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冰蓄冷空调系统原理及应用

1、冰蓄冷空调系统原理及主要特点      

        冰蓄冷空调技术就是在夜间低电价时段(同时也是空调负荷很低的时间)采用电制冷机组制冷,将水在专门的蓄冰槽内冻结成冰以蓄存冷量;在白天的高电价时段(同时也是空调负荷高峰时间)停开制冷机组,直接将蓄冰槽内的冷能释放出来,满足空调用冷的需要。因为制冰、融冰转换损失的能量很小,而夜间制冷因气温较低可使效率更高,完全可以弥补蓄冰的冷能损失。  

   冰蓄冷空调系统具有以下主要特点:

  (1)利用低谷段电力,具有平衡峰谷用电负荷,缓解电力供应紧张;  

  (2)冰水主机的容量减少,节省增容费用;

  (3)总用电设施容量减少,可减少基本电费支出;

  (4)利用低谷段电价的优惠可减少运行电费;

  (5)冰水温可低至1~4℃,减少空调设备风管的费用;

  (6)冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔容量减少;

  (7)电力高压侧及低压侧设备容量减少;

  (8)室内相对湿度低,冷却速度快,舒适性好;

   (9)制冷设备经常在设计工作点上平衡运行,效率高,机器损耗小;

   (10)充分利用24h有效时间,减少了能量的间歇耗损;

  (11)充分利用夜间气温变化,提高机组产冷量;

  (12)投资费用与常规空调相当,经济效益佳。  冰蓄冷空调技术在我国的应用将成为不可逆转的趋势。当然它也有一些缺点,如增加蓄冷池、水泵的输送能耗及增加蓄冷池等设备的冷量损失等。

2.系统的组成及制冰方式分类

     2.1系统组成       冰蓄冷空调系统一般由制冷机组、蓄冷设备(或蓄水池)、辅助设备及设备之间的连接、调节控制装置等组成。冰蓄冷空调系统设计种类多种多样,无论采用哪种形式,其最终的目的是为建筑物提供一个舒适的环境。另外,系统还应达到能源最佳使用效率,节省运转电费,为用户提供一个安全可靠的冰蓄冷空调系统。

    2.2制冰方式分类       根据制冰方式的不同,冰蓄冷可以分为静态制冰、动态制冰两大类。此外还有一些特殊的制冰结冰,冰本身始终处于相对静止状态,这一类制冰方式包括冰盘管式、封装式等多种具体形式。动态制冰方式在制冰过程中有冰晶、冰浆生成,且处于运动状态。每一种制冰具体形式都有其自身的特点和适用的场合。    

3.运行策略与自动控制

     3.1运行策略       与常规空调系统不同,蓄冷系统可以通过制冷机组或蓄冷设备或两者同时为建筑物供冷,用以确定在某一给定时刻,多少负荷是由制冷机组提供,多少负荷是由蓄冷设备供给的方法,即为系统的运行策略。蓄冷系统在设计过程中必须制定一个合适的运行策略,确定具体的控制策略,并详细给出系统中的设备是应作调节还是周期性开停。对于部分蓄冷系统的运转策略主要是解决每时段制冷设备之间的供冷负荷分配问题,以下为蓄冷系统通常选择的几种运行策略。

    3.1.1制冷机组优先式       蓄冷系统采用制冷机组优先式运行策略是指制冷机组首先直接供冷,超过制冷机组供冷能力的负荷由蓄冷设备释冷提供。这种策略通常用于单位蓄冷量所需费用高于单位制冷机组产冷量所需费用,通过降低空调尖峰负荷值,可以大幅度节省系统的投资费用。

    3.1.2蓄冷设备优先式   蓄冷设备优先式运行策略是指蓄冷设备优先释冷,超过释冷能力的负荷由制冷机组负责供冷。这种方式通常用于单位蓄冷量所需的费用低于单位制冷机组产冷量所需的费用。蓄冷设备优先式在控制上要比制冷机组优先式相对复杂些。在下一个蓄冷过程开始前,蓄冷设备应尽可能将蓄存的冷量全部释放完,即充分利用蓄冷设备的可利用蓄冷量,降低蓄冷系统的运行费用;另外应避免蓄冷设备在释冷过程的前段时间将蓄存的大部分冷量释放,而在以后尖峰负荷时,制冷机组和蓄冷设备无法满足空调负荷需要的现象,因此应合理地控制蓄冷设备的剩余冷量,特别是对于设计日空调尖峰负荷出现在下午时段时非常重要。一般情况,蓄冷设备优先式运行策略要求蓄冷系统应预测出当日24小时空调负荷分布图,并确定出当日制冷机组在供冷过程中最小供冷量控制分布图,以保证蓄冷设备随时有足够释冷量配合制冷机组满足空调负荷的要求。  

     3.1.3负荷控制式(限制负荷式)       负荷控制式就是在电力负荷不足的时段,对制冷机组的供冷量加以限制的一种控制方法。通常这种方法是受电力负荷限制时才采用,超过制冷机组供冷量的负荷可由蓄冷设备负责。例如城市电力负荷高峰时段(上午8∶00~11∶00),禁止制冷机组运行。  

    3.1.4均衡负荷式       均衡负荷式是指在部分蓄冷系统中,制冷机组在设计日24小时内基本上满负荷运行;在夜间满载蓄冷,白天当制冷机组产冷量大于空调冷负荷时,将满足冷负荷所剩余的冷量(用冰的形式)蓄存起来;当空调冷负荷大于制冷机组的制冷量时,不足的部分由蓄冷设备(融冰)来完成。这种方式系统的初期投资最小,制冷机组的利用率最高,但在设计日空调负荷高峰时段与当地电力负荷高峰时段是否相同时,即是否与当地电价低谷时段相重叠,如不重叠,则系统的运行费用较高。

 3.2自动控制       蓄冷系统的控制,除了保证蓄冷和供冷模式的转换以及空调供水或回水温度控制以外,主要应解决制冷机组与蓄冷设备之间供冷负荷分配问题,特别是在部分负荷时,应保证尽可能地将蓄冷设备的冷量释放完,即可采用融冰优先式运行策略,甚至可采用全蓄冷运行,即白天制冷机组停开,空调负荷全部由蓄冷设备满足。而在设计日空调负荷时,应采用制冷机组优先式运行策略,以保证逐时空调负荷要求。目前蓄冷系统的自动控制系统,大多采用以计算机技术的直接数字控制器与电子传感器及执行机构相结合的直接数字控制系统。制冷机组的蓄冷量是定量的输出,而蓄冷设备的释冷是总量的输出。如两者为串联时,控制系统较为简单,供水温度易保持恒定;而对于并联系统,供水温度控制较难,特别是在释冷融冰后期,蓄冷设备的出口温度在逐渐升高,与制冷机组出口温度相比很难保持恒定不变。为了使每天蓄冷设备冷量充分释放,保持较为恒定的供水温度,满足设计日空调负荷要求,通常利用计算机作为蓄冷系统的监控设备;并利用系统中设置的流量计、温度计反馈的信号,逐时监视蓄冷设备的内部状况;通过计算机对空调系统负荷的预测,以此制定蓄冷系统的运行策略是制冷机组优先式还是蓄冷设备优先式。  

4、运行分析   冰蓄冷空调系统进行直供和蓄冷运行的对比测试,结果如下:  

    4.1每日峰、平、谷电时段及电价   峰电:8∶00~11∶00和18∶00~23∶00,电价为0.878元/kWh;  平电:7∶00~8∶00和11∶00~18∶00,电价为0.540元/kWh;  谷电:23∶00~次日7∶00,电价为0.224元/kWh。  

    4.2效益分析    空调面积约5700m2,蓄冷系统选用2台螺杆式双工况制冷机组,单机空调工况制冷量70RT(246kW),制冰工况制冷量47RT(165kW)。蓄冷系统由一个60m3蓄冰罐,内装STL-CO型冰球,3台溶液泵,冷却水系统,自控系统组成。蓄冷冷媒为乙二醇(25%)——水溶液。   测试结果如下:

    (1)蓄冷时间、蓄冷量:蓄冷时间7小时(晚11∶00~次日晨6∶00)皆为谷电时间。蓄冷量:1702.66kWh。  (2)第一周期,即蓄冷——释冷运行方式。总耗电量1234.81kWh,电费合计420.33元,供出冷量1676.94kWh。   (3)第二周期,即直接供冷运行方式。总耗电量1159.78kWh,电费合计792.63元,供出冷量水1342.78kWh。   (4)第一周期方式与第二周期方式比较:耗电量增加75.03kWh,但电费节省372.3元/天。  

5、推广建议       目前,随着商业企业竞争的加剧,购物环境与企业效益有着密切关系。大、中型商场用中央空调来调节商场一年四季的温、湿度和补充新鲜空气,提高购物环境。中央空调系统投资费用约占整个投资的10%左右,而平时的运转费用占总能源费用的40%~60%。商场中央空调用来调节商场一年四季的温、湿度和补充新鲜空气,提高购物环境的舒适性其特点如下:

   1、商场内人员密度高(一般每天客流量峰值经常出现在上午10~11时,下午13~16时,顾客也较集中),尤其在节假日,新风处理量大,因而商场空调夏季制冷负荷大,冬季供暖负荷较小。

   2、商场内客流量的不稳定性和随机性使得商场空调负荷不稳定,要求空调系统变工况性能好,调节灵敏。

   3、商场每天营业,四季气候变化大,要求商场空调运转工况与之相适应,既要满足个别恶劣天气的高峰负荷,又要在大部分时间低负荷工况下有良好的经济性能。  

      冰蓄冷空调系统的适用场所:商场、宾馆、饭店、办公楼等冷负荷高峰和用电高峰基本相同,持续时间长的场所。冰蓄冷空调有良好的节能环保效益,其技术运用了几十年,已经相当成熟、可靠

 

          备注:

                     1、以上解决方案仅供参考,具体方案需要根据客户要求和实际情况来配置

                     2、想了解更多的冰蓄冷工程项目解决方案,请点击水、冰蓄冷工程项目施工与设计!

 

 

 
 
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