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

9蓄冷空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)計方法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)負荷大、晚上空調(diào)負荷小的場合，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)移了制冷機組的用電時間，起到了轉(zhuǎn)移電力高峰負荷的作用，蓄冷空調(diào)技術(shù)成為移峰填谷的一種重要手段。應用蓄冷空調(diào)技術(shù)是否經(jīng)濟取決于9.1.2蓄冷設(shè)計模式與控制策略置和制冷機二者供冷的份額作出合理安排，即對設(shè)計模式加以選擇。蓄冷模式的確立應以設(shè)計循環(huán)周期（即設(shè)計日或周等）內(nèi)建筑物的負荷特性及冷量需求為基礎(chǔ)，同時還應綜合考慮電費結(jié)構(gòu)及其全負荷蓄冷即將建筑物典型設(shè)計日（或周）白天用電高峰時段的冷負荷全部轉(zhuǎn)移到電力低谷時量，制冷機在該運行時段內(nèi)的平均制冷量約為590k大容量的制冷機和蓄冷裝置，雖然節(jié)省了運行電費，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)在運行中的負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)滿足負荷要求，應盡可能保持制冷機長時間處在滿負荷、高效率、低能耗的條件下運行。控制策略應按蓄冷模式分別考慮，不同的控制策略下的運行效果、效益將會各有不同。此外，蓄冷系統(tǒng)中按制冷機和蓄冷裝置所處位置有并聯(lián)流程和串聯(lián)流程之分，后者又有制冷機置于上游或下游兩種部分負荷蓄冷涉及制冷機蓄冷，制冷機供冷、蓄冷裝置供冷或制冷機和蓄冷裝置同時供冷等多制冷機，以補充不足部分供冷量。這種控制策略利于節(jié)省電費，但能耗較高，在控制程序上比制冷機優(yōu)先復雜。它需要在預測用戶冷負荷的基礎(chǔ)上，計算分配蓄冷裝置的釋冷量及制冷機的直接供冷9.1.3蓄冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展與應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計價的政策，促進了蓄冷技術(shù)在空調(diào)工程中的應用，對電力負荷的移峰填谷做出了很大9.2.1水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的特點可以在不增加制冷機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，使運行可靠。該系統(tǒng)在空調(diào)水蓄冷系統(tǒng)中應用關(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、有機物及菌藻類繁殖的現(xiàn)象。間接式系統(tǒng)同樣可以實現(xiàn)間接式系統(tǒng)可根據(jù)用戶的要求，選用相應的設(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，蓄冷槽實際釋放的冷量小于理論可用蓄冷量，若設(shè)計合理，迷宮型蓄冷槽是指采用隔板將大蓄冷槽分隔成多個單元格，水和溫水儲存在不同的蓄冷槽中，并且要保證其中一個貯槽是空的。在蓄冷時，其中一個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，除其中的一個貯槽為空槽外，其他貯槽均為冷在蓄冷槽內(nèi)部安裝一個可以活動的柔性隔膜或一個可移動的剛性隔板，將蓄冷槽分隔成分別儲下部。這種形式的缺點在于：隔膜本身的導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)計蓄冷槽的實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)計日內(nèi)逐時空調(diào)負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)計日非電力谷段的總冷負荷全部由蓄冷裝置供應；部分蓄冷在確定水蓄冷槽體積之前，需要計算出設(shè)計日內(nèi)的逐時空調(diào)負荷，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，在實際中應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)計時要考慮的主要因素。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。還應綜合考慮水蓄冷槽兼作消防水池功能的用途。蓄冷槽應布置在冷水機組附近，靠近制冷機及冷穩(wěn)流器的作用就是使水以重力流的方式平穩(wěn)地導入槽內(nèi)(或由槽內(nèi)引出)，減少水流進入蓄冷槽溫層不太穩(wěn)定，因此要求通過穩(wěn)流器進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則數(shù)，F(xiàn)r= Lgh3(ρi?ρa)ρa的進口高度。穩(wěn)流器的進口高度定義為：當水以重力流從下部穩(wěn)流器的孔眼流出時，其孔眼與蓄冷 Lν在設(shè)計中，已知蓄冷所需的循環(huán)水量時，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，自分配管進入盤間的水通過兩盤之間的間隙，呈水平徑向輻射狀進入水槽。由蓄冷時蓄冰池的容積比蓄冷水池的容積小得多，通常冰蓄冷時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，制冷劑進入盤管吸熱蒸發(fā)，使管壁上結(jié)冰，當冰層達到規(guī)定厚度時結(jié)束蓄冰，蓄冰結(jié)束時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到相當?shù)暮穸葧r(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)流程在負荷高峰期，需要實現(xiàn)融冰和制冷機聯(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)開省制冷機運行費用，在實際應用中傾向于采用制冷機位于上游的形式，除非制冷機位于下游時蓄冰槽容量的減少具有更大意義時，如：蓄冰槽投資過大，或受設(shè)備布置場地限制時，才考慮采用制冷9.3.3冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計地滿足負荷需求，這就涉及到運行策略問題。全部蓄冷運行的系統(tǒng)不存在這個問題；對于部分蓄冷運行的系統(tǒng)，存在制冷機優(yōu)先策略和釋冷優(yōu)先策略這兩種運行策略。制冷機優(yōu)先策略以制冷機供冷為主，當負荷超過制冷機的供冷能力時，由蓄冰槽承擔不足的部分。制冷機優(yōu)先策略在運行中較容得最大的經(jīng)濟效益，故在實際中應用較多。釋冷優(yōu)先策略在控制程序上制冷機優(yōu)先策略復雜，如果釋冷量不能很好地控制和合理分配，有可能會造成負荷高峰時供冷量不夠，或者蓄冷量未能充分利用。需要在預計逐時負荷的基礎(chǔ)上，計算分配蓄冷槽的釋冷量和制冷機的供冷量，以保證蓄冷量得的是典型設(shè)計日的逐時負荷，而非典型設(shè)計日的逐時負荷分布是變化的，這就要求根據(jù)負荷預測的情況優(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)合計算機控制系統(tǒng)應用，可以在滿足要考慮的因素通常包括：建筑物的使用特點、電價、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選型、蓄冷槽設(shè)計、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組。這是由于夜間制冷機在效率低的制冰工況下效率較低。如果夜間負荷很小，可以直接由蓄冰用的低溫載冷劑供冷；如果夜間負荷能有合適的冷冰蓄冷系統(tǒng)的主機一般采用雙工況的螺桿式制冷機。制冰工況時制冷機的冷量將會有明顯的降 HC×C1+HD制冷機容量，制冷機不會在滿負荷下運行，應該將這nH=(HD?n)+QiR HS+R=QmaxR= QmaxHSHC×C1+HS q也降低了送風系統(tǒng)的初投資。低溫送風與常規(guī)送風相比，空調(diào)水系統(tǒng)與風系統(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)送風有較強的新鮮感和舒適感。低溫送風還大空調(diào)系統(tǒng)的風機大多在電力峰值時間運行，低溫送風系統(tǒng)減少了送風量，因此也相應地降低了風機