溫度值。 因此，對于同種類型的蓄冷設備，哪一種在實際釋冷速率條件下，保持恒定釋冷溫度的時間越長，哪一種設備的性能越好。

　　5、占用空間，安裝靈活

　　蓄冷設備的占用空間是業(yè)主與設計者應重點考慮的項目，特別是高樓林立的都市地區(qū)，寸士即寸金，有時為增加停車位，而放棄采用蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，因此蓄冷設備的單位可利用蓄冷量所占用體積或面積是衡量蓄冷設備的一項重要指標，應優(yōu)先考慮占用空間少，布置位置靈活的蓄冷設備。

　　6、熱損失

　　在設計蓄冷槽體時應注意：槽體必須有足夠的強度克服水，冰水混合物或其它冷媒體的靜壓，槽體應作防腐防水處理，同時應防止水的蒸發(fā)。對于埋地式蓄冷槽，槽體還須承受泥土和地表水對槽體四周的壓力。 蓄冷槽體一般每天有l(wèi)—5%的能量損失，其數(shù)值大小取決于槽體的面積、傳熱系數(shù)和槽體內(nèi)外溫差。對于埋地式蓄冷槽設計時必須考慮其冷損失，通常換熱系數(shù)取 0.58～1.9W/ M2.K。槽體材料可選用鋼結構、混凝土、玻璃鋼或塑料。

　　7、安全性，可靠性

　　蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，主要應用于商用大樓，特別是都市人口稠密的地區(qū)，其系統(tǒng)首先應考慮安全性。 通常蓄冷設備的維修量很小，如內(nèi)融冰式、容器式、優(yōu)態(tài)鹽式等.但對于冷媒盤管式系統(tǒng)，由于制冷劑在蓄冷設備內(nèi)直接蒸發(fā)，蒸發(fā)面積很大，制冷劑需求量也很多，蓄冷設備的安全性與可靠性是十分重要的。而對于制冰滑落式，冰晶式蓄冷設備的機構維修問題應予以重視。

　　8、使用壽命

　　通常常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命 15—25年，同樣對于蓄冷設備的使用壽命也應加以限制，一般最少應有15年以上的使用壽命，以保證設備的可靠性。 例如，對于優(yōu)態(tài)鹽式系統(tǒng)，其使用壽命周期應在相變次數(shù)3000次以上仍保持系統(tǒng)原有的名義蓄冷量和凈可利用蓄冷量。

　　9、經(jīng)濟性

　　蓄冷空調(diào)系統(tǒng)無論是采用部分蓄冷還是全部蓄冷，其初期投資通常均比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高，這就要求設計者應正確掌握建筑物空調(diào)負荷的時間變化特性，確定合理的蓄冷設備及其系統(tǒng)配置，制定系統(tǒng)的運轉策略，準確地作出經(jīng)濟分析，以便投資者可以在短時間里以節(jié)省電費的形式收回多出的投資.一般情況下，在一個已設計好的蓄冷系統(tǒng)中可以以單位可利用蓄冷量所需的費用來衡量蓄冷設備。另外，蓄冷系統(tǒng)的配置也影響蓄冷設備的大小。