水蓄冷技术在暖通空调中的应用

胡 宁

广东省工业设备安装有限公司 广东 广州 510000

【摘 要】在城市建筑能耗加速增长的背景下，中央空调采用蓄冷技术对电网负荷移峰填谷正在逐渐地受到市场的重视。文章主要对水蓄冷技术在暖通空调中的应用进行了探讨。

【关键词】水蓄冷技术；暖通空调；应用

引言

目前的蓄冷技术研究方向较多，在实际工程应用中，冰蓄冷和水蓄冷技术的应用更为广泛。水蓄冷由于其技术简单，一次性投入较少而得到业界的青睐，但只有在地方蓄冷电价合理的情况下，发展水蓄冷才有明显的经济优势，对运行电费成本的节约才有更为显著的效果。海南三亚JW万豪酒店机电工程中应用了水蓄冷技术，文章主要对水蓄冷技术在暖通空调中的应用进行了探讨。

1水蓄冷空调系统概述

水蓄冷中央空调是指建筑物空调时间所需要冷量的部分或全部在非空调时间利用蓄冷介质的显热等特性，将能量储存起来，然后根据空调负荷要求释放这些冷量，这样在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。水蓄冷空调系统的优点表现在：（1）经济。水蓄冷系统的容量只需按照日平均负荷选择即可，通过利用消防水池、原有蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄冷容器在避免“大马拉小车”的同时降低了初投资，使用期间单位蓄冷投资随着水蓄冷设备的体积的增大而降低。对于新建项目水蓄冷空调系统初投资比常温系统的低，一般可低10%～20%。而改造项目与常规空调相比，水蓄冷系统的初投资只增加约5%-10%的费用，由于运行成本的减少，初投资增加的成本费用一般在3-4年内即可回收。水蓄冷系统制冷主机容量一般应比非蓄冷系统的小，可以减少30%～60%，增加的费用只是换热器及蓄冷装置设备的投资，其他都可与非蓄冷系统的投资单价相接近。（2）实用。可以使用常规冷水机组，适用于常规供冷系统的扩容和改造。对常规空调主机改动小，初投资费用低。（3）节能。夜间气温降低，制冷效率随之提高6-8%，系统满负荷运转时间大幅度增加，主机利用率提高，从而使空调系统的总节电率达10%-22%。（4）合理。作为备用冷源，增加了空调系统的可靠性；结合低温送水和低温送风，降低了设备的噪音；主机在最佳状态下运行，提高主机利用率；满负荷运行时间增加，部分负荷运行时间减少，节省维护保养费用。

2空调水蓄冷技术的应用条件

中央空调水蓄冷系统实际应用应当具备以下几个方面的条件，如果在无法达到下列条件的情况下使用水蓄冷技术进行制冷，不仅无法实现节约能耗的目的，而且还有可能使得成本上升：其一，采用水蓄冷技术的地区必须能够取得一定的电价优惠，也就是说需要当地电力部门有所配合，给予一定的优惠政策，主要是对用电高峰时段以及用电低谷时段。其二，在使用水蓄冷技术的中央空调系统中尽可能的配备两台主机，其中一台作为备用，避免某一台主机长时间运行，造成主机损坏。其三，应当修建或者预留出一定的空间，对水蓄冷所需要的冷冻水进行储存。其四，在中央空调主制冷机房内，必须要在修建或者设计的时候预留出尽可能多的空间，使得后期设备改造也能够妥善安置。

3水蓄冷技术的实际应用

（1）蓄冷形式的选择。考虑经济适用性能以及建造施工难度，海南三亚JW万豪酒店机电工程的蓄冷系统采用自然分层水蓄冷形式。一般来说，自然分层法储水既无迷宫法容易产生用水死区导致蓄冷量减少的问题，也无隔板法机械活动机构的故障隐患，是最简单、有效和经济的储水方法，如果设计合理，蓄冷效率可以达到85%-95%。自然分层式储水的技术关键在于散流器/布水器，将水平稳地引入罐中，依靠密度差而不是 惯性力产生一个沿罐底或罐顶水平分布的重力流，形成一个使冷热水混合作用尽量小、厚度尽量薄的斜温层，要求通过散流器的进出口水流流速合理，以免造成斜温层的扰动破坏。最适合自然分层的蓄水罐的形状为直立的平底圆柱体。与立方体或长方体蓄水罐相比，圆柱体在同样的容量下，蓄冷罐的面积容量比最低，热损失就越小，单位冷量的基建投资就越低。

（2）蓄冷池布水系统的设置。自然分层系统主要是利用冷热水密度的不同，使温度低的冷水向下运动，温度高的热水向上运动，从而实现冷热水的分层。从热力学原理我们可以知道，两个温度不同的物体放在一起它们之间会有热传递，蓄冷池水层也一样，会在冷热水层中间形成一个温度过度层，我们叫它斜温层，这个斜温层一方面会把我们的冷水冷量传递给热水（由于传递速率不大，冷量流失不多），另一方面又能起到一个冷热区域隔离的作用，因此蓄冷效果的好坏直接受到斜温层的影响，斜温层越稳定，那么我们的冷热区域热量混合就越少，所以自然分层蓄水池的关键是在冷热水层间建立稳定的斜温层。

（3）板式换热器的使用。当蓄冷罐一定时，蓄冷量与放冷回水温度与蓄冷进水温度间的温差成正比关系，而采用板式换热器需要一、二次侧保证一定的温差用于换热，假设换热器需要温差1℃，那在蓄冷罐温差普遍只有6～7℃的现状下，蓄冷量将减少约14%；使用板式换热器的初衷其实是为了保证水质，但开式蓄冷罐的水质也有其他办法可以解决，因此，建议无需为了水质问题在蓄冷系统配置板式换热器。

（4）开式蓄冷罐的水质保障措施。开式蓄冷水罐虽然与大气接触，但只通过一透气口，与罐外空气接触面很小，冷冻水中的含氧量变化很小，加上水罐水体量相对于原空调系统的水量来讲大得多，只要保证初始补水水质合格，以后的水质更容易保持；即使担心开式蓄冷水罐的水质保持问题，还可以采用氮气密封系统，这种系统广泛应用于石化行业，用于隔离罐内物质免受大气氧气作用，而且普遍都是持压罐体，所以应用在我们这种微正压的蓄冷水罐是可行的。

（5）水蓄冷罐的串联形式。数据中心应用中，水蓄冷罐串联接入一般是用于空调系统的容灾备份，蓄冷罐内的冷水持续流动以保证随时保有备用蓄冷量供应，蓄冷罐通常采用承压闭式罐形式。

4水蓄冷系统性能问题

（1）水蓄冷系统在蓄冷时改变了原有空调系统的运行工况，需要使出水温度降低到4℃来进行蓄冷，而有些情况下，原有空调系统的出水温度达不到4℃，达不到设计要求，这就使水蓄冷的通用性就变差；另外，水蓄冷系统在蓄冷时，使原有空调系统的蒸发温度降低，蒸发温度每降低1℃，主机效率降低3-5%，由此可知，水蓄冷在蓄冷时，主机效率降低10%左右。水蓄冷在放冷时，回水温度会受用户端负载的变化而发生变化，而由于回水温度不可控，例如设计回水温度为14℃，实际回水温度要小于14℃，按蓄冷温差8℃来算，回水温度每降低0.1℃，蓄冷量减少1.25%，也就是实际蓄冷量要小于设计蓄冷量。

（2）放冷泵功耗大，电价高峰段移峰能力差。水蓄冷在放冷的时候需要开启放冷泵，由于温差较小，水流量较大，所以放冷泵的功耗不能忽略，且在电价高峰段运行，使得节能费用降低，高峰移峰能力降低。

（3）保温性能差，冷损失大。蓄冷系统较常规系统在设备配置上最明显的不同是增加了蓄冷设备，蓄水槽、蓄冰槽必然存在能量损失，其绝对值不大，但累计全天24h，也是不容忽视的，这个能量损失在计算蓄冷设备容量时可以认为是蓄冷设备容量的减小。对于冰蓄冷设备，冷损失占全天總蓄冷量的1%以下左右，蓄冷水池则高达3%～5%。如果保冷效果不好，或者环境温度过高、蓄冷设备露天放置都将使冷损失加大。精确计算可以通过蓄冷设备表面积、传热系数、蓄冷介质温度、环境温度求出。蓄冷水池的能量损失之所以如此之高，一方面是通过池壁传导散热，单位冷量所占有的容积水蓄冷是冰蓄冷的8～10倍之多，其表面积也大大超过冰蓄冷；另一方面水池内冷温水间的混合扰动和热量传递、沿绝热较差的壁面水温发生变化从而产生自然对流都使得水蓄冷冷损失大大增加。

结束语

采用水蓄冷技术不仅能够减少高峰时段用电量，降 低制冷系 统 运行费用，为企业带来良好的经济效益，每年节约运行电费，同时能平衡电网负荷，移峰填谷，保障电网安全，提高电能利用效率，为本项目获得了较好的经济效益。

参考文献：

[1]郭永佾.海南某大厦智能水蓄冷节能中央空调系统设计[J].建筑节能，2009（10）：23-27.