闡述冰蓄冷空調系統的設計與施工

摘要：建筑行業作為我國當前社會發展中最為重要的載體之一，其發展方向與發展模式對于整個社會的城鄉建設發展都比較關鍵。目前國內電力供應狀況是高峰不足與低谷過剩的矛盾，若通過空調冰蓄冷等調整用電時間至非高峰時間段，可以有效平衡此矛盾，即所謂 “削峰填谷”。空調冰蓄冷技術，是通過利用在電力負荷低的夜間用電低谷期采用電動制冷機制冷，由此使蓄冷介質結成冰，利用蓄冷介質的潛熱顯熱將冷量儲存起來；在用電高峰期，蓄冷介質會融冰，釋放出儲存的冷量，由此可以滿足我們的實際需要。通過對某大型城市需求側調控案例，分析冰蓄冷空調系統的設計與施工環節。

關鍵詞：冰蓄冷；空調系統；設計；施工

前言

隨著國內社會經濟發展，我國城鄉建設發展勢頭迅猛，成績一日千里，但能源短缺的問題也隨之凸現，在發展的過程中，建設節約型經濟社會已經迫在眉睫。建筑行業作為我國當前社會發展中最為重要的載體之一，其發展方向與發展模式對于整個社會的城鄉建設發展都比較關鍵。

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，該工程集辦公、歌舞演出劇場為一體，用地總面積30235平方米，總建筑面積54934平方米。本冰蓄冷系統主要是為整個建筑物提供空調冷凍水，由地下一層的蓄冰空調系統的冷凍機房和100平方米的蓄冰槽，通過晚間的用電低峰儲存冷凍量，用以在白天用電高峰期時釋放后緩解空調的制冷負荷，藉此來合理規劃用電，降低用電整體負荷，最終降低制冷用電成本，達到節能減排降耗增效的目的。

2 設計系統設備參數

1制冷主機：本工程按冰蓄冷空調分量蓄冰模式設計，雙工況螺桿主機和盤管為串聯方式，主機位于盤管上游，經計算須配備空調工況制冷容量約為350RT，制冰工況約為242RT的雙工況螺桿冷水主機兩臺，主機電功率228KW/臺，雙工況主機可分別在空調和制冰兩種工況下運行。

2蓄冰裝置：本工程設計采用蓄冷冰盤管，選用5臺內融冰盤管式蓄冰裝置，單臺盤管蓄冰量為828RTh，總蓄冰量可達4140RTh。

3制冷板式換熱器：板式換熱器將蓄冰系統的乙二醇回路與空調系統回路隔離，板換水側進出口溫度為13/6℃，乙二醇側進出口溫度為3.5/11℃，選用換熱量為1850KW的板換二臺。

4水泵：經計算，水泵的型號和數量選用如下：乙二醇泵，240m3/h，38m，45KW，1450rpm，三臺（備一，兩臺變頻）；系統冷凍水泵，230m3/h，32m，37KW，1450rpm，三臺（備一，兩臺變頻）；冷卻水泵，270m3/h，28m，37KW，1450rpm，三臺（備一）

5冷卻塔：選2臺方形橫流式低噪音冷卻塔，單臺冷卻塔水量300m3/h，電機功率為7.5KW×2。

3 系統設備設計

這項工程系統設計將乙二醇制冷主機置于整個循環回路蓄冰裝置上游，采取串聯單循環回路方式。其中2臺板式熱交換器用來隔離冰蓄冷系統中的乙二醇回路和通往空調負荷的水，以保證乙二醇不因為流經各空調負荷回路而導致損耗或泄漏，每臺熱交換器換熱量為用1850KW。設置 4 個電動調節閥在乙二醇回路中：設置兩個調節閥調節進入蓄冰裝置的乙二醇流量，在實際操作中根據冷負荷變化，控制乙二醇側溫度恒定且始終滿足冷負荷要求；另外，工程采用二級泵系統的空調冷凍水回路，運行費用得以大大降低。工程設計的最大蓄冰容量為4140RTh，由 5 個冰槽組成，槽內凈高為2.2m，冰槽是外保溫結構，由內向外分別是放水涂刷層——聚氨酯發泡保冷層。施工中，根據現場空間將冰槽做成長方體標準型，以減少冰槽占地面積，充分利用建筑空間。為便于設備和檢修人員出入，在頂板上方預留恰當大小的設備入口和檢查孔。為了達到在供冷過程中的 “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組和基載冷水機組滿負荷運行，不足冷量由融冰輸出供給。由于不可預知情況工程設計時考慮到備用設備，備用基載冷水機組在任一臺機組發生故障時滿足空調供冷的需求；或者代替發生故障的雙工況冷水機組滿足第二天空調供冷的需求；備用基載冷水機組也可以在任一分區蓄冰槽發生故障時滿足空調供冷的需求。

在春秋過渡季節空調供冷時，僅通過輸出融冰供冷便可滿足空調需求，可以停開冷水機組。通過控制電動調節閥來使得乙二醇溶液避開雙工況冷水機組，降低運行成本。對蓄冰槽單獨供冷的情況下的乙二醇溶液泵，以變頻技術降低大量水泵能耗。

4 冰蓄冷空調運行方案調整

根據當地每日實時電價情況和全日冷負荷曲線來設計冰蓄冷空調的運行方案。針對各時段電價高低和冷負荷的需求，采取符合均衡部分蓄冷的方案，在滿足全日空調冷負荷的需求的同時有效降低運行成本。在夜間電價低時儲存冷量，并在白天電價高電力高峰時最大限度的滿足空調冷負荷需求。

5 冰蓄冷空調方案的選擇

（1）蓄冰模式

根據不同冰蓄冷工程項目的實際情況，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100%，轉移電量最多，運行費用最低，但在制冷機組、蓄冰裝置上投入過多，不經濟。目前國內絕大多數冰蓄冷工程項目均采用分量蓄冰模式。由于全年空調負荷存在不均衡性，在負荷逐漸下降時，分量蓄冰系統的蓄冰率會逐漸上升，避免了全量蓄冰模式在部分負荷下系統設備閑置過多的問題。采用制冷主機上游、蓄冰盤管下游的單級泵串聯系統流程，本系統形式效率高、控制簡單可靠、使用靈活。

（2）蓄冰槽結構

蓄冰槽是冰蓄冷系統的核心設備，本工程設計總潛熱蓄冰量不小于4140RTh；選擇單臺蓄冰量為828 RTh的不完全凍結式（分量蓄冰）內融冰蓄冰裝置5臺，在制冰及融冰過程中乙二醇溶液需在5臺盤管內進行分配，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 工程設計施工中需重視的問題

（1）布置設計上的問題。若蓄冰槽容量過大，必須通過增加槽的壁厚并進行加固處理以免蓄冰槽因自重變形，這就必然會增加運輸安裝成本。另外一方面，蓄水槽擴散管排布過于密集會浪費大量空間，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，會造成實際運行的大量能源浪費。由此，在實際安裝時，應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。為了更好的達到預期效果和減少冷損失，在設計蓄冰槽本體保溫層時，除了要嚴密，保溫溫厚度應以大于標準工況冷凍水的保溫厚為標準。

結束語

多年以來，我們沿用的是高消耗、高投入、高污染、低產出的傳統生產方式。當前，我國城市化進程不斷加速，傳統的建設思路與資源消耗之間的矛盾也日益突出，長此以往勢必會影響到住宅建設的可持續發展。因此，切實改變傳統的住宅生產建造方式成為工作的重頭戲。采用冰蓄冷空調的節能型建筑設計完全符合我國國情，也符合時代潮流。

參考文獻：

[1]秦永平.冰蓄冷空調系統的安全監測系統設計.湖南農機，2012（3）.

[2]王愛萍.大型中央空調系統的新技術應用.勞動保障世界，2013（6）.