冰蓄冷空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計及節(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，以及冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方法。由于系統(tǒng)的初投資費用很高，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)計優(yōu)化節(jié)能的措施。
　　關(guān)鍵詞： 冰儲冷空調(diào) 系統(tǒng)設(shè)計 節(jié)能優(yōu)化措施
　　1.引言
　　蓄冷空調(diào)技術(shù)應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)展和工程應用是近十年特別是二十世紀九十年代以來，全國各地的冰蓄冷空調(diào)應用成功。我省大約在九十年代初已經(jīng)開始對蓄冰空調(diào)項目進行嘗試，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。這一技術(shù)的應用，可以給用戶節(jié)省運行費用；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)備的運行效率，緩解電力短缺的情況，是一種符合我國國情的先進技術(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。
　　當然，蓄冷空調(diào)普及應用技術(shù)需要，合理的電力價格制度，投資蓄水冷設(shè)備的主要目的是通電蓄冷來節(jié)約電費支出。2003年8月，江蘇省出臺了分時電價具體實施方案，目的是通過財政支持和稅收優(yōu)惠等手段蓄冷調(diào)動工程建設(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
　　2.1空調(diào)負荷計算
　　將采用“冷負荷系數(shù)法”，計算出圍護設(shè)備、照明、結(jié)構(gòu)及補充新風的逐時冷負荷（每天24小時的逐時冷負荷），并提供準確的設(shè)計典型日負荷曲線。
　　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存所需的冷量，避免制冷機在高峰期運行。這種系統(tǒng)在夜間非高峰期制冷機運行，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。此時建筑空調(diào)系統(tǒng)不運行。在空調(diào)系統(tǒng)運行期間，制冷機不運行。所需冷量100%由蓄冰裝置中冰融化提供。此類型系統(tǒng)的運行成本最低，但所需制冷機容量和蓄冷容量很大，初投資較大，僅適合于空調(diào)時間相對蓄冷時間很少的場合，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)計功率峰值區(qū)總冷卻負荷，部分蓄冰裝置，另一部分由制冷機負擔。這種方式可以減少初投資，還可以節(jié)省運營成本，因此它被廣泛地應用于各種實際工程項目。
　　2.2.2如何選擇蓄冷主機
　　使用所選擇的蓄冷模式確定的蓄冷主機的容量。全蓄冷式在用電高峰期的總冷負荷的都是有蓄冷主機提供，需要蓄冷主機的功率大。而局部蓄冷式是一個容量小，同時也要充分考慮和分析蓄冷比例。較大的蓄冷主機，具有運行成本高等特點，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，最終會達到節(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)計的時候，要掌握在制冷機組在不同的情況運行的制冷量的變化；制冷機容量也應該采取考慮5%～10%的剩余量。
　　2.2.3蓄冰裝置的選擇
　　采用所選蓄冰主機容量和蓄冷比，根據(jù)以下計算式計算蓄冰裝置的容量：
　　Q=Q×n×β
　　上式中：Q——為蓄冰裝置容量，KW·h；
　　Q——為空調(diào)工況下主機容量，KW；
　　n——為蓄冰小時數(shù)；
　　β——為蓄冷比。
　　3.冰蓄冷空調(diào)設(shè)計中的節(jié)能優(yōu)化的措施
　　冰蓄冷系統(tǒng)可以實現(xiàn)電網(wǎng)的“移峰填谷”的效果，這可從價格差中帶來經(jīng)濟效益。但是，冰蓄冷系統(tǒng)的初投資費用比常規(guī)空調(diào)高很多，成為限制其發(fā)展的一個重要因素。如何最大限度地發(fā)揮其節(jié)能的優(yōu)點，可快速恢復最初的投資，是冰蓄冷空調(diào)技術(shù)和設(shè)計的關(guān)鍵。以下措施可以起到節(jié)能優(yōu)化的作用。
　　3.1降低送風系統(tǒng)的溫度
　　空調(diào)系統(tǒng)的送風溫度從常規(guī)的12℃降到4～12℃，同一條件下冷卻空調(diào)負荷量減少，從而減少功率消耗的風機正常運行所消耗的功率，使系統(tǒng)節(jié)約能源和降低運營成本。根據(jù)流體力學的風機功率公式可以得出，送風量減少會使風機所耗功率會三次方下降。此外，送風量減少伴隨著風管尺寸的減小，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)在實施“移峰填谷”的同時，并能降低系統(tǒng)的運行費用和初投資，取得了可觀的經(jīng)濟效益。
　　值得注意的是，由于送風空氣溫度和空氣量減少，如果直接進入空調(diào)區(qū)域的送風裝置，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)排風中的余熱直接排放到大氣中，既造成城市的熱污染，又浪費了熱能。如果將排風中的余熱（余冷）加以回收再利用，如加熱生活熱水、處理新風等，則可提高系統(tǒng)的整體能源利用率，達到節(jié)能的目的，同時又可降低機組負荷，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)計中，對全熱回收裝置和顯熱回收裝置的選擇應因地而宜。
　　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，正越來越多地應用到各種工程項目中。該熱管應用在冰蓄冷系統(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，如果存儲冰沒有完全融化的冰塊，將增加電力消耗及系統(tǒng)設(shè)計和安裝難度。
　　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)制冷機組蒸發(fā)器降溫后流經(jīng)熱管冷凝段進行換熱，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)點在于無需對傳統(tǒng)的制冷機組進行結(jié)構(gòu)改裝即可直接應用于工程中，且少量的熱管破裂及泄漏均不影響系統(tǒng)的正常運行。熱管技術(shù)在設(shè)計中應注意，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)冰達到一定厚度后冰層自動從熱管蒸發(fā)段脫落，使熱管總是維持在一個傳熱熱阻較小、換熱性能較高的水平，這樣將會顯著提高整個蓄冷系統(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)品改進設(shè)計、安裝、操作、維修復雜，發(fā)展自適應控制系統(tǒng)進一步降低運營成本，使操作簡單化，設(shè)置標準的設(shè)計軟件，提供標準的冰蓄冷參數(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)學院大學生實踐創(chuàng)新項目，項目編號：CX111