廣州大冷熱源工程講義09蓄冷空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

9蓄冷空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法9.1.1蓄冷空調(diào)技術(shù)的原理制冷，利用蓄冷介質(zhì)的顯熱或潛熱特性，用一定的方式將冷量貯存起來。在空調(diào)負(fù)荷高的白天，也就是用電高峰期，把貯存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調(diào)的需要。蓄熱（冷）介質(zhì)的種類如圖質(zhì)發(fā)生相變來蓄冷，常用的介質(zhì)為冰、共晶鹽水化合物等相變物質(zhì)。蓄冷空調(diào)技術(shù)中多采用水蓄冷蓄冷空調(diào)技術(shù)主要適用于兩類場合：一類是白天空調(diào)負(fù)荷大、晚上空調(diào)負(fù)荷小的場合，如辦公體育館、大會堂、教堂、餐廳等。由于蓄冷空調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移了制冷機(jī)組的用電時(shí)間，起到了轉(zhuǎn)移電力高峰負(fù)荷的作用，蓄冷空調(diào)技術(shù)成為移峰填谷的一種重要手段。應(yīng)用蓄冷空調(diào)技術(shù)是否經(jīng)濟(jì)取決于9.1.2蓄冷設(shè)計(jì)模式與控制策略置和制冷機(jī)二者供冷的份額作出合理安排，即對設(shè)計(jì)模式加以選擇。蓄冷模式的確立應(yīng)以設(shè)計(jì)循環(huán)周期（即設(shè)計(jì)日或周等）內(nèi)建筑物的負(fù)荷特性及冷量需求為基礎(chǔ)，同時(shí)還應(yīng)綜合考慮電費(fèi)結(jié)構(gòu)及其全負(fù)荷蓄冷即將建筑物典型設(shè)計(jì)日（或周）白天用電高峰時(shí)段的冷負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移到電力低谷時(shí)量，制冷機(jī)在該運(yùn)行時(shí)段內(nèi)的平均制冷量約為590k大容量的制冷機(jī)和蓄冷裝置，雖然節(jié)省了運(yùn)行電費(fèi)，但其設(shè)備投資增加，蓄冷裝置占地面積也會增蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行中的負(fù)荷管理或控制策略關(guān)系到能否最終確保蓄冷靜空調(diào)使用效果，并盡可能獲取最大效益的問題。原則上應(yīng)使蓄冷裝置充分發(fā)揮其在電力非高峰期的蓄冷作用，并保證在高峰期內(nèi)滿足負(fù)荷要求，應(yīng)盡可能保持制冷機(jī)長時(shí)間處在滿負(fù)荷、高效率、低能耗的條件下運(yùn)行?？刂撇呗詰?yīng)按蓄冷模式分別考慮，不同的控制策略下的運(yùn)行效果、效益將會各有不同。此外，蓄冷系統(tǒng)中按制冷機(jī)和蓄冷裝置所處位置有并聯(lián)流程和串聯(lián)流程之分，后者又有制冷機(jī)置于上游或下游兩種部分負(fù)荷蓄冷涉及制冷機(jī)蓄冷，制冷機(jī)供冷、蓄冷裝置供冷或制冷機(jī)和蓄冷裝置同時(shí)供冷等多制冷機(jī)，以補(bǔ)充不足部分供冷量。這種控制策略利于節(jié)省電費(fèi)，但能耗較高，在控制程序上比制冷機(jī)優(yōu)先復(fù)雜。它需要在預(yù)測用戶冷負(fù)荷的基礎(chǔ)上，計(jì)算分配蓄冷裝置的釋冷量及制冷機(jī)的直接供冷9.1.3蓄冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用與歐美許多國家相比，我國的蓄冷空調(diào)技術(shù)起步較晚。我國電網(wǎng)的峰谷差大，為了緩解夏季用行峰谷分時(shí)計(jì)價(jià)的政策，促進(jìn)了蓄冷技術(shù)在空調(diào)工程中的應(yīng)用，對電力負(fù)荷的移峰填谷做出了很大9.2.1水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)可以在不增加制冷機(jī)容量的前提下增加供冷量；用于舊系統(tǒng)改造也十分方便，只需要增設(shè)蓄冷(4)可以實(shí)現(xiàn)蓄熱和蓄冷的雙重功能，適合于采用熱泵系統(tǒng)9.2.2水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的形式維持的系統(tǒng)靜水壓力。這樣可保證系統(tǒng)全部充滿水，使運(yùn)行可靠。該系統(tǒng)在空調(diào)水蓄冷系統(tǒng)中應(yīng)用關(guān)開關(guān)關(guān)開關(guān)開關(guān)關(guān)開關(guān)關(guān)開關(guān)開關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)開關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)開關(guān)開開關(guān)開關(guān)的壓力穩(wěn)定，可防止其管路出現(xiàn)氧化腐蝕、有機(jī)物及菌藻類繁殖的現(xiàn)象。間接式系統(tǒng)同樣可以實(shí)現(xiàn)間接式系統(tǒng)可根據(jù)用戶的要求，選用相應(yīng)的設(shè)備以承受各種靜壓，因此，該系統(tǒng)主要適用于高但需增加換熱設(shè)備及相應(yīng)的投資。另外，由于系統(tǒng)中設(shè)置了中間換熱器，使其供水溫度將比直接供關(guān)開開開開開關(guān)開關(guān)關(guān)開開關(guān)開3關(guān)開開開VV4關(guān)開關(guān)開關(guān)9.2.3水蓄冷槽的類型及其特點(diǎn)與蓄冷槽供水之間的溫差，蓄冷溫差的維持可以通過降低蓄冷溫度、提高回水溫度及防止回水與儲在水蓄冷技術(shù)中，關(guān)鍵問題是蓄冷槽的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能夠有效地防止回水與儲存的冷水之間混合。就溫度分層型水蓄冷槽是最簡單、有效和經(jīng)濟(jì)的一種蓄冷槽形式。水蓄冷槽中水溫的分布是按照在蓄冷槽的上下部設(shè)置了均勻分配水流的穩(wěn)流器。在蓄冷（釋冷）過程中，溫水從上部穩(wěn)流器流出a)蓄冷槽的供冷水溫度急劇升高。因此，蓄冷槽實(shí)際釋放的冷量小于理論可用蓄冷量，若設(shè)計(jì)合理，迷宮型蓄冷槽是指采用隔板將大蓄冷槽分隔成多個(gè)單元格，水和溫水儲存在不同的蓄冷槽中，并且要保證其中一個(gè)貯槽是空的。在蓄冷時(shí)，其中一個(gè)溫水槽中的直至所有的溫水槽中的溫水變成冷水。蓄冷結(jié)束時(shí)，除其中的一個(gè)貯槽為空槽外，其他貯槽均為冷在蓄冷槽內(nèi)部安裝一個(gè)可以活動的柔性隔膜或一個(gè)可移動的剛性隔板，將蓄冷槽分隔成分別儲下部。這種形式的缺點(diǎn)在于：隔膜本身的導(dǎo)熱特性會降低蓄冷槽的蓄冷效率，而且隔膜的材料要求9.2.4水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)蓄冷槽的實(shí)際可用蓄冷量必須滿足系統(tǒng)對蓄冷量的需求。系統(tǒng)需要的蓄冷量取決于設(shè)計(jì)日內(nèi)逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷的分布情況和系統(tǒng)的蓄冷模式。各種蓄冷系統(tǒng)的蓄冷模式可以歸納為全部蓄冷模式和部分蓄冷模式兩類，全部蓄冷模式是指設(shè)計(jì)日非電力谷段的總冷負(fù)荷全部由蓄冷裝置供應(yīng)；部分蓄冷在確定水蓄冷槽體積之前，需要計(jì)算出設(shè)計(jì)日內(nèi)的逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷，然后根據(jù)系統(tǒng)的蓄冷模式確 QSΔTρcpεα水蓄冷槽的外表面積與容積之比越小，冷損失越小。在同樣的容積下，圓柱形蓄冷槽外表面積與容積之比小于長方體或立方體蓄冷槽，在實(shí)際中應(yīng)用較多的便是圓柱體蓄冷槽。此類蓄冷槽的高度與直徑之比（高徑比）增加，會降低斜溫層體積在蓄冷槽中的比例，有利于溫度分層，提高蓄冷選用鋼板焊接、預(yù)制混凝土、現(xiàn)澆混凝土，必須對蓄冷槽采取有效的保溫和防水措施，盡可能避免槽設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的主要因素。若蓄冷槽體積較大，而空間有限，則可在地下或半地下布置蓄冷槽。還應(yīng)綜合考慮水蓄冷槽兼作消防水池功能的用途。蓄冷槽應(yīng)布置在冷水機(jī)組附近，靠近制冷機(jī)及冷穩(wěn)流器的作用就是使水以重力流的方式平穩(wěn)地導(dǎo)入槽內(nèi)(或由槽內(nèi)引出)，減少水流進(jìn)入蓄冷槽溫層不太穩(wěn)定，因此要求通過穩(wěn)流器進(jìn)出口水流的流速足夠小，以免造成對斜溫層的擾動破壞。這Fr準(zhǔn)則數(shù)表示作用在流體上的慣性力與浮力之比的無因次準(zhǔn)則數(shù)，F(xiàn)r= Lgh3(ρi?ρa(bǔ))ρa(bǔ)的進(jìn)口高度。穩(wěn)流器的進(jìn)口高度定義為：當(dāng)水以重力流從下部穩(wěn)流器的孔眼流出時(shí)，其孔眼與蓄冷 Lν在設(shè)計(jì)中，已知蓄冷所需的循環(huán)水量時(shí)，可型穩(wěn)流器采用的也是縫隙型出口，只是將水平縫隙加長，以水槽的底部或頂部，自分配管進(jìn)入盤間的水通過兩盤之間的間隙，呈水平徑向輻射狀進(jìn)入水槽。由蓄冷時(shí)蓄冰池的容積比蓄冷水池的容積小得多，通常冰蓄冷時(shí)單位蓄冷量所要求的容積僅為水蓄冷盤管內(nèi)吸熱蒸發(fā)，使盤管外的水結(jié)冰。直接蒸發(fā)方式以蓄冰槽代替蒸發(fā)器，制冷劑與冷凍水只發(fā)生一次熱交換，制冷機(jī)的蒸發(fā)溫度比間接方式有所提高，但長度較長的蒸發(fā)盤管浸泡在蓄冰槽內(nèi)，容易引起管路腐蝕，發(fā)生制冷劑泄漏，而且蒸發(fā)盤管內(nèi)的潤滑油易于沉積，這種方式用于一些小型蓄所占的體積，蓄冰率定義為蓄冰槽內(nèi)冰所占的容積與蓄冰槽有效容積的比值。各種蓄冰裝置的IPF儲存和融化在同一位置進(jìn)行，蓄冰設(shè)備和制冰部件為一體結(jié)構(gòu)，靜態(tài)蓄冰方式主要有冰盤管式和封蓄冰時(shí)，制冷劑進(jìn)入盤管吸熱蒸發(fā)，使管壁上結(jié)冰，當(dāng)冰層達(dá)到規(guī)定厚度時(shí)結(jié)束蓄冰，蓄冰結(jié)束時(shí)外融冰蓄冷裝置的蓄冰率較小，為20%～50%，但融冰速度快，釋冷溫度低，可以在較致傳熱效率下降，耗電量增加。因此，應(yīng)在下一次制冰前將盤管外蓄冰的冷量用完。為了保證槽內(nèi)結(jié)冰密度均勻，避免局部的冰層沒有完全融化，常在槽內(nèi)設(shè)置空氣攪拌器，將壓縮空氣導(dǎo)入蓄冷槽熱熱阻，內(nèi)融冰的融冰速度不如外融冰方式。常用的內(nèi)融冰盤管材料有鋼和塑料，多采用小管徑、使蓄冷和釋冷時(shí)溫度均勻。槽體一般采用雙層鍍鋅鋼板制成，內(nèi)填聚苯乙烯保溫層，也可采用玻璃將聚乙烯管加工成圓形盤管，用鋼制構(gòu)架將圓形盤管整體組裝后放置在圓柱形蓄冰槽內(nèi)。相鄰兩組密封件由高密度聚乙烯材料制成，由于水結(jié)冰時(shí)約有10%的體積膨脹，為防止冰球直徑為50～100mm，球表面有多處凹窩，結(jié)冰時(shí)凹處凸起成為平滑的球形。冰板一般為長兩種。開敞式貯罐通常為矩形結(jié)構(gòu)，可采用鋼板、玻璃鋼加工，也可采用鋼筋混凝土現(xiàn)場澆筑。蓄尤其應(yīng)采取措施保證乙二醇水溶液在容器內(nèi)和封裝件內(nèi)均勻流動，防止開敞式貯槽中蓄冰元件在蓄層達(dá)到相當(dāng)?shù)暮穸葧r(shí)(一般為3～6.5mm)，采用制冷劑熱9.3.2冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)流程在負(fù)荷高峰期，需要實(shí)現(xiàn)融冰和制冷機(jī)聯(lián)合供冷。來自板式換熱器的溶液的一部分經(jīng)過制冷機(jī)P1V1開關(guān)開關(guān)開開開關(guān)開關(guān)開開開開開開工況V1V2開開開關(guān)開省制冷機(jī)運(yùn)行費(fèi)用，在實(shí)際應(yīng)用中傾向于采用制冷機(jī)位于上游的形式，除非制冷機(jī)位于下游時(shí)蓄冰槽容量的減少具有更大意義時(shí)，如：蓄冰槽投資過大，或受設(shè)備布置場地限制時(shí)，才考慮采用制冷9.3.3冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)地滿足負(fù)荷需求，這就涉及到運(yùn)行策略問題。全部蓄冷運(yùn)行的系統(tǒng)不存在這個(gè)問題；對于部分蓄冷運(yùn)行的系統(tǒng)，存在制冷機(jī)優(yōu)先策略和釋冷優(yōu)先策略這兩種運(yùn)行策略。制冷機(jī)優(yōu)先策略以制冷機(jī)供冷為主，當(dāng)負(fù)荷超過制冷機(jī)的供冷能力時(shí)，由蓄冰槽承擔(dān)不足的部分。制冷機(jī)優(yōu)先策略在運(yùn)行中較容得最大的經(jīng)濟(jì)效益，故在實(shí)際中應(yīng)用較多。釋冷優(yōu)先策略在控制程序上制冷機(jī)優(yōu)先策略復(fù)雜，如果釋冷量不能很好地控制和合理分配，有可能會造成負(fù)荷高峰時(shí)供冷量不夠，或者蓄冷量未能充分利用。需要在預(yù)計(jì)逐時(shí)負(fù)荷的基礎(chǔ)上，計(jì)算分配蓄冷槽的釋冷量和制冷機(jī)的供冷量，以保證蓄冷量得的是典型設(shè)計(jì)日的逐時(shí)負(fù)荷，而非典型設(shè)計(jì)日的逐時(shí)負(fù)荷分布是變化的，這就要求根據(jù)負(fù)荷預(yù)測的情況優(yōu)化釋冷速率。己經(jīng)有一些冰蓄冷系統(tǒng)優(yōu)化控制軟件，結(jié)合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用，可以在滿足要考慮的因素通常包括：建筑物的使用特點(diǎn)、電價(jià)、可以利用的空間、設(shè)備性能要求、使用單位意蓄冷空調(diào)系統(tǒng)有多種蓄冷模式、運(yùn)行策略及循環(huán)流程。如蓄冷模式中有全部蓄冷模式和部分蓄主要指制冷機(jī)選型、蓄冷槽設(shè)計(jì)、泵及換熱器等附屬設(shè)備的選擇等。對于賓館、飯店等夜間仍需要供冷的商業(yè)性建筑，往往需要配置基載冷水機(jī)組。這是由于夜間制冷機(jī)在效率低的制冰工況下效率較低。如果夜間負(fù)荷很小，可以直接由蓄冰用的低溫載冷劑供冷；如果夜間負(fù)荷能有合適的冷冰蓄冷系統(tǒng)的主機(jī)一般采用雙工況的螺桿式制冷機(jī)。制冰工況時(shí)制冷機(jī)的冷量將會有明顯的降 HC×C1+HD制冷機(jī)容量，制冷機(jī)不會在滿負(fù)荷下運(yùn)行，應(yīng)該將這nH=(HD?n)+QiR HS+R=QmaxR= QmaxHSHC×C1+HS q也降低了送風(fēng)系統(tǒng)的初投資。低溫送風(fēng)與常規(guī)送風(fēng)相比，空調(diào)水系統(tǒng)與風(fēng)系統(tǒng)的投資可減少14~根據(jù)人體熱舒適理論，只要降低相對濕度，即使提高干球溫度人體同樣會感到舒適。較低的相對濕度使人體對空調(diào)送風(fēng)有較強(qiáng)的新鮮感和舒適感。低溫送風(fēng)還大空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)大多在電力峰值時(shí)間運(yùn)行，低溫送風(fēng)系統(tǒng)減少了送風(fēng)量，因此也相應(yīng)地降低了風(fēng)機(jī)