冰蓄冷空调的系统设计及节能优化措施

　　摘 要： 本文介绍了冰蓄冷中央空调系统的设计，以及冰蓄冷空调系统的设计方法。由于系统的初投资费用很高，限制了其发展的状态，分析了冰蓄冷空调系统的设计优化节能的措施。
　　关键词： 冰储冷空调 系统设计 节能优化措施
　　1.引言
　　蓄冷空调技术应用在中国已有三十多年的历史，但冰蓄冷空调技术的发展和工程应用是近十年特别是二十世纪九十年代以来，全国各地的冰蓄冷空调应用成功。我省大约在九十年代初已经开始对蓄冰空调项目进行尝试，但由于种种原因，最后以失败告终，对我省发展冰蓄冷技术产生了负面的影响。建筑空调蓄冷系统的主要目的是传递空调电力高峰负荷，减轻对电网络压力，降低设备容量，低峰享受优惠电价。这一技术的应用，可以给用户节省运行费用；相比较对国家来说，可以平衡电网峰谷差，提高电能的利用率和电力设备的运行效率，缓解电力短缺的情况，是一种符合我国国情的先进技术。随着电力工业的发展和产业结构的调整和电网峰谷差电矛盾日益突出，蓄冷空调技术已成为电力部门的“削峰填谷”工作重点。
　　当然，蓄冷空调普及应用技术需要，合理的电力价格制度，投资蓄水冷设备的主要目的是通电蓄冷来节约电费支出。2003年8月，江苏省出台了分时电价具体实施方案，目的是通过财政支持和税收优惠等手段蓄冷调动工程建设的积极性，为我省冰蓄冷空调技术的发展创造了必要的条件。
　　2.冰蓄冷空调系统的设计
　　2.1空调负荷计算
　　将采用“冷负荷系数法”，计算出围护设备、照明、结构及补充新风的逐时冷负荷（每天24小时的逐时冷负荷），并提供准确的设计典型日负荷曲线。
　　2.2蓄冰系统的选择
　　2.2.1蓄冷模式的选择
　　2.2.1.1全蓄冷式
　　全蓄冷是在电力使用低谷期储存所需的冷量，避免制冷机在高峰期运行。这种系统在夜间非高峰期制冷机运行，蒸发器产生的载冷剂提供给蓄冷装置，低温冷量以冰的形式蓄存。此时建筑空调系统不运行。在空调系统运行期间，制冷机不运行。所需冷量100%由蓄冰装置中冰融化提供。此类型系统的运行成本最低，但所需制冷机容量和蓄冷容量很大，初投资较大，仅适合于空调时间相对蓄冷时间很少的场合，如体育馆、影剧院、办公楼和食品工业中的牛奶冷却等。
　　2.2.1.2局部蓄冷式
　　设计功率峰值区总冷却负荷，部分蓄冰装置，另一部分由制冷机负担。这种方式可以减少初投资，还可以节省运营成本，因此它被广泛地应用于各种实际工程项目。
　　2.2.2如何选择蓄冷主机
　　使用所选择的蓄冷模式确定的蓄冷主机的容量。全蓄冷式在用电高峰期的总冷负荷的都是有蓄冷主机提供，需要蓄冷主机的功率大。而局部蓄冷式是一个容量小，同时也要充分考虑和分析蓄冷比例。较大的蓄冷主机，具有运行成本高等特点，而较小的蓄冷比，那么蓄冷的优势不明显。所以，采用合适的蓄冷比，最终会达到节能的最佳投资效果的。一般来说，最佳的在30%～70%。在冰蓄冷空调系统设计的时候，要掌握在制冷机组在不同的情况运行的制冷量的变化；制冷机容量也应该采取考虑5%～10%的剩余量。
　　2.2.3蓄冰装置的选择
　　采用所选蓄冰主机容量和蓄冷比，根据以下计算式计算蓄冰装置的容量：
　　Q=Q×n×β
　　上式中：Q——为蓄冰装置容量，KW·h；
　　Q——为空调工况下主机容量，KW；
　　n——为蓄冰小时数；
　　β——为蓄冷比。
　　3.冰蓄冷空调设计中的节能优化的措施
　　冰蓄冷系统可以实现电网的“移峰填谷”的效果，这可从价格差中带来经济效益。但是，冰蓄冷系统的初投资费用比常规空调高很多，成为限制其发展的一个重要因素。如何最大限度地发挥其节能的优点，可快速恢复最初的投资，是冰蓄冷空调技术和设计的关键。以下措施可以起到节能优化的作用。
　　3.1降低送风系统的温度
　　空调系统的送风温度从常规的12℃降到4～12℃，同一条件下冷却空调负荷量减少，从而减少功率消耗的风机正常运行所消耗的功率，使系统节约能源和降低运营成本。根据流体力学的风机功率公式可以得出，送风量减少会使风机所耗功率会三次方下降。此外，送风量减少伴随着风管尺寸的减小，从而使系统减少了初投资。因此，降低空气温度可以使冰蓄冷空调系统在实施“移峰填谷”的同时，并能降低系统的运行费用和初投资，取得了可观的经济效益。
　　值得注意的是，由于送风空气温度和空气量减少，如果直接进入空调区域的送风装置，容易使其表面凝结，并且低温度的空气能使人的身体温差太大造成不适。因此，必须采取特殊的措施有效地避免这种情况的发生。
　　3.2增加热回收装置
　　空调系统排风中的余热直接排放到大气中，既造成城市的热污染，又浪费了热能。如果将排风中的余热（余冷）加以回收再利用，如加热生活热水、处理新风等，则可提高系统的整体能源利用率，达到节能的目的，同时又可降低机组负荷，节省初期投资。热回收装置可分为两大类：全热回收装置和显热回收装置。全热回收装置用具有吸湿作用的材料制作，既能传热又能传湿，可同时回收显热和潜热；显热回收装置则用不含吸湿作用的材料制作，只能传热，不能传湿，只能回收显热。在设计中，对全热回收装置和显热回收装置的选择应因地而宜。
　　3.3使用热管技术
　　热管作为传热元件，由于其良好的传热性能，正越来越多地应用到各种工程项目中。该热管应用在冰蓄冷系统，可以提高冰蓄冷空调的传热性能，提高能源利用效率。
　　3.3.1直接式热管冰蓄冷
　　采用热管冷凝段置于制冷系统的蒸发器中，热管的蒸发段置于蓄冰池中直接蓄冰，称为直接式热管冰蓄冷系统。该系统由于热管热变换，从而克服的长度所造成的制冷剂压降和回油困难，由于管道腐蚀和制冷剂泄漏现象，融冰过程由外向内融化，温度较高的冷冻水回水与冰直接接触，可以在较短的时间内制出大量的低温冷冻水，提高了能源的利用效率，因此特别适用于短时间内要求冷量大、温度低的场合。系统的问题是，如果存储冰没有完全融化的冰块，将增加电力消耗及系统设计和安装难度。
　　3.3.2间接式热管冰蓄冷
　　采用二次冷媒将制冷系统与蓄冷系统进行连接，热管蒸发段置于蓄冷池中，冷凝段置于蓄冷池之上。二次冷媒经制冷机组蒸发器降温后流经热管冷凝段进行换热，利用热管高效的传热特性对蓄冷池直接蓄冷，这种系统目前尚处于研究中。该装置的最大优点在于无需对传统的制冷机组进行结构改装即可直接应用于工程中，且少量的热管破裂及泄漏均不影响系统的正常运行。热管技术在设计中应注意，在热管冰蓄冷过程中，冰直接凝固在热管上，随着冰层厚度增加，传热热阻加大，将导致结冰速度缓慢，降低能源的使用效率。若能使热管在结冰达到一定厚度后冰层自动从热管蒸发段脱落，使热管总是维持在一个传热热阻较小、换热性能较高的水平，这样将会显著提高整个蓄冷系统的效率，减少设备投资容量，也更为节能。
　　4.结语
　　采取多种方式减少初投资，努力发展蓄冰空调系统的产品改进设计、安装、操作、维修复杂，发展自适应控制系统进一步降低运营成本，使操作简单化，设置标准的设计软件，提供标准的冰蓄冷参数的产品和技术信息，将有力改变中国目前蓄冰空调的发展缓慢的情况，如果能有效地解决以上的问题，冰蓄冰空调系统将有更大的发展空间。
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　　该文章为南京交通职业技术学院大学生实践创新项目，项目编号：CX111