淺論冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工

摘 要：建筑行業(yè)作為我國當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中最為重要的載體之一，其發(fā)展方向與發(fā)展模式對于整個(gè)社會(huì)的城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展都比較關(guān)鍵。目前國內(nèi)電力供應(yīng)狀況是高峰不足與低谷過剩的矛盾，若通過空調(diào)冰蓄冷等調(diào)整用電時(shí)間至非高峰時(shí)間段，可以有效平衡此矛盾，即所謂“削峰填谷”?？照{(diào)冰蓄冷技術(shù)，是通過利用在電力負(fù)荷低的夜間用電低谷期采用電動(dòng)制冷機(jī)制冷，由此使蓄冷介質(zhì)結(jié)成冰，利用蓄冷介質(zhì)的潛熱顯熱將冷量儲(chǔ)存起來；在用電高峰期，蓄冷介質(zhì)會(huì)融冰，釋放出儲(chǔ)存的冷量，由此可以滿足我們的實(shí)際需要。通過對某大型城市需求側(cè)調(diào)控案例，分析冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：冰蓄冷 空調(diào)系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 施工

中圖分類號：TU86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）010-052-02

隨著國內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展勢頭迅猛，成績一日千里，但能源短缺的問題也隨之凸現(xiàn)，在發(fā)展的過程中，建設(shè)節(jié)約型經(jīng)濟(jì)社會(huì)已經(jīng)迫在眉睫。建筑行業(yè)作為我國當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中最為重要的載體之一，其發(fā)展方向與發(fā)展模式對于整個(gè)社會(huì)的城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展都比較關(guān)鍵。而伴隨著人民生活水平需求的不斷提高，盡管近年我國電力工業(yè)的飛速發(fā)展，但電力供應(yīng)緊張的現(xiàn)狀仍然存在，尤其是高峰不足與低谷過剩的現(xiàn)狀。而冰蓄冷中央空調(diào)在夜間開啟部分制冷機(jī)組制冰，通過冰蓄冷槽在白天供電高峰時(shí)期融冰供冷，不僅利用了供電高峰的負(fù)荷要求，也因?yàn)槔霉╇姺骞入妰r(jià)差降低用電成本，同時(shí)還減少了空調(diào)主機(jī)的裝機(jī)容量。所以冰蓄冷空調(diào)有效的滿足了降低運(yùn)行成本的提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)雙效益，同時(shí)還能在國家電力緊張情況下達(dá)到所需空調(diào)效果，值得大力提倡和推廣。

1 工程概況

筆者參與的某大型城市金融中心工程位于該大型城市東側(cè)，該工程集辦公、酒店和銀行辦公位一體，總建筑面積達(dá)10.5萬m2。本冰蓄冷系統(tǒng)主要是為整個(gè)建筑物提供空調(diào)冷凍水，由地下3層的蓄冰空調(diào)系統(tǒng)的冷凍站和490平方米的蓄冰槽，通過晚間的用電低峰儲(chǔ)存冷凍量，用以在白天用電高峰期時(shí)釋放后緩解空調(diào)的制冷負(fù)荷，藉此來合理規(guī)劃用電，降低用電整體負(fù)荷，最終降低制冷用電成本，達(dá)到節(jié)能減排降耗增效的目的。

2 基礎(chǔ)設(shè)備

（1）冷源：1）雙工況螺桿式冷水機(jī)組3臺(tái)（YSFAFAS55CNES）約克（合資）；2）基載離心式冷水機(jī)組2臺(tái)（YKFBEBH55CPE）約克（合資）。

（2）冷卻塔：大連斯頻得冷卻塔共計(jì)5臺(tái)，其中2臺(tái)CTA-600UFWS，3臺(tái)CTA-450UFWS。

（3）板式換熱器：選用APV板式換熱器J185-MGS16/16的丹麥APV2板式換熱器共計(jì)3臺(tái)。

（4）蓄冰槽（現(xiàn)場加工）蓄冰槽共有6臺(tái)，最大蓄冰量31787.2KW（9040RT）。

（5）乙二醇循環(huán)水泵：德國KSB乙二醇循環(huán)水泵共計(jì)4臺(tái)，設(shè)置1臺(tái)備用，并配4臺(tái)變頻器。

（6）冷卻水循環(huán)泵：德國KSB冷卻水循環(huán)泵選用臥式離心泵4臺(tái)，設(shè)置1臺(tái)備用。

3 系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)

在筆者所參與的這項(xiàng)工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，將乙二醇制冷主機(jī)置于整個(gè)循環(huán)回路蓄冰裝置上游，采取串聯(lián)單循環(huán)回路方式。其中3臺(tái)板式熱交換器用來隔離冰蓄冷系統(tǒng)中的乙二醇回路和通往空調(diào)負(fù)荷的水，以保證乙二醇不因?yàn)榱鹘?jīng)各空調(diào)負(fù)荷回路而導(dǎo)致?lián)p耗或泄漏，每臺(tái)熱交換器換熱量為用3961KW。設(shè)置4個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在乙二醇回路中：設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)入蓄冰裝置的乙二醇流量，在實(shí)際操作中根據(jù)冷負(fù)荷變化，控制乙二醇側(cè)溫度恒定且始終滿足冷負(fù)荷要求；另外，工程采用二級泵系統(tǒng)的空調(diào)冷凍水回路，運(yùn)行費(fèi)用得以大大降低。

工程設(shè)計(jì)的最大蓄冰容量為31787.2KW，由6個(gè)冰槽組成，槽內(nèi)凈高為2.3m，冰槽是外保溫結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外分別是放水涂刷層——橡膠保冷層。施工中，根據(jù)現(xiàn)場空間將冰槽做成非標(biāo)準(zhǔn)型，以減少冰槽占地面積，充分利用建筑空間。為便于設(shè)備和檢修人員出入，在頂板上方預(yù)留恰當(dāng)大小的設(shè)備入口和檢查孔。

為了達(dá)到在供冷過程中的“削峰填谷”良好效果，我們采取了以融冰代制冷的辦法，即在電力高峰段由雙工況冷水機(jī)組和基載冷水機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，不足冷量由融冰輸出供給。由于不可預(yù)知情況工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮到備用設(shè)備，備用基載冷水機(jī)組在任一臺(tái)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)滿足空調(diào)供冷的需求；或者代替發(fā)生故障的雙工況冷水機(jī)組滿足第二天空調(diào)供冷的需求；備用基載冷水機(jī)組也可以在任一分區(qū)蓄冰槽發(fā)生故障時(shí)滿足空調(diào)供冷的需求。

在春秋過渡季節(jié)空調(diào)供冷時(shí)，僅通過輸出融冰供冷便可滿足空調(diào)需求，可以停開冷水機(jī)組。通過控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來使得乙二醇溶液避開雙工況冷水機(jī)組，降低運(yùn)行成本。對蓄冰槽單獨(dú)供冷的情況下的乙二醇溶液泵，以變頻技術(shù)降低大量水泵能耗。

4 冰蓄冷空調(diào)運(yùn)行方案調(diào)整

根據(jù)當(dāng)?shù)孛咳諏?shí)時(shí)電價(jià)情況和全日冷負(fù)荷曲線來設(shè)計(jì)冰蓄冷空調(diào)的運(yùn)行方案。針對各時(shí)段電價(jià)高低和冷負(fù)荷的需求，采取符合均衡部分蓄冷的方案，在滿足全日空調(diào)冷負(fù)荷的需求的同時(shí)有效降低運(yùn)行成本。在夜間電價(jià)低時(shí)儲(chǔ)存冷量，并在白天電價(jià)高電力高峰時(shí)最大限度的滿足空調(diào)冷負(fù)荷需求。

5 冰蓄冷空調(diào)方案的選擇

（1）國內(nèi)現(xiàn)有空調(diào)蓄冰方式主要有冰球式和冰盤式，該工程采用冰球式——法國CIAT冰球，球殼厚度為2mm，直徑為98mm，每立方米有效冰球數(shù)為1221個(gè)，每個(gè)冰球潛熱133.4KJ。它是將封閉在塑料容器內(nèi)的液體制成球形固態(tài)冰，浸入充滿乙二醇溶液的貯槽內(nèi)，冰球內(nèi)的溶液隨著乙二醇的溫度變化而結(jié)冰或融冰。

（2）整個(gè)蓄冰系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，由承壓在0.03Mpa的充滿冰球的貯冰槽組成；蓄冰槽可采用球形、立式或臥式。相較于其他形狀，球形蓄冰槽具有體積小用材最少、冷量分配均勻的優(yōu)勢，本工程蓄冰槽總蓄冷提及為630m3，最大蓄冰量在30787.2KW，承壓要求在0.029Mpa。

6 工程設(shè)計(jì)施工中需重視的問題

（1）布置設(shè)計(jì)上的問題。若蓄冰槽容量過大，必須通過增加槽的壁厚并進(jìn)行加固處理以免蓄冰槽因自重變形，這就必然會(huì)增加運(yùn)輸安裝成本。另外一方面，蓄水槽擴(kuò)散管排布過于密集會(huì)浪費(fèi)大量空間，影響冰凍和融冰效果。

（2）安裝上的問題。一般在-2.19℃/-5.56℃內(nèi)乙二醇溶液蓄冰，在蓄冰過程中與周圍的溫差太大或者隔熱絕熱不夠，會(huì)造成實(shí)際運(yùn)行的大量能源浪費(fèi)。由此，在實(shí)際安裝時(shí)，應(yīng)對槽及其支撐做隔冷處理避免形成局部冷橋，并對槽本身做絕熱保溫措施，以此減少更多的冷損失。為了更好的達(dá)到預(yù)期效果和減少冷損失，在設(shè)計(jì)蓄冰槽本體保溫層時(shí)，除了要嚴(yán)密，保溫溫厚度應(yīng)以大于標(biāo)準(zhǔn)工況冷凍水的保溫厚為標(biāo)準(zhǔn)。

7 結(jié)束語

多年以來，我們沿用的是高消耗、高投入、高污染、低產(chǎn)出的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式。當(dāng)前，我國城市化進(jìn)程不斷加速，傳統(tǒng)的建設(shè)思路與資源消耗之間的矛盾也日益突出，長此以往勢必會(huì)影響到住宅建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，切實(shí)改變傳統(tǒng)的住宅生產(chǎn)建造方式成為工作的重頭戲。采用冰蓄冷空調(diào)的節(jié)能型建筑設(shè)計(jì)完全符合我國國情，也符合時(shí)代潮流。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張俊秀.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2011.

[2] 秦永平.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖南農(nóng)機(jī)，2012（3）.

[3] 王愛萍.大型中央空調(diào)系統(tǒng)的新技術(shù)應(yīng)用[J].勞動(dòng)保障世界，2013（6）.

[4] 趙四方.試分析大型建筑中央空調(diào)的高效節(jié)能應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2012（9）.

[5] 王秀琴.大型空調(diào)系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)及故障處理概述[J].華章，2012（10）.

[6] 秦志川.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工[J].化學(xué)工程裝備，2012（07）.

[7] 吳秀燦.概談大型中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝思路[J].建筑與文化，2012（06）.

[8] 龍平志.大型空調(diào)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試經(jīng)驗(yàn)談[J].價(jià)值工程，2013（1）.