闡述冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工

摘要：建筑行業(yè)作為我國(guó)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(duì)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(guó)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”。空調(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?jī)?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(duì)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

前言

隨著國(guó)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，成績(jī)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(guó)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(duì)于整個(gè)社會(huì)的城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展都比較關(guān)鍵。

1 工程概況

筆者參與的某大型劇院工程位于該超大型城市北側(cè)，該工程集辦公、歌舞演出劇場(chǎng)為一體，用地總面積30235平方米，總建筑面積54934平方米。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，由地下一層的蓄冰空調(diào)系統(tǒng)的冷凍機(jī)房和100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 設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

1制冷主機(jī)：本工程按冰蓄冷空調(diào)分量蓄冰模式設(shè)計(jì)，雙工況螺桿主機(jī)和盤管為串聯(lián)方式，主機(jī)位于盤管上游，經(jīng)計(jì)算須配備空調(diào)工況制冷容量約為350RT，制冰工況約為242RT的雙工況螺桿冷水主機(jī)兩臺(tái)，主機(jī)電功率228KW/臺(tái)，雙工況主機(jī)可分別在空調(diào)和制冰兩種工況下運(yùn)行。

2蓄冰裝置：本工程設(shè)計(jì)采用蓄冷冰盤管，選用5臺(tái)內(nèi)融冰盤管式蓄冰裝置，單臺(tái)盤管蓄冰量為828RTh，總蓄冰量可達(dá)4140RTh。

3制冷板式換熱器：板式換熱器將蓄冰系統(tǒng)的乙二醇回路與空調(diào)系統(tǒng)回路隔離，板換水側(cè)進(jìn)出口溫度為13/6℃，乙二醇側(cè)進(jìn)出口溫度為3.5/11℃，選用換熱量為1850KW的板換二臺(tái)。

4水泵：經(jīng)計(jì)算，水泵的型號(hào)和數(shù)量選用如下：乙二醇泵，240m3/h，38m，45KW，1450rpm，三臺(tái)（備一，兩臺(tái)變頻）；系統(tǒng)冷凍水泵，230m3/h，32m，37KW，1450rpm，三臺(tái)（備一，兩臺(tái)變頻）；冷卻水泵，270m3/h，28m，37KW，1450rpm，三臺(tái)（備一）

5冷卻塔：選2臺(tái)方形橫流式低噪音冷卻塔，單臺(tái)冷卻塔水量300m3/h，電機(jī)功率為7.5KW×2。

3 系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)

這項(xiàng)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)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2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1850KW。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(jí)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4140RTh，由 5 個(gè)冰槽組成，槽內(nèi)凈高為2.2m，冰槽是外保溫結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外分別是放水涂刷層——聚氨酯發(fā)泡保冷層。施工中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間將冰槽做成長(zhǎng)方體標(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(duì)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(duì)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）蓄冰模式

根據(jù)不同冰蓄冷工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，通常有兩種蓄冰模式可供選擇，一種稱之為全量蓄冰模式，與之相對(duì)稱之為分量蓄冰模式。

全量蓄冰模式與分量蓄冰模式最大的差異在于蓄冰率的高低，全量蓄冰模式蓄冰率達(dá)100%，轉(zhuǎn)移電量最多，運(yùn)行費(fèi)用最低，但在制冷機(jī)組、蓄冰裝置上投入過多，不經(jīng)濟(jì)。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)冰蓄冷工程項(xiàng)目均采用分量蓄冰模式。由于全年空調(diào)負(fù)荷存在不均衡性，在負(fù)荷逐漸下降時(shí)，分量蓄冰系統(tǒng)的蓄冰率會(huì)逐漸上升，避免了全量蓄冰模式在部分負(fù)荷下系統(tǒng)設(shè)備閑置過多的問題。采用制冷主機(jī)上游、蓄冰盤管下游的單級(jí)泵串聯(lián)系統(tǒng)流程，本系統(tǒng)形式效率高、控制簡(jiǎn)單可靠、使用靈活。

（2）蓄冰槽結(jié)構(gòu)

蓄冰槽是冰蓄冷系統(tǒng)的核心設(shè)備，本工程設(shè)計(jì)總潛熱蓄冰量不小于4140RTh；選擇單臺(tái)蓄冰量為828 RTh的不完全凍結(jié)式（分量蓄冰）內(nèi)融冰蓄冰裝置5臺(tái)，在制冰及融冰過程中乙二醇溶液需在5臺(tái)盤管內(nèi)進(jìn)行分配，存在蓄冰盤管之間的流量分配平衡的問題。為解決水力平衡問題，本工程采用同程接管的方案。

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(duì)槽及其支撐做隔冷處理避免形成局部冷橋，并對(duì)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)。

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(guó)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(zhǎng)此以往勢(shì)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(guó)國(guó)情，也符合時(shí)代潮流。

參考文獻(xiàn)：

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