冰蓄冷空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及節(jié)能優(yōu)化措施

　　摘 要： 本文介紹了冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。由于系統(tǒng)的初投資費(fèi)用很高，限制了其發(fā)展的狀態(tài)，分析了冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化節(jié)能的措施。
　　關(guān)鍵詞： 冰儲(chǔ)冷空調(diào) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 節(jié)能優(yōu)化措施
　　1.引言
　　蓄冷空調(diào)技術(shù)應(yīng)用在中國已有三十多年的歷史，但冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用是近十年特別是二十世紀(jì)九十年代以來，全國各地的冰蓄冷空調(diào)應(yīng)用成功。我省大約在九十年代初已經(jīng)開始對蓄冰空調(diào)項(xiàng)目進(jìn)行嘗試，但由于種種原因，最后以失敗告終，對我省發(fā)展冰蓄冷技術(shù)產(chǎn)生了負(fù)面的影響。建筑空調(diào)蓄冷系統(tǒng)的主要目的是傳遞空調(diào)電力高峰負(fù)荷，減輕對電網(wǎng)絡(luò)壓力，降低設(shè)備容量，低峰享受優(yōu)惠電價(jià)。這一技術(shù)的應(yīng)用，可以給用戶節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；相比較對國家來說，可以平衡電網(wǎng)峰谷差，提高電能的利用率和電力設(shè)備的運(yùn)行效率，緩解電力短缺的情況，是一種符合我國國情的先進(jìn)技術(shù)。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和電網(wǎng)峰谷差電矛盾日益突出，蓄冷空調(diào)技術(shù)已成為電力部門的“削峰填谷”工作重點(diǎn)。
　　當(dāng)然，蓄冷空調(diào)普及應(yīng)用技術(shù)需要，合理的電力價(jià)格制度，投資蓄水冷設(shè)備的主要目的是通電蓄冷來節(jié)約電費(fèi)支出。2003年8月，江蘇省出臺(tái)了分時(shí)電價(jià)具體實(shí)施方案，目的是通過財(cái)政支持和稅收優(yōu)惠等手段蓄冷調(diào)動(dòng)工程建設(shè)的積極性，為我省冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了必要的條件。
　　2.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　2.1空調(diào)負(fù)荷計(jì)算
　　將采用“冷負(fù)荷系數(shù)法”，計(jì)算出圍護(hù)設(shè)備、照明、結(jié)構(gòu)及補(bǔ)充新風(fēng)的逐時(shí)冷負(fù)荷（每天24小時(shí)的逐時(shí)冷負(fù)荷），并提供準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)典型日負(fù)荷曲線。
　　2.2蓄冰系統(tǒng)的選擇
　　2.2.1蓄冷模式的選擇
　　2.2.1.1全蓄冷式
　　全蓄冷是在電力使用低谷期儲(chǔ)存所需的冷量，避免制冷機(jī)在高峰期運(yùn)行。這種系統(tǒng)在夜間非高峰期制冷機(jī)運(yùn)行，蒸發(fā)器產(chǎn)生的載冷劑提供給蓄冷裝置，低溫冷量以冰的形式蓄存。此時(shí)建筑空調(diào)系統(tǒng)不運(yùn)行。在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間，制冷機(jī)不運(yùn)行。所需冷量100%由蓄冰裝置中冰融化提供。此類型系統(tǒng)的運(yùn)行成本最低，但所需制冷機(jī)容量和蓄冷容量很大，初投資較大，僅適合于空調(diào)時(shí)間相對蓄冷時(shí)間很少的場合，如體育館、影劇院、辦公樓和食品工業(yè)中的牛奶冷卻等。
　　2.2.1.2局部蓄冷式
　　設(shè)計(jì)功率峰值區(qū)總冷卻負(fù)荷，部分蓄冰裝置，另一部分由制冷機(jī)負(fù)擔(dān)。這種方式可以減少初投資，還可以節(jié)省運(yùn)營成本，因此它被廣泛地應(yīng)用于各種實(shí)際工程項(xiàng)目。
　　2.2.2如何選擇蓄冷主機(jī)
　　使用所選擇的蓄冷模式確定的蓄冷主機(jī)的容量。全蓄冷式在用電高峰期的總冷負(fù)荷的都是有蓄冷主機(jī)提供，需要蓄冷主機(jī)的功率大。而局部蓄冷式是一個(gè)容量小，同時(shí)也要充分考慮和分析蓄冷比例。較大的蓄冷主機(jī)，具有運(yùn)行成本高等特點(diǎn)，而較小的蓄冷比，那么蓄冷的優(yōu)勢不明顯。所以，采用合適的蓄冷比，最終會(huì)達(dá)到節(jié)能的最佳投資效果的。一般來說，最佳的在30%～70%。在冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要掌握在制冷機(jī)組在不同的情況運(yùn)行的制冷量的變化；制冷機(jī)容量也應(yīng)該采取考慮5%～10%的剩余量。
　　2.2.3蓄冰裝置的選擇
　　采用所選蓄冰主機(jī)容量和蓄冷比，根據(jù)以下計(jì)算式計(jì)算蓄冰裝置的容量：
　　Q=Q×n×β
　　上式中：Q——為蓄冰裝置容量，KW·h；
　　Q——為空調(diào)工況下主機(jī)容量，KW；
　　n——為蓄冰小時(shí)數(shù)；
　　β——為蓄冷比。
　　3.冰蓄冷空調(diào)設(shè)計(jì)中的節(jié)能優(yōu)化的措施
　　冰蓄冷系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的“移峰填谷”的效果，這可從價(jià)格差中帶來經(jīng)濟(jì)效益。但是，冰蓄冷系統(tǒng)的初投資費(fèi)用比常規(guī)空調(diào)高很多，成為限制其發(fā)展的一個(gè)重要因素。如何最大限度地發(fā)揮其節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，可快速恢復(fù)最初的投資，是冰蓄冷空調(diào)技術(shù)和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。以下措施可以起到節(jié)能優(yōu)化的作用。
　　3.1降低送風(fēng)系統(tǒng)的溫度
　　空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)溫度從常規(guī)的12℃降到4～12℃，同一條件下冷卻空調(diào)負(fù)荷量減少，從而減少功率消耗的風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行所消耗的功率，使系統(tǒng)節(jié)約能源和降低運(yùn)營成本。根據(jù)流體力學(xué)的風(fēng)機(jī)功率公式可以得出，送風(fēng)量減少會(huì)使風(fēng)機(jī)所耗功率會(huì)三次方下降。此外，送風(fēng)量減少伴隨著風(fēng)管尺寸的減小，從而使系統(tǒng)減少了初投資。因此，降低空氣溫度可以使冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)施“移峰填谷”的同時(shí)，并能降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用和初投資，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
　　值得注意的是，由于送風(fēng)空氣溫度和空氣量減少，如果直接進(jìn)入空調(diào)區(qū)域的送風(fēng)裝置，容易使其表面凝結(jié)，并且低溫度的空氣能使人的身體溫差太大造成不適。因此，必須采取特殊的措施有效地避免這種情況的發(fā)生。
　　3.2增加熱回收裝置
　　空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)中的余熱直接排放到大氣中，既造成城市的熱污染，又浪費(fèi)了熱能。如果將排風(fēng)中的余熱（余冷）加以回收再利用，如加熱生活熱水、處理新風(fēng)等，則可提高系統(tǒng)的整體能源利用率，達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)又可降低機(jī)組負(fù)荷，節(jié)省初期投資。熱回收裝置可分為兩大類：全熱回收裝置和顯熱回收裝置。全熱回收裝置用具有吸濕作用的材料制作，既能傳熱又能傳濕，可同時(shí)回收顯熱和潛熱；顯熱回收裝置則用不含吸濕作用的材料制作，只能傳熱，不能傳濕，只能回收顯熱。在設(shè)計(jì)中，對全熱回收裝置和顯熱回收裝置的選擇應(yīng)因地而宜。
　　3.3使用熱管技術(shù)
　　熱管作為傳熱元件，由于其良好的傳熱性能，正越來越多地應(yīng)用到各種工程項(xiàng)目中。該熱管應(yīng)用在冰蓄冷系統(tǒng)，可以提高冰蓄冷空調(diào)的傳熱性能，提高能源利用效率。
　　3.3.1直接式熱管冰蓄冷
　　采用熱管冷凝段置于制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器中，熱管的蒸發(fā)段置于蓄冰池中直接蓄冰，稱為直接式熱管冰蓄冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)由于熱管熱變換，從而克服的長度所造成的制冷劑壓降和回油困難，由于管道腐蝕和制冷劑泄漏現(xiàn)象，融冰過程由外向內(nèi)融化，溫度較高的冷凍水回水與冰直接接觸，可以在較短的時(shí)間內(nèi)制出大量的低溫冷凍水，提高了能源的利用效率，因此特別適用于短時(shí)間內(nèi)要求冷量大、溫度低的場合。系統(tǒng)的問題是，如果存儲(chǔ)冰沒有完全融化的冰塊，將增加電力消耗及系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝難度。
　　3.3.2間接式熱管冰蓄冷
　　采用二次冷媒將制冷系統(tǒng)與蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行連接，熱管蒸發(fā)段置于蓄冷池中，冷凝段置于蓄冷池之上。二次冷媒經(jīng)制冷機(jī)組蒸發(fā)器降溫后流經(jīng)熱管冷凝段進(jìn)行換熱，利用熱管高效的傳熱特性對蓄冷池直接蓄冷，這種系統(tǒng)目前尚處于研究中。該裝置的最大優(yōu)點(diǎn)在于無需對傳統(tǒng)的制冷機(jī)組進(jìn)行結(jié)構(gòu)改裝即可直接應(yīng)用于工程中，且少量的熱管破裂及泄漏均不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。熱管技術(shù)在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意，在熱管冰蓄冷過程中，冰直接凝固在熱管上，隨著冰層厚度增加，傳熱熱阻加大，將導(dǎo)致結(jié)冰速度緩慢，降低能源的使用效率。若能使熱管在結(jié)冰達(dá)到一定厚度后冰層自動(dòng)從熱管蒸發(fā)段脫落，使熱管總是維持在一個(gè)傳熱熱阻較小、換熱性能較高的水平，這樣將會(huì)顯著提高整個(gè)蓄冷系統(tǒng)的效率，減少設(shè)備投資容量，也更為節(jié)能。
　　4.結(jié)語
　　采取多種方式減少初投資，努力發(fā)展蓄冰空調(diào)系統(tǒng)的產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)、安裝、操作、維修復(fù)雜，發(fā)展自適應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)一步降低運(yùn)營成本，使操作簡單化，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)軟件，提供標(biāo)準(zhǔn)的冰蓄冷參數(shù)的產(chǎn)品和技術(shù)信息，將有力改變中國目前蓄冰空調(diào)的發(fā)展緩慢的情況，如果能有效地解決以上的問題，冰蓄冰空調(diào)系統(tǒng)將有更大的發(fā)展空間。
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　　該文章為南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：CX111