冰蓄冷空調技術基礎知識詳解secret

1、冰蓄冷空調技術基礎知識詳解secret冰儲冷空調技術介紹1.冰儲冷空調原理及意義隨著國民經濟的發(fā)展，我國各行業(yè)對電力的需求越來越大，在國 家投入大量資源進行大規(guī)模電力設施建設的同時，由于各行 業(yè)用電時段的不均衡，導致電網的峰谷差也越拉越大。這一方面導致對電力需求的畸形增長，浪費國家大量財 力，同時對電力設施正常運行帶來危害及隱患；另一方面也 造成能源的大量浪費，加劇環(huán)境污染。占峰電時段用電比例很大的空調用電，用電與電網峰電 時段相重疊，而在谷電時段基本不運行，是拉大電網峰谷差 的主要元兇。在空調制冷工程上采用冰儲冷技術，讓制冷設備在夜間 用電低谷時段運行，將冷量利用冰的形式儲存起來，供白天 峰

2、電時段空調使用，就能起到移峰填谷的作用，有力地降低 電網峰谷差。因此，推廣應用冰儲冷技術具有重大的社會和經濟意義。為了引導電力需求側避峰用電，起到降低電網峰谷差的 目的，電力部門也相應地在全國范圍內推由了峰谷電價。以山東省濟南市為例，峰谷電價如下奧市峰谷電價明細表 單位元/KWh 時 段 電價 峰電 800-1100 1800-2300 1.0210 元/度 平電 700-800 1100-1800 0.6381 元/度 谷電 2300-700 0.2552元/度 這就為冰儲冷技術的應用開辟了廣闊的市場空間。2 .國內冰儲冷事業(yè)的回顧及展望在20世紀90年代早期，冰儲冷技術在國內暖通空調界曾經

3、引起極大的關注，掀 起了一陣技術研究及市場推廣的熱潮。但由于當時國內缺乏成熟的專業(yè)工程公司進行系統(tǒng)集 成，致使冰儲冷技術的實際應用面臨重重阻力，無法實現(xiàn)大 面積市場化，無法使冰儲冷技術在空調領域占據應有的地 位。市場需要有志于冰儲冷技術推廣應用的專業(yè)團隊不斷地積累經驗，在夾縫中尋求突圍。經過這些年的努力和堅持，以杭州華電華源環(huán)境工程有 限公司為首的一批專業(yè)工程公司茁壯成長起來，技術實力不 斷增強，工程業(yè)績不斷增多，市場聲譽不斷提高。隨著冰儲冷空調在市場上的重新崛起，國內的許多專業(yè) 人士和業(yè)主也重新對冰儲冷技術投入了極大的熱心和激情。冰儲冷空調技術的春天已經來臨。與冰儲冷技術相結合的大溫差、低溫

4、送風等前沿技術也 得到了研究和推廣。3 .冰儲冷系統(tǒng)介紹 由于冰儲冷技術在國內推廣應用時 間比較短，有很多暖通的專業(yè)人員對這一技術還很陌生，在 此筆者就冰儲冷空調作一簡要介紹。重點側重于冰儲冷空調不同于常規(guī)空調的注意事項。3.1 冰儲冷空調的負荷計算無論是常規(guī)還是儲冰空調, 設計的基礎工作是對建筑物進行逐時冷負荷的計算。設計人員在進行常規(guī)空調設計時，普遍是根據工程的建 筑面積及使用功能，對工程的尖峰負荷按照單位面積負荷進 行估算。而儲冰空調必須計算由建筑物設計日逐時冷負荷，并畫 由冷負荷曲線圖，根據建筑物的實際情況來確定最合理經濟 的儲冰量和制冷主機容量。計算設計日逐時冷負荷，應根據建筑物各部

5、分的使用功 能、當?shù)氐牡乩砦恢眉皻庀髷?shù)據、建筑物維護結構特點、人 流、新風量等諸多因素進行綜合分析，用時段平均法或傳遞 函數(shù)法詳細計算。但上述計算方法工作量大且復雜，通常在方案設計時， 先采用由大量工程實踐分析、比較、歸納得生的民用建筑空 調冷負荷估算指標進行估算，項目正式成立后再利用負荷計 算軟件作詳細的逐時負荷計算。3.1.1 民用建筑空調冷熱負荷估算指標表1部分民用建筑空調負荷估算指標序號 建筑類型和房間名稱冷負荷（W/m2） 熱負荷 （W/M） 1賓館、飯店 客房（標準層） 酒吧、咖啡室 西餐廳 中餐廳、宴會廳 商店、小賣部 中庭、 接待 小會議室（允許少量吸煙）大會議室（不允許吸煙）

6、理發(fā)、美容 健身房、保齡球 彈子房 室內游泳池 舞廳（交誼舞）舞廳（迪斯科）辦公室 80110 100180 160200180350 100160 90120 200300 180280 120180 100200 90120 200350 200250 250350 90120 6070 2辦公樓（全部）超高層辦公樓 90115 1051456080 7085 3百貨大樓、商場 底層 二樓或以上 250 300 200250 6080 4超級市場 150200 6080 5醫(yī)院 高級病房一般手術室潔凈手術室X光、CT、B超診斷室 80110 100150 300 450 120150 65

7、 80 6 影院、劇院 舞臺（劇院） 觀眾廳 休息廳（允許吸煙） 化妝室250 350 180350 300350 90120 8090 7體育館 比賽館 觀眾休息廳（允許吸煙）貴賓室120300 300350 100120 120150 8展覽廳、陳列室 130200 90120 9會堂、 報告廳150200 120150 10圖書館（閱覽）75100 5075 11公寓、住宅 8090 4570 3.1.2建筑物冷負荷瞬時系 數(shù)為了使設計者較快、方便、準確地計算設計日逐時冷負 荷，通過大量科學統(tǒng)計，提生了建筑物冷負荷瞬時系數(shù)。表2建筑物冷負荷瞬時系數(shù) 功能 時間 寫字樓 賓館 商場 餐廳

8、咖啡廳 夜總會 保齡球 100 0.16 200 0.16 300 0.25 400 0.25 500 0.25 600 0.50 700 0.31 0.59 800 0.43 0.670.40 0.34 0.32 900 0.70 0.67 0.50 0.40 0.37 1000 0.89 0.75 0.760.54 0.48 0.30 1100 0.91 0.84 0.80 0.72 0.70 0.38 1200 0.86 0.90 0.88 0.91 0.86 0.40 0.48 1300 0.86 1.00 0.94 1.00 0.970.40 0.62 1400 0.89 1.00

9、0.96 0.98 1.00 0.40 0.76 1500 1.000.92 1.000.861.00 0.41 0.801600 1.000.840.960.720.960.47 0.8417000.90 0.84 0.850.62 0.870.600.8418000.570.74 0.800.610.81 0.76 0.861900 0.310.740.640.650.750.89 0.9320000.22 0.50 0.500.69 0.651.001.0021000.180.50 0.40 0.61 0.48 0.92 0.98 2200 0.18 0.33 0.87 0.85 230

10、00.16 0.78 0.48 2400 0.16 0.71 0.30 將不同功能建筑面積乘以表1中民用建筑冷負荷估算指標，再乘以表 2中建筑物冷負 荷瞬時系數(shù)，即為該功能建筑體該時段所須冷負荷。把同一時段不同功能建筑體冷負荷相加，即可獲得建筑 物設計日逐時冷負荷，以此畫由逐時冷負荷曲線圖。在確定儲冰模式之后，即可據此確定冰儲冷空調儲冰量、 制冷主機、水泵（乙二醇泵除外）、冷卻塔等機房所有空調設備規(guī)格、參數(shù)。3.2 儲冰模式及系統(tǒng)設備配置在確定儲冰模式之后，即可根據建筑物的逐時負荷圖確定冰儲冷空調儲冰量、制冷主 機、水泵、冷卻塔等機房所有空調設備規(guī)格、參數(shù)。儲冰模式主要有全量儲冰和分量儲冰。3

11、.2.1 全量儲冰 在谷電時段將建筑物所須冷量以冰的形 式全部制備好，以供建筑物峰電（平電）時段使用。制冷主機只在谷電時段運行，系統(tǒng)運行費用最省。但該方案配置的儲冰裝置和制冷主機容量最大，導致初投資也大大增加。圖1全量儲冰模式空調負荷 全量儲冰模式系統(tǒng)設備配 置方法 CP (THQ)/ (IHCCR)(3-1) QICPIHCCR (3-2)式中CP制冷主機制冷量，RT; TH根據建筑物逐時負荷圖 計算生的全天負荷， RTh; Q儲冰設備熱損失，RTh; IH 制冷機儲冰時間，h; CCR制冷主機制冷量變化系數(shù)，即制 冷主機制冰工況制冷量與空調額定工況制冷量之比。由于主機制冰時蒸發(fā)溫度降低，導

12、致主機COP值下降。三級壓縮離心式冷水機組、螺桿式冷水機組取0.7,往復式冷水機組取0.65; QI儲冰設備總儲冰量， RTho3.2.2 分量儲冰在谷電時段將建筑物所須冷量以冰的形 式部分制備好(一般為全天 負荷的3050),建筑物峰電(平 電)時段由制冷主機與儲冰設備聯(lián)合供冷。在實際運行中，設計日負荷按分量儲冰設計，在過渡季 節(jié)或部分樓層不使用時逐漸轉為全量儲冰模式運行。在節(jié)約初投資與節(jié)約運行費用之間找到最佳平衡點。分量儲冰模式分為主機優(yōu)先分量儲冰模式、融冰優(yōu)先分 量儲冰模式。3.2.2.1 主機優(yōu)先分量儲冰模式建筑物峰電(平電)時段所須空調負荷，優(yōu)先由主機提供，不足部分再由儲冰設備 提供

13、。采用主機優(yōu)先模式，系統(tǒng)所須制冷主機及儲冰設備容量最小，相應初投資也最省。同時主機滿負荷運行，效率高。圖2主機優(yōu)先分量儲冰模式空調負荷主機優(yōu)先分量儲冰模式系統(tǒng)設備配置方法CP (THQ ) / (OHIHCCR ) (3-3)QICPIHCCR (3-4) 式中 CP制冷主機制冷量， RT; TH 根據建筑物逐時負荷圖計算由的全天負荷，RTh; Q儲冰設備熱損失，RTh; IH制冷機儲冰時間，h; CCR制冷主機 制冷量變化系數(shù)，即制冷主機制冰工況制冷量與空調額定工 況制冷量之比。由于主機制冰時蒸發(fā)溫度降低，導致主機COP值下降。三級壓縮離心式冷水機組、螺桿式冷水機組取 0.7,往復 式冷水機

14、組取 0.65; QI儲冰設備總儲冰量， RTh; OH制 冷主機直接供冷時間，ho公式修正說明根據該計算方法得由的制冷主機制冷量 (CP)需與建筑物逐時負荷進行核對。該計算方法的前提是制冷主機供冷時都是滿負荷運行 的，若由現(xiàn)莫些主機供冷時段空調負荷小于主機額定制冷 量，必然由現(xiàn)實際供冷量小于全天負荷。此時就必須對制冷主機制冷量及系統(tǒng)儲冰量進行修正。例如有三個小時建筑物冷負荷 Q1、Q2、Q3均小于CP, 可用以下公式進行修正 OH (OH-3) (Q1Q2Q3) /CP (3-5)CP(THQ)/(OK IHCCR) (3-6) QICPIHCCR (3-7) 3.2.2.2融冰優(yōu)先分量儲冰

15、模式建筑物峰電(平電)時段所須空調負荷，優(yōu)先由儲冰設備提供，不足部分再由制冷主機提供。采用融冰優(yōu)先模式，系統(tǒng)所須制冷主機及儲冰設備容量相對增大，相應初投資也增大。主機長期運行在部分負荷下，制冷效率相應降低，也不 利于主機的正常維護。融冰優(yōu)先分量儲冰模式系統(tǒng)設備配置方法CP (TMOH )/(OHIHCCR)(3-8) QICPIHCCR (3-9) 式中 CP 制冷主機制冷量，RT; TH根據建筑物逐時負荷圖計算由的全 天負荷，RTh; Q儲冰設備熱損失，RTh;舊制冷機儲冰 時間，h; CCR制冷主機制冷量變化系數(shù)，即制冷主機制冰 工況制冷量與空調額定工況制冷量之比。由于主機制冰時蒸發(fā)溫度降

16、低，導致主機COP值下降。三級壓縮離心式冷水機組、螺桿式冷水機組取0.7,往復式冷水機組取 0.65; QI儲冰設備總儲冰量，RTh; OH制冷主機直接供冷時間，h; TM設計日建筑物空調尖峰負荷， RTO小結采用全量儲冰模式或融冰優(yōu)先分量儲冰模式進行 系統(tǒng)設備配置，將大大節(jié)約設計日的空調運行費用；而在過 渡季節(jié)，主機優(yōu)先分量儲冰模式具有同樣的經濟運行性能。由于建筑物在大部分時間 (85以上)均運行在過渡季節(jié), 為了節(jié)約剩余15設計日的運行費用，而按照全量儲冰模式或融冰優(yōu)先分量儲冰模式進行系統(tǒng)設備配置，大幅度增加初 投資就顯得很不經濟。在通常情況下，系統(tǒng)按主機優(yōu)先分量儲冰模式設計。實際運行過程

17、中，由于多數(shù)時間內建筑物冷負荷都小于 設計日冷負荷，因此，可根據建筑物實際所需冷負荷，逐步 向融冰優(yōu)先分量儲冰模式、全量儲冰模式轉化。3.3 冰儲冷系統(tǒng)流程介紹 有了建筑物空調逐時負荷圖， 再確定了系統(tǒng)儲冰模式，就能利用上文提到的計算公式對整 個空調系統(tǒng)（除乙二醇泵外）進行設備配置了。而要確定乙二醇泵的參數(shù)，還需確定系統(tǒng)流程。根據制冷主機與儲冰裝置相互關系分串聯(lián)流程、并聯(lián)流 程。3.3.1 串聯(lián)流程 圖4主機上游串聯(lián)流程 主機上游串聯(lián)流 程各運行方式設備開啟情況表運行方式制冷主機乙二醇泵 三通閥1三通閥2制冰 開 開c-b a-c融冰供冷 關 開c-a調節(jié) 制冷機單供冷 開開c-a a-b制冷

18、機與融 冰同時供冷 開 開c-a調節(jié)3.3.2并聯(lián)流程 圖5并聯(lián)流程 并聯(lián)流程各運行方式設備開啟情況表運行方式制冷主機初級乙二醇泵次級乙二醇泵電動調節(jié)閥 V1三通閥制 冰開開關全開關融冰供冷關關開調節(jié)調節(jié)制 冷機單供冷 開開開關c-a制冷機與融冰同時供冷開開開調節(jié)調節(jié)4.冰儲冷系統(tǒng)配置及經濟分析實例確定 建筑物空調逐時負荷圖、系統(tǒng)儲冰模式、冰儲冷系統(tǒng)流程， 就能對整個空調系統(tǒng)所有設備進行配置了?，F(xiàn)以莫建筑物為例，舉例如下，以方便讀者理解。4.1.確定建筑物空調逐時負荷圖工程概況莫大廈建筑面積 55000m2。其中辦公樓 28000m2 ( 90W/m2 ), 商場 20000m2 (200W/

19、m2),停車場7000m2 (不考慮空調)。夏季空調尖峰冷負荷為 560萬大卡。冬季空調尖峰熱負荷為 3840KW o計算過程先估算由商場的尖峰負荷，再根據表2提供的瞬時系數(shù)，求得商場每小時的空調負荷；對辦公樓也作同樣 處理；再將商場和辦公樓的同一時段負荷相加，得由本工程 的逐時負荷圖。圖6典型設計日逐時冷負荷圖4.2系統(tǒng)儲冰模式 大樓的冰儲冷方案選定為主機優(yōu)先分量儲冰模式4.3系統(tǒng)儲冰流程 大樓選用主機優(yōu)先串聯(lián)流程4.4儲冰空調系統(tǒng)設備配置4.4.1 計算過程根據建筑物逐時負荷圖計算由的全天負荷 TH17200RTh ;制冷主機直接供冷時間OH10h ; 根據峰谷電價表，制冷機儲冰時間IH8

20、h ;系統(tǒng)采用雙工況螺桿主機制冰 CCR0.7; 制冷主機制冷量 CP (THQ) / (OHIHCCR ) 550RT;(由于制冷主機供冷時都是滿負荷運行的,所以CP值無需修正） 儲冰設備總儲冰量 QICPIHCCR6160RTh。4.4.2 系統(tǒng)設備配置 選用2臺制冷量165萬大卡（550RT） 雙工況螺桿冷水機組用于供冷與制冰， 制冰時間2300700, 儲冰量6200RTH o該方案的設備配置及技術參數(shù)詳見下表。表4冰儲冷空調系統(tǒng)設備詳細技術規(guī)格表序號型號及規(guī)格數(shù)量單位原產地備注1雙工況螺桿冷水機組2臺中國外資制冷量165萬大卡輸入功率331 kW 2儲 冰設備1套中國華源儲冰盤管 6

21、200 RTh儲冰槽體積 465 m3儲冰槽面積（凈高 4米）120 m2 3冷凍水泵 KQL300/525-90/6 2臺上海凱泉流量600 m3/h揚程 38 m 轉 速 980 r.p.m 功 率 90 kW 4 冷 卻水泵 KQL250/300-55/4 2臺上海凱泉流量500 m3/h揚程 28 m 轉速 1480 r.p.m 功率 55 kW 5 乙二醇泵 KQL200/285-37/4 3臺上海凱泉流量346 m3/h揚程 24 m 轉速 1480 r.p.m 功 率 37 kW 6 冷卻塔 BLSS-500 2 臺上海 良機流量500 m3/h進由水溫度 37 C/32 c 功

22、 率22 kW 7 板式換熱器 3臺 瑞典 進口 換熱量 2200 kW 進由溫度 乙二醇側（3C10.5C）水側（12.5C7C） 壓 力降 乙二醇側（0.1Mpa）水側（0.08Mpa） 8乙二醇 20噸 進口 9設備動力柜 4臺 華源 國產10 TP 27觸屏1臺 西門子 德國11可編程控制器 PLC 1套 西門子 德國12自動控制系統(tǒng)柜 1臺華源4.5儲冰空調運行策略及經濟 分析 圖7本工程設計日儲冰空調逐時運行圖4.5.1運行策略本大樓設計日冰儲冷空調運行方式如圖2所示，具體能實現(xiàn)以下4種工作模式運行1.主機單制冰模式（2300700）這期間為電力低谷時期，主機全力制冰，至 700時

23、儲冰量達到 6200RTh,制得的冷量儲存在儲冰裝置中。2 .主機單制冷模式 在夏天冷負荷高峰期間，當系統(tǒng)需保 存儲冰量時，大樓的冷負荷由制冷主機提供。3 .融冰單供冷模式 當日負荷較小或大樓需全部溶冰時， 大樓的冷負荷由融冰提供，不需開啟主機。4 .主機與融冰聯(lián)合供冷模式 在酷熱夏天冷負荷高峰期 間（ 900-1800時段），制冷主機在空調制冷工況下全功率運 行，滿足部分冷負荷的需要，其它的負荷由融冰滿足。在天氣發(fā)生變化，當日負荷較小時，系統(tǒng)將依據實際的冷 負荷需求，通過控制系統(tǒng)調節(jié)運行模式，自動調整每一時段內儲冰裝置融冰供冷及主機供冷的相對應比例，以實現(xiàn)分量儲 冰模式逐步向全量儲冰模式的運

24、行轉化，按照儲冰裝置優(yōu)先 供冷的原則，最大限度地控制主機在電力高峰期間的運行， 節(jié)省運行費用。5 .5.2空調方案經濟分析 4.5.2.1機房初投資比較 表5冰 儲冷空調設備投資表單位萬元序號名稱型號規(guī)格數(shù)量單位單價總價1雙工況螺桿冷水機組165萬大卡2臺110 220 2儲冰設備 儲冰盤管 6200 RTH 0.035 217 3冷凍 水泵 Q600m3/h H38m 2 臺 3.9 7.8 4 冷卻水泵 Q500m3/h H28m 2 臺 1.6 3.2 5 乙二醇泵 Q346m3/h H24m 2 臺 1.2 2.4 6方型橫流式冷卻塔 500m3/h 2臺17.5 35 7落地式膨 脹

25、水箱（定壓罐）1臺3.0 3.0 8電子水處理儀 DN450 2臺 3.0 6.0 9板式換熱器 2200KW 3 臺15 45 10乙二醇 20噸 0.6 12 11設備啟動柜 西門子器件 4臺2.4 9.6 12自動控 制系統(tǒng) 西門子PLC 1臺15 15 13汽水板式換熱器 1920KW 2臺8.0 16合計592表6常規(guī)電制冷空調設備 投資表單位萬元序號名稱型號規(guī)格數(shù)量單位單價 總價1單工況螺桿冷水機組150萬大卡4臺97.5 390 2冷凍水泵 Q600m3/h H38m 2臺 3.9 7.8 3 冷 卻水泵 Q500m3/h H28m 4 臺1.6 6.4 4方型橫流式冷卻塔 50

26、0m3/h 4臺17.5 70 5落地式膨脹水箱（定壓罐）1臺3.0 3.0 6電 子水處理儀 DN450 4臺3.0 12.0 7設備啟動柜 西門子器 件4臺2.4 9.6 8自動控制系統(tǒng) 西門子PLC 1臺15 15 9 汽水板式換熱器 1920KW 2臺8.0 16合計529.8表7蒸汽 澳化鋰空調設備投資表單位萬元序號名稱型號規(guī)格數(shù)量單位單價總價1蒸汽雙效澳化鋰150萬大卡4臺90 360 2 冷凍水泵 Q600m3/h H38m 2 臺 3.9 7.8 3 冷卻水 泵 Q600m3/h H28m 4臺 3.8 15.2 4方型橫流式冷卻塔 600m3/h 4臺21 84 5落地式膨脹水箱（定壓罐）1臺3.03.0 6電子水處理儀 DN500 4臺4.0 16 7設備啟動柜 西門子器件4臺2.4 9.6 8自動控制系統(tǒng)西門子PLC 1臺1515 9汽水板式換熱器 1920KW 2臺 8.0 16合計 526.6 4.5.2空調系統(tǒng)運行費用比較 一