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冰蓄冷空调系统设计

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《中国住宅设施杂志》2014年第七期

1冰蓄冷空调系统的设计

1.1空调冷负荷的确定由于冰蓄冷空调系统的设计需要对全日逐时负荷进行分析,所以应根据设计日逐时气象参数、建筑围护结构、人员、照明、内部设备及新风等采用动态计算法逐时计算,绘制全日冷负荷曲线图,求出设计空调总冷量。另外,计算逐时冷负荷也便于系统运行策略的优化和控制。

1.2冰蓄冷空调系统运行策略及系统流程的设计选择

1.2.1冰蓄冷空调系统运行策略冰蓄冷空调系统运行策略按蓄冰量占冷负荷的比例可分为全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷。(1)全负荷蓄冷:蓄冰装置承担设计周期内全部空调冷负荷,在电力低谷时段储存建筑物所需的全部冷负荷,从而避免制冷机在电力高峰时段运行。这种策略最大限度地转移了电力需求量,使得运行成本最低,但蓄冷设备的容量较大,初投资较高,一般适用于白天供冷时间较短的场合,因而应用较少。(2)部分负荷蓄冷:制冷机在夜间电力低谷时段储存一部分冷量,在白天电力高峰时段,由制冷机和蓄冰装置联合供应冷负荷的需要。这种策略与全负荷蓄冷相比,减少了蓄冰装置以及制冷机的容量,可以实现最少的初投资和最短的投资回收期,因而被广泛应用。

1.2.2冰蓄冷系统流程冰蓄冷系统按照双工况制冷机组和蓄冰装置之间的连接关系进行分类,可分为并联系统和串联系统,串联系统中按照制冷机组与蓄冰装置相对位置前后不同,又分为主机上游串联系统和主机下游串联系统,如图1~3所示。图1中,蓄冰装置与制冷机并联连接,二者均处在高温(进口温度8~11℃)端,入口溶液温度相同,能均衡发挥制冷机组和蓄冰装置的效率。在并联方式下,制冷机组与蓄冰装置分别处于相对独立的环路中,操作控制简单灵活,但不适用于温差大于6℃的系统。图2中,双工况主机位于蓄冰装置的上游,在溶液循环回路中,回液先经双工况主机冷却后,再经蓄冰装置释冷冷却至空调负荷要求的供冷温度。制冷机处于高温端,其运行效率较高,能耗较低,而蓄冰装置处于低温端,融冰效率低。图3中,双工况主机位于蓄冰装置的下游,即回液先经过蓄冰装置释冷冷却后,再经制冷机组冷却至空调负荷要求的供冷温度。制冷机处于低温端,制冷效率低,但蓄冰装置处于高温端,融冰效率高。并联系统与串联系统相比较,串联系统有以下优点。(1)串联系统流程简单,布置紧凑。(2)串联系统输出温度较为稳定,易实现系统的稳定运行。(3)串联系统可提供较大温差(≥7℃)供冷,蓄冰系统出水温度低,更适合用于低温送风系统。(4)自控系统比较容易实现,维护管理简单。综合以上比较,我们通常采用的冰蓄冷模式为部分负荷蓄冰、制冷机位于上游的串联系统,但在实际工程中,需要根据具体条件具体分析,结合建筑物的特性、电费结构、系统的初投资、运行费用及运行的安全性等进行综合考虑,合理设计选择。

1.3制冷机和蓄冰装置容量的计算选择

1.3.1制冷机的选择制冷机的选择由制冷机类型和容量所确定。由于冰蓄冷空调系统的制冷机在蓄冰时的工作温度一般为-9~-3℃,根据蓄冰时的最低温度、制冷机双工况时的性能系数(COP)和制冷机的容量范围确定制冷机类型。根据冰蓄冷空调系统的运行控制策略和系统冷负荷量确定制冷机容量。在选择制冷机容量时,宜在计算所得出的制冷机标定制冷量的基础上附加5%~10%的富裕量。

1.3.2蓄冰装置容量的计算根据下面计算式计算蓄冰装置的容量。

2冰蓄冷空调系统的运行优化控制

2.1冷机优先运行制冷机组与蓄冰装置优先运行的次序,直接影响着蓄冷系统的初投资和运行费用。冷机优先运行是指白天的空调冷负荷首先由制冷机组提供,但制冷机组的供冷能力是有限的,当空调系统的运行负荷超出制冷机的供冷能力时,负荷不足的部分由蓄冰设备进行融冰供冷。冷机优先运行控制策略控制简单,主要适用于城市电网负荷比较稳定的地区,并且在白天和黑夜之间不存在电价差异的情况,通过进一步降低冰蓄冷空调系统的尖峰负荷值,以达到节省系统投资费用的目的。

2.2蓄冰优先运行蓄冰优先运行是指白天的空调冷负荷尽量由蓄冰设备进行融冰提供,当融冰供冷不能满足空调系统的运行负荷时,才启动制冷机组进行供冷。与冷机优先的运行控制相比,控制较为复杂,一方面,很难时刻把制冷机组的供冷量和蓄冰槽所缺的冷量调整到正好相匹配的程度;另一方面,如果不能解决好释冷量在时间上的分配问题,可能会造成在某些时间段总的供冷能力不足。所以,这就要求设备管理人员应根据空调的常规负荷分布图,准确预测出当日冷水机组的最小供冷量分布时段,以合理控制蓄冷设备的储存和释放冷量。总体上讲,蓄冰优先运行的控制策略最大限度的减少了制冷机组的运行时间,充分利用了蓄冷设备的性能和夜间低谷时段的电力,节省了运行费用。

2.3冰蓄冷系统与低温送风或大温差送水相结合大多数建筑中冰蓄冷空调系统的常规送风温度为12℃,可以根据实际需要将这一温度调整为5~10℃,由于建筑内房间冷负荷确定了房间送风温差与送风量的乘积,送风温度的降低,有效地减少了相同负荷下的送风量,进而降低了空调系统的运行费用和能量消耗。根据流体力学进行分析,空调系统中送风温度的降低,送风管道尺寸会随着相应减小,有利于降低空调系统的投资。大温差送水,节约了空调系统循环水量,同时可以减小水管管径,相应减少了水泵扬程及耗电量,从而降低了空调水系统的初投资和运行费用。所以,将冰蓄冷系统与低温送风和大温差送水相结合,更能体现冰蓄冷空调系统的优越性,达到节能和经济的目的。

3结语

冰蓄冷空调系统初期投资通常比常规空调系统高,但其具有运行费用低的特点。这就要求我们设计人员根据建筑物的特性,正确掌握建筑物空调逐时负荷的变化情况,确定合理的蓄冷设备及其系统配置,制定好系统的运行优化控制策略,进一步降低能耗,使业主在短期内通过节省电费的形式将多出的投资收回,最大限度的发挥出冰蓄冷空调系统的优越性。在当今能源紧缺和用电需求量不断增加的情况下,冰蓄冷空调系统能够充分利用电力资源,具有明显的节能经济效益,是一种很有发展前景的空调系统。

作者:韩伟单位:中国建筑标准设计研究院有限公司北京建筑设计分院

中国住宅设施杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次