冰蓄冷空調系統(tǒng)設計

冰蓄冷空調系統(tǒng)設計第1頁/共68頁一、冰蓄冷技術發(fā)展歷史背景1、30～60年代，減少冷機容量，降低初投資，主要用于影劇院、教堂、乳品加工廠等短時間降溫、周期性使用的場所。隨著制冷機制作成本的降低，逐漸失去吸引力。2、70～80年代，隨著世界范圍內的能源危機加劇，促使冰蓄冷技術迅速發(fā)展。主要在一些只在用電高峰時段使用空調的建筑物，如辦公樓、大型商場內推廣使用。3、80～90年代，除了轉移尖峰用電時段的空調負荷目標外，又增加了利用冰蓄冷的“高品位冷能”，以提高空調制冷系統(tǒng)整體能效和降低制冷系統(tǒng)整體投資及建筑造價、改善室內空氣品質和熱舒適性的目標。第2頁/共68頁二、冰蓄冷技術原理

在夜間用電低谷期，采用電制冷機制冷，將冷量以冰的形式儲存起來，而在電力負荷較高的白天，也就是用電高峰期，將冰融化釋放冷量，用以部分或全部滿足建筑物空調負荷的需要。第3頁/共68頁三、冰蓄冷技術特點①平衡電網峰谷荷，減緩電廠和輸配電設施的建設和投資。②空調用戶制冷主機容量減少，空調系統(tǒng)電力增容費和供配電設施費減少。③利用電網峰谷電力差價，降低空調運行費用。④冷凍水溫度可降到1－4℃，可實現(xiàn)大溫差、低溫送風空調，節(jié)省水、風輸送系統(tǒng)的投資和能耗。⑤空氣相對濕度較低，空調品質提高。⑥具有應急冷源，空調使用可靠性提高。⑦冷量對全年負荷的適應性好，能量利用率高。⑧通常在不計電力增容費的前提下，一次性投資較大。⑨蓄冷時由于制冷主機的蒸發(fā)溫度較低，效率有所下降。⑩盡管由于制冷設備的減少可以減少空調機房面積，但要增加放置蓄冰設備的地方。第4頁/共68頁四、冰蓄冷技術適應條件在執(zhí)行峰谷電價且峰谷電價差較大的地區(qū)，具有下列條件之一，經經濟技術比較合理時，宜采用蓄冷空調系統(tǒng)：①建筑物的冷負荷具有顯著的不均衡性，低谷電期間有條件利用閑置設備進行制冷時；②逐時負荷的峰谷差懸殊，使用常規(guī)空調系統(tǒng)會導致裝機容量過大，且經常處于部分負荷下運行時；③空調負荷高峰與電網高峰時段重合，且在電網低谷時段空調負荷較?。虎苡斜芊逑揠娨蠡虮仨氃O置應急冷源的場所；⑤采用大溫差低溫供水或低溫送風的空調工程；⑥采用區(qū)域集中供冷的空調工程。⑦在新建或改建項目中，需具有放置蓄冰裝置的空間。第5頁/共68頁五、冰蓄冷系統(tǒng)分類第6頁/共68頁冰盤管式第7頁/共68頁冰片滑落式、冰晶式第8頁/共68頁容積式第9頁/共68頁融冰機理第10頁/共68頁六、蓄冰盤管結冰、融冰性能第11頁/共68頁六、蓄冰盤管結冰、融冰性能第12頁/共68頁七、系統(tǒng)配置模式全量蓄冰分量蓄冰混合蓄冰第13頁/共68頁全量蓄冰第14頁/共68頁分量蓄冰融冰優(yōu)先第15頁/共68頁分量蓄冰主機優(yōu)先第16頁/共68頁三種模式的設備容量比較項目

全量儲冰融冰優(yōu)先主機優(yōu)先壓縮機容量（RT）1131578478蓄冰容量（RTh）826042203480第17頁/共68頁八、系統(tǒng)流程

冰蓄冷系統(tǒng)流程一般形式冰球并聯(lián)流程

盤管串聯(lián)流程

a.主機下游串聯(lián)流程

b.主機上游串聯(lián)流程第18頁/共68頁主機與蓄冰槽并聯(lián)回水

供水主機儲冰槽第19頁/共68頁主機與蓄冰槽串聯(lián)回水

供水主機蓄冰槽第20頁/共68頁各種流程比較第21頁/共68頁串聯(lián)主機上游系統(tǒng)流程特點乙二醇系統(tǒng)供水溫度低，根據要求可以提供2～4℃的低溫乙二醇。制冷主機效率高，較并聯(lián)流程提高3～4.5%，較主機下游串聯(lián)流程提高9%。乙二醇側大溫差設計，較并聯(lián)流程減小了乙二醇泵、管路及附件規(guī)格。系統(tǒng)乙二醇填充量約為冰球或冰板系統(tǒng)的1/4。系統(tǒng)控制簡單，可以輕松實現(xiàn)各種工況切換及根據負荷情況選擇主機優(yōu)先或融冰優(yōu)先的控制模式。系統(tǒng)運行能耗低。系統(tǒng)流程更簡單，布置緊湊，簡化施工及維護管理。第22頁/共68頁并聯(lián)系統(tǒng)流程第23頁/共68頁串聯(lián)單級泵系統(tǒng)流程第24頁/共68頁串聯(lián)雙級泵系統(tǒng)流程第25頁/共68頁串并聯(lián)系統(tǒng)流程第26頁/共68頁外融冰系統(tǒng)流程第27頁/共68頁九、系統(tǒng)控制策略及特點分量蓄冷系統(tǒng)的控制較復雜，除了保證蓄冷工況與供冷工況之間的轉換操作以及空調供水溫度控制以外，主要應解決制冷主機和蓄冷裝置之間的供冷負荷分配問題，充分利用蓄冷系統(tǒng)節(jié)省運行費用。常用的控制策略有三種，即：主機優(yōu)先，融冰優(yōu)先和優(yōu)化控制。第28頁/共68頁制冷主機優(yōu)先第29頁/共68頁制冷主機優(yōu)先控制特點主機滿負荷運行，冷量不足由融冰補充在部分負荷時，主機出水溫度下降，效率降低隨著建筑物的負荷的降低，蓄冷裝置的使用率也會降低，不能有效的削減峰值用電而節(jié)約運行費用控制簡單，運行可靠第30頁/共68頁融冰優(yōu)先第31頁/共68頁融冰優(yōu)先控制特點蓄冰裝置按要求提供冷量，冷量不足由主機補充，主機經常運行在部分負荷下。主機出水溫度設定較高，效率較高隨著建筑物的負荷的降低，蓄冷裝置的使用率能得到保證，能有效的削減峰值用電而節(jié)約運行費用控制較主機優(yōu)先復雜，如果不能解決好釋冷量的在時間上的分配問題，可能造成在某些時間段總的供冷能力不足。第32頁/共68頁十、設計、計算1、工程概況●建筑性質、規(guī)模（面積、層高）、機房位置、變配電房、冷卻塔位置、設備層承載、末端管材、末端定壓方式等●尖峰負荷、使用時間、電價時段、供回水溫度等2、負荷確定●軟件計算●逐時負荷系數(shù)●類似工程●由甲方提供的設計院計算數(shù)據3、系統(tǒng)流程選擇（典型形式）●冰蓄冷流程：冰球并聯(lián)流程、蓄冰盤管串聯(lián)流程第33頁/共68頁設備選型配置1、設備品牌

a.制冷機組：約克、特靈、頓漢布什、麥克維爾、克萊門特

b.水泵（乙二醇泵、冷凍水泵、冷卻水泵、蓄熱水泵、供熱水泵、生活熱水循環(huán)泵）：上海凱泉、格蘭富（PACO）、ITT、威樂

c.板換：SWEP、APV、ALFALAVALe.蓄冰裝置：源牌產品、BAC鋼盤管、益美高鋼盤管、FACO塑料盤管、高靈冰筒、西亞特冰球

f.蓄熱裝置（方形水箱、圓形水箱）：自制

g.冷卻塔：上海良機、上海金日、上虞聯(lián)豐、廣州馬利

h.定壓裝置（乙二醇、冷凍水）：自制或外購

i.管道及分、集水器：自制第34頁/共68頁設備選型配置2、設備容量

a.為解決夜間蓄能期間末端負荷所設的基載，其容量按夜間末端最大負荷確定

b.白天末端負荷較大，受蓄能空調能力所限，大部分的負荷由常規(guī)基載提供的系統(tǒng)，其基載容量按尖峰負荷減去蓄能空調所能提供的最大容量

c.板換換熱量為尖峰負荷減去基載容量，系統(tǒng)沒配置基載時即為尖峰負荷

d.蓄能水泵應滿足板換換熱量和主機容量的要求，冷熱水循環(huán)泵應滿足末端負荷的要求

e.蓄能主機應滿足蓄能容量的要求以及聯(lián)供時所承擔的負荷

f.蓄能裝置應滿足避峰單供時或聯(lián)供時所承擔的負荷第35頁/共68頁設備選型配置g.冷卻塔及冷卻泵應滿足當?shù)厥彝鉂袂驕囟认滤杼幚砝渌畽C組的散熱量進出口5℃溫差時的冷卻水量（其中散熱量為主機名義下的制冷量和電機的功率，實際上還包括冷卻水泵的輸入功率）

h.乙二醇定壓裝置應按系統(tǒng)容積25%乙二醇溶液在16℃與-10℃不同溫度下的密度來計算膨脹量，確定氣壓罐或開式系統(tǒng)中的水箱容積。

i.末端管路膨脹量,冷凍水約0.1L/kW，熱水約0.3L/kWj.冰球系統(tǒng)蓄冰槽容積按蓄冰量的0.072m3/RTH，純乙二醇量按0.9～1T/100RTH進行估算

k.盤管系統(tǒng)純乙二醇量：源牌盤管0.2T/100RTH，BAC盤管0.247T/100RTH第36頁/共68頁設備選型配置l.常規(guī)空調供回水溫度7/12℃，供熱供回水溫度60/50℃m.制冰溫度：盤管系統(tǒng)-5.5℃，冰球系統(tǒng)-6.7℃n.板換乙二醇側進出口溫度:盤管3.5℃/10.5～11℃，冰球系統(tǒng)5℃/10℃第37頁/共68頁設備選型配置3、設備臺數(shù)

a.配置螺桿冷水機組時，最多考慮三～四臺。對于供冷規(guī)模較大的系統(tǒng)，可考慮大型制冷量的離心式冷水機組

b.水泵與主機一對一設置(大型主機可考慮二臺水泵與一臺主機相對應）

c.蓄能裝置蓄能量大小以主機出力（低谷電時段）、場地大小以及初投資確定

d.板換基本上與主機一對一或少于主機臺數(shù)，單臺換熱量大于4000kW時考慮一分為二，變成二臺。從安全、可靠運行的角度來看選用多臺使用互備較好，但投資增加。

e.冷卻塔與主機一對一設置第38頁/共68頁設備選型配置4、水泵揚程估算

a.乙二醇回路，主機蒸發(fā)器、盤管、板換（乙二醇側）壓降按樣本或廠家提供的計算書，管道估算8米，富裕2米，總揚程在32米～45米之間一級泵系統(tǒng)乙二醇泵揚程負擔蒸發(fā)器、盤管、板換（乙二醇側）以及所有乙二醇管路的壓降二級泵系統(tǒng)初級泵負擔蒸發(fā)器、盤管以及部分乙二醇管路；次級泵系統(tǒng)負擔板換以及部分乙二醇管路

b.冷凍水回路，板換（水側）壓降、基載蒸發(fā)器壓降按樣本或廠家提供的計算書，管道（機房、末端管網）估算22米，總揚程在32米～38米之間第39頁/共68頁設備選型配置c.冷卻水回路，主機冷凝器壓降、冷卻塔揚程按樣本或廠家提供的計算書，管道估算6米，富裕2米，總揚程在22米～28米之間以上乙二醇管路和冷凍水管路為閉式系統(tǒng)，管路系統(tǒng)水泵揚程計算時與管道垂直距離無關，而冷卻水管道大多數(shù)為開式系統(tǒng)，需考慮低位的水（冷卻塔集水盤）提升到管路系統(tǒng)最高點的高差，一般在廠家樣本中有冷卻塔揚程第40頁/共68頁設計制圖1、現(xiàn)場或建筑圖勘察

a.了解冷凍機房和鍋爐所在位置

b.機房的層高（該層樓面間的高度），扣除梁高的的凈高

c.設備吊物孔或運輸通道

d.冷、熱水管道走向

e.大樓總高度

f.冷卻塔放置位置

g.配電室位置，低配動力電纜至機房的走向

h.排水集水井位置、大小第41頁/共68頁設計制圖2、設備布置

a.控制室靠近大樓的配電間，控制室內主要設備為電氣專業(yè)的動力柜、系統(tǒng)柜和上位機控制臺，面積約18m2b.冷水機組、電鍋爐應與控制室相近，減少動力電纜的長度

c.冷水機組考慮其中一側檢修抽管空間（縱向），臥式電鍋爐兩端留大于900mm的電熱管更換空間，立式電鍋爐留在鍋爐的上方

d.冷熱系統(tǒng)同處一個機房的應劃分好區(qū)塊，將冷熱分塊布置，有利于管路設計和操作管理

e.蓄冰裝置和蓄熱裝置應盡量遠離控制室，靠墻角布置

f.系統(tǒng)設有燃油燃氣鍋爐應單設鍋爐房，與冷凍機房隔墻隔開第42頁/共68頁設計制圖g.水泵應集中布置，乙二醇泵、冷卻水泵靠近主機，冷凍水泵靠近板換和分、集水器，減少管道交叉

h.分、集水器應靠近管道出機房至管井的位置

i.設備間距：機房面積允許的話盡可能將設備間的距離拉大（可參見規(guī)范要求），保證設備巡檢和維修通道。一般情況下（通常蓄能機房機房偏?。没A之間保證700mm，電機端基礎距墻400mm，泵端接吸入管后留有≥1200mm的通道。冷水機組前后基礎之間距離≥1500mm，距墻≥1000mm，控制面板前應足夠的巡視空間。電鍋爐前后基礎之間距離≥1200mm，后距墻≥600mm，動力系統(tǒng)柜前應足夠的巡視空間。方形蓄冷熱水箱離墻側第43頁/共68頁設計制圖盡可能地貼近墻面，留出100mm空間可進行發(fā)泡保溫即可，但注意左右配管水箱應有足夠的接管空間。蓄冰裝置之間留有100～150mm的凈空，便于現(xiàn)場安裝就位，盤管設有液位顯示的一端應保證足夠的巡視空間。分、集水器盡可能布置在一起，沿縱向靠墻布置。

j.冷卻塔應放置在裙房的屋頂，四周空曠，有良好的通風條件第44頁/共68頁設計制圖3、管道接管

a.嚴格按流程和設計要求進行連管

b.管道繪制采用雙線圖表示，按真實尺寸進行管道連接，盡可能考慮到現(xiàn)場安裝細節(jié)

c.受高度空間的限制，管道豎向按二層布管，最多不要超過三層

d.多臺設備（如水泵、冷水機組、電熱水鍋爐、蓄冰盤管等）并聯(lián)接管時盡可能按同程連接，而在遇到開式多臺（常壓）設備（如冷卻塔、蓄熱蓄冷水箱、常壓鍋爐等）并聯(lián)接管時不必刻意同程連接，這樣會適得其反

e.不同高度而同一方向的管道盡可能布置成同一水平管位，可以節(jié)省管道的支、吊架第45頁/共68頁設計制圖f.管道布置時盡可能沿建筑物的墻、柱、梁布置，便于設置支吊架

g.蓄冰槽槽體內布管（分配管）可采用左右流的沿槽體縱向兩端部進行布管，也可以采用上下布管。蓄熱槽均采用上下布管第46頁/共68頁系統(tǒng)穩(wěn)定可靠—參數(shù)控制準確，控制目標穩(wěn)定。節(jié)能、舒適環(huán)境—通過初步計算平均節(jié)能達30%以上。主要采用預測控制、優(yōu)化控制、模糊控制（多環(huán)路PID的整合，解決系統(tǒng)熱惰性大滯后的穩(wěn)定控制）、設備群控、變頻調節(jié)、大溫差技術、溫度流量隨環(huán)境溫度動態(tài)調整技術等手段。根據人體工程學分析，控制系統(tǒng)各參數(shù)以及室內溫度和換氣次數(shù)穩(wěn)定在合理的范圍內（避免開窗戶等浪費行為）。根據以上思路編寫了控制策略和建模。便于管理操作維護—智能化運行，低設備故障率快速更換設備設計，根據實際運行統(tǒng)計制定合理的設備管理維護計劃，管理者遠程監(jiān)控。降低運營本。十一、自動控制系統(tǒng)自控目標第47頁/共68頁根據室外溫度，天氣走勢，歷史記錄，自動選擇主機優(yōu)先或融冰優(yōu)先運行方式。

自控系統(tǒng)能根據以往的空調負荷曲線和預報的環(huán)境溫度，決定當天采用以下哪種運行模式：a主機優(yōu)先運行b蓄冷優(yōu)先運行c全量蓄冷運行負荷預測與優(yōu)化控制第48頁/共68頁負荷預測與優(yōu)化控制軟件預測負荷與實際負荷的對比控制策略圖控制參數(shù)表第49頁/共68頁8月10日預測負荷與實測負荷8月10日，最高氣溫35.4℃，最低氣溫31.2℃第50頁/共68頁無人值守

系統(tǒng)可脫離上位機工作，根據時間表，自動進行制冰和控制系統(tǒng)運行、工況轉換，對系統(tǒng)故障進行自動診斷，并向遠方報警。節(jié)假日設定

空調系統(tǒng)根據時間表，自動運行，節(jié)假日和工作時間表容易設置，對重要庫房進行恒溫控制和遠方設定。特殊日期設定工作或停止。第51頁/共68頁第52頁/共68頁1.操作系統(tǒng)軟件MicrosoftWindowsSever20032.控制系統(tǒng)管理軟件主要有WinccSoftwareRC、WinccSoftwareRT、Wincc冗余軟件包、WinCCWebNavigator因特網監(jiān)控軟件、WinccOption、Wincc二次開發(fā)軟件、C語言、VB等。3.控制軟件

Step7、Step7冗余軟件包、Step7二次開發(fā)軟件、

Protool、Protool二次開發(fā)軟件等。系統(tǒng)組態(tài)軟件及功能第53頁/共68頁十二、工程實例

建筑面積約為34503m2，地下二層，地上26層，總建筑高度145.9m,主體建筑高度約99.9m，包括頂部天線高度135.9m，副樓1-6層和主樓1-5層為綜合營業(yè)用房，主樓5-26樓為銀行辦公用房。大廈主樓1-26層空調改造設計，制冷制熱系統(tǒng)設計。夏季空調冷負荷3348kW;冬季空調熱負荷2558kW。工程概況第54頁/共68頁十二、工程實例室外設計參數(shù)：夏季：室外計算干球溫度35.6℃，室外計算濕球溫度27.9℃；冬季：室外計算干球溫度-3℃；室內設計參數(shù)：工程概況房間名稱夏季冬季溫度℃相對濕度%溫度℃相對濕度%營業(yè)廳25~2719~21餐廳24~2618~20辦公室24~2619~21會議室25~2719~21活動室26~2818~20過道門廳區(qū)域27~3015~18第55頁/共68頁十二、工程實例電價政策時段時間蓄冷蓄熱電價常規(guī)空調電價備注谷時段23:00~次日5:000.368元/kWh0.980元/kWh低谷電價平時段05:00~17:000.736元/kWh0.980元/kWh峰時段17:00~23:001.104元/kWh0.980元/kWh第56頁/共68頁十二、工程實例設計日逐時負荷時段冷負荷（kW）時段冷負荷（kW）時段冷負荷（kW）0：00-1：0008：00-9：00231016：00-17：0028051：00-2：0009：00-10：00264017：00-18：0024752：00-3：00010：00-11：00297018：00-19：0016503：00-4：00011：00-12：00313519：00-20：0004：00-5：00012：00-13：00313520：00-21：0005：00-6：00013：00-14：00297021：00-22：0006：00-7：00014：00-15：00334822：00-23：0007：00-8：00198015：00-16：00330023：00-24：000夏季設計日空調冷負荷分布表第57頁/共68頁十二、工程實例設計日逐時負荷冬季設計日空調熱負荷分布表時段熱負荷（KW）時段熱負荷（KW）時段熱負荷（KW）0：00-1：008：00-9：00255816：00-17：0016501：00-2：009：00-10：00243017：00-18：0015002：00-3：0010：00-11：00230218：00-19：0003：00-4：0011：00-12：00217419：00-20：0004：00-5：0012：00-13：00191920：00-21：0005：00-6：0013：00-14：00185021：00-22：0006：00-7：0014：00-15：00180022：00-23：0007：00-8：00230215：00-16：00171023：00-24：000第58頁/共68頁十二、工程實例設備配置第59頁/共68頁十二、工程實例運行策略時間逐時冷負荷主機供冷主機制冰融冰供冷融冰速率主機臺數(shù)

主機負載率

kWkWkWkWkW00：00-01：00

923

1

01：00-02：00

923

1

02：00-03：00

923

1

03：00-04：00

923

1

04：00-05：00

923