冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)研究

張悅

（天津市房產(chǎn)供熱公司，天津 300000）

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有移峰填谷、均衡用電負(fù)荷、提高電力建設(shè)投資效益等優(yōu)點(diǎn),但這種宏觀經(jīng)濟(jì)效益是就國(guó)家的全局利益而言的。若要建設(shè)冰蓄冷空調(diào)工程,還必須讓建筑業(yè)主獲得經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)建筑物的使用功能要求、建筑物的冷負(fù)荷特性、當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)政策、對(duì)冰蓄冷裝置與主機(jī)的選配及控制策略、與控制模式的組合等方面進(jìn)行多種方案的經(jīng)濟(jì)比較與優(yōu)化分析,得出科學(xué)的、實(shí)事求是的結(jié)論。

1 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)原理及主要特點(diǎn)

1.1 冰蓄冷技術(shù)，即是在電力負(fù)荷很低的夜間用電低谷期，采用制冷機(jī)制冷，利用冰蓄冷介質(zhì)的顯熱或者潛熱特性，用一定方式將冷量存儲(chǔ)起來。在電力負(fù)荷較高的白天，也就是用電高峰期，把儲(chǔ)存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)工藝的需要。

1.2 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn):(1)降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。(2)制冷機(jī)組的容量小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng),空調(diào)系統(tǒng)相應(yīng)的冷卻塔、水泵、輸變電系統(tǒng)容量減少。(3)在某些常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)配上冰設(shè)備,可以提高30%~50%的供冷能力。(4)可以作為穩(wěn)定的冷源供應(yīng),提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。(5)制冷設(shè)備大多處于滿負(fù)荷的運(yùn)行狀況,減少開停機(jī)次數(shù),延長(zhǎng)設(shè)備壽命。(6)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行削峰填谷,提高于電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性,降低發(fā)電裝機(jī)容量。(7)減少發(fā)電廠對(duì)環(huán)境的污染。

1.3 冰蓄冷系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）轉(zhuǎn)移制冷機(jī)組用電時(shí)間，起到了轉(zhuǎn)移電力高峰期用電負(fù)荷的作用；（2）冰蓄冷系統(tǒng)的制冷設(shè)備容量和裝設(shè)供率小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)；（3）冰蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用由于電力部門實(shí)施峰、谷分時(shí)電價(jià)政策，比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要低，分時(shí)電價(jià)差值越大，得益越大；（4）冰蓄冷系統(tǒng)中制冷設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行的比例增大，狀態(tài)穩(wěn)定，提高了設(shè)備利用率。

1.4 冰蓄冷系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)：是一次性投資比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要高。如果計(jì)入共電增容費(fèi)及用點(diǎn)集資費(fèi)等，有可能投資相當(dāng)或者增加不多。冰蓄冷技術(shù)是利用峰谷電價(jià)的差別將用電高峰時(shí)的空調(diào)負(fù)荷轉(zhuǎn)移到電價(jià)較為便宜的夜間，從而節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，緩解目前“電力不足、電量有余”的狀況。但是，傳統(tǒng)的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)只能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用而不節(jié)能，從能量利用角度來看，實(shí)際上是一種耗能系統(tǒng)。要想冰蓄冷技術(shù)真正得到推廣，首先要實(shí)行峰谷電價(jià)政策，繼續(xù)拉大峰谷電價(jià)差。其次，解決冰蓄冷系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)的能量損耗和減少增加的初投資問題。

2 系統(tǒng)的組成及制冰方式分類

2.1 系統(tǒng)組成：冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)一般由制冷機(jī)組、蓄冷設(shè)備(或蓄水池)、輔助設(shè)備及設(shè)備之間的連接、調(diào)節(jié)控制裝置等組成。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)種類多種多樣,無論采用哪種形式,其最終的目的是為建筑物提供一個(gè)舒適的環(huán)境。另外,系統(tǒng)還應(yīng)達(dá)到能源最佳使用效率,節(jié)省運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi),為用戶提供一個(gè)安全可靠的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。

2.2 制冰方式分類：根據(jù)制冰方式的不同,冰蓄冷可以分為靜態(tài)制冰、動(dòng)態(tài)制冰兩大類。此外還有一些特殊的制冰結(jié)冰,冰本身始終處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài),這一類制冰方式包括冰盤管式、封裝式等多種具體形式。動(dòng)態(tài)制冰方式在制冰過程中有冰晶、冰漿生成,且處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。每一種制冰具體形式都有其自身的特點(diǎn)和適用的場(chǎng)合。

3 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備選型

3.1 制冷主機(jī)和冰蓄冷裝置容量確定及設(shè)備選型

在系統(tǒng)冰蓄冷模式、運(yùn)行策略及流程安排確定的情況下,設(shè)備的選型設(shè)計(jì)主要是指主機(jī)選擇、冰蓄冷槽、附屬設(shè)備(如泵及熱置換器)選擇等。在進(jìn)行冰蓄冷空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注意以下一些問題:

3.3.1 蒸發(fā)溫度要高。因?yàn)楸罾涫娇照{(diào)系統(tǒng)在蓄冰時(shí),蒸發(fā)溫度每降低1℃,主機(jī)平均耗電量要增加3%,制冰的經(jīng)濟(jì)厚度以50mm為宜。

3.3.2 IPF要大。IPF值越大,其熱損失越少,一般IPF在30%以上為可行。

3.3.3 價(jià)格要便宜。在6年內(nèi)能收回投資視為可用,5年內(nèi)回收應(yīng)該采用,3年內(nèi)回收絕對(duì)可用。

3.3.4 融冰及結(jié)冰速率要快。結(jié)冰時(shí)速度快,節(jié)省電能,融冰速率也要快,以適應(yīng)負(fù)荷的變化。

3.3.5 系統(tǒng)必須安全可靠。維護(hù)要簡(jiǎn)單方便,最少要有15年以上的壽命期。主機(jī)要能直接提供冷量,其COP值不能低于2.6。

3.3.6 合理確定制冷機(jī)組、冰蓄冷設(shè)備和末端裝置的容量大小制冷機(jī)組、冰蓄冷設(shè)備及末端裝置三者之間的輸入輸出特性是相互影響的,確定制冷機(jī)組、冰蓄冷設(shè)備和末端裝置的容量大小主要取決于最低蓄冷溫度、最高取冷溫度與最高使用溫度(冷凍水)的高低。最低蓄冷溫度值越低,則制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度也越低,不利于制冷機(jī)組的運(yùn)行,同時(shí)機(jī)組的耗電率也越高;最高取冷溫度越高,蓄冷設(shè)備容量越小,但使用溫度越高,所需末端裝置的換熱效果則越差。

4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

常規(guī)空調(diào)的主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為是否達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定的空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)要求,即所謂的空調(diào)“四度”(溫度、濕度、氣流速度、空氣潔凈度)要求。而冰蓄冷空調(diào)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)除了要滿足以上要求外,還要考慮:①是否達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)移尖峰用電負(fù)荷目標(biāo);②全年運(yùn)行費(fèi)用是否超過常規(guī)空調(diào)系統(tǒng);③全年運(yùn)行電費(fèi)是否超過常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)。因此,要根據(jù)實(shí)際情況,綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性,這樣在系統(tǒng)運(yùn)行過程中才能盡量減少不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的發(fā)生。

5 冰蓄冷空調(diào)變風(fēng)量系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性

變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)(VAV系統(tǒng))是隨著室內(nèi)顯熱負(fù)荷的變化,由末端裝置改變送風(fēng)量來調(diào)節(jié)室溫。與定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)相比,VAV系統(tǒng)不需要(或很少需要)末端再熱,而且避免(或減少)了由冷熱量抵消而引起的能量損失。在蓄冷空調(diào)系統(tǒng)中,采用變風(fēng)量調(diào)節(jié)具有一定的節(jié)能效果。

5.1 室內(nèi)負(fù)荷變化時(shí)的運(yùn)行調(diào)節(jié)

VAV系統(tǒng)使用的末端裝置不同,其運(yùn)行調(diào)節(jié)方法也不同。當(dāng)室內(nèi)顯熱負(fù)荷變化時(shí),根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)器的指令,節(jié)流型末端裝置改變節(jié)流閥通道斷面積來調(diào)節(jié)送風(fēng)量;旁通型末端裝置使末端裝置的調(diào)節(jié)閥門動(dòng)作來調(diào)節(jié)送入室內(nèi)的風(fēng)量;誘導(dǎo)型末端裝置是在一定的一次風(fēng)量下,調(diào)節(jié)二次風(fēng)閥門,改變二次風(fēng)量來保持要求的室溫。

5.2 全年運(yùn)行調(diào)節(jié)

根據(jù)不同的室內(nèi)負(fù)荷變化情況,VAV系統(tǒng)有3種全年運(yùn)行調(diào)節(jié)方法。

5.2.1 全年各房間有恒定冷負(fù)荷,且變化較小?？梢圆捎脽o末端再熱的VAV系統(tǒng)全年送冷風(fēng),由室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)送風(fēng)量,風(fēng)量隨冷負(fù)荷的減少而減少。

5.2.2 全年各房間無恒定冷負(fù)荷,且變化較大可以采用有末端再熱的VAV系統(tǒng),全年送冷風(fēng)。由于室內(nèi)的冷負(fù)荷變化大,因此,當(dāng)室內(nèi)送風(fēng)量隨冷負(fù)荷的減少而已減至最小值時(shí),就需要使用末端再熱器加熱空氣,向室內(nèi)補(bǔ)充熱量來保持室溫不變。

5.2.3 各房間夏季有冷負(fù)荷,冬季有熱負(fù)荷

可以采用有供冷和供熱季節(jié)轉(zhuǎn)換的VAV系統(tǒng)。夏季運(yùn)行時(shí),隨著室內(nèi)冷負(fù)荷的減少,先減少送風(fēng)量,當(dāng)減至最小送風(fēng)量時(shí),風(fēng)量不再減少,而開始利用末端再熱以補(bǔ)償室內(nèi)冷負(fù)荷的減少。

6 冰蓄冷技術(shù)的發(fā)展方向

冰蓄冷技術(shù)作為一種電力調(diào)荷方式已引起了人們的高度重視,許多國(guó)家和研究機(jī)構(gòu)都在積極進(jìn)行研究開發(fā),主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:

6.1 建立區(qū)域冰蓄冷空調(diào)供冷站

已經(jīng)證明,區(qū)域供冷或供熱系統(tǒng)對(duì)節(jié)能較為有利。相比單個(gè)供冷站而言,區(qū)域供冷不僅可以節(jié)約大量投資和運(yùn)行費(fèi)用,而且減少了電力消耗及環(huán)境污染。

6.2 建立與冰蓄冷相結(jié)合的低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

冰蓄冷低溫系統(tǒng)具有優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)特性。如推行冰蓄冷空調(diào)配合低溫送風(fēng),將大大降低能耗,提高COP值,使資比常規(guī)空調(diào)更節(jié)省,進(jìn)而提高了蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

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