空調(diào)冰蓄冷系統(tǒng)-中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計指南

前言3一.蓄冰技術(shù)介紹4二.蓄冰系統(tǒng)的組成6蓄冰設(shè)備雙工況主機(jī)載冷劑乙二醇泵低溫送風(fēng)末端678910三.蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計11定義任務(wù)計算蓄冰量選擇冰槽與主機(jī)系統(tǒng)的布置11111617四.系統(tǒng)的控制19系統(tǒng)組件工作模式控制的策略優(yōu)化控制自控系統(tǒng)的規(guī)模1921232424五.三級離心機(jī)蓄冰的優(yōu)勢25三級離心機(jī)組特點三級離心機(jī)蓄冰系統(tǒng)的特點2526六.附錄29目

錄contents目錄冰蓄冷系統(tǒng)蓄冰技術(shù)介紹冰蓄冷系統(tǒng)1.1什么是蓄冰空調(diào)蓄冰空調(diào)系統(tǒng)，即是在電力負(fù)荷很低的夜間用電低谷期，采用電制冷機(jī)制冷，將冷量以冰的形式貯存起來，在電力負(fù)荷較高的白天，把儲存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調(diào)負(fù)荷需要的空調(diào)系統(tǒng)。蓄能技術(shù)是轉(zhuǎn)移高峰電力、開發(fā)低谷用電，優(yōu)化資源配置，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的一項重要技術(shù)措施。冰（水）蓄能技術(shù)在中國20世紀(jì)90年代通過引進(jìn)和發(fā)展，作為電能應(yīng)用的一項成熟技術(shù)，已在大型商場、辦公樓、商住樓、賓館、飯店、娛樂場所、體育場館、金融大樓、醫(yī)院、學(xué)校等場所得到了廣泛的應(yīng)用，效果顯著，有著廣闊的發(fā)展前景。1.2蓄冰技術(shù)發(fā)展簡介世界上采用人工制冷的蓄冰空調(diào)大約出現(xiàn)在1930年前后。70年代世界范圍的能源危機(jī)促使蓄冰技術(shù)迅速發(fā)展，首先在美國將蓄冰技術(shù)作為電力負(fù)荷的調(diào)峰手段廣泛應(yīng)用在建筑物的空調(diào)降溫工程建設(shè)中，80年代以后逐漸普及。歐洲和日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家在80年代初期就開始對蓄冰技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，日本尤為重視普及冰蓄冷系統(tǒng)的應(yīng)用和研究。近幾年，日、韓等國正以更快的速度推廣應(yīng)用蓄冰技術(shù)。我國大陸地區(qū)在空調(diào)工程中應(yīng)用蓄冰技術(shù)起步較晚，從九十年代初，開始建造水蓄冷和冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。至今已有建成投入運行和正在施工的工程400余個，但總的看來，當(dāng)前我國在空調(diào)蓄冰技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)方面仍處于起步階段，因此蓄冰空調(diào)系統(tǒng)在國內(nèi)發(fā)展前景廣闊。1.3蓄冰空調(diào)的適用條件合適的分時電價構(gòu)成和相關(guān)優(yōu)惠政策空調(diào)負(fù)荷在用電峰谷時段有一定不均衡性場所使用時間空調(diào)負(fù)荷大,非使用期空調(diào)負(fù)荷較小的建筑作為特殊場所的冷源或應(yīng)急備用冷源作為區(qū)域供冷工程的冷源1.4蓄冰空調(diào)的適用范圍商業(yè),民用建筑空調(diào)工程大型區(qū)域供冷工程工業(yè)制冷食品加工電力發(fā)電工程(進(jìn)氣冷卻)一、蓄冰技術(shù)介紹圖1-1-1典型逐時空調(diào)負(fù)荷圖400035003000250020001500100050001

3

5

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小時負(fù)荷400035003000250020001500100050001

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小時Ice

Dischanrge溶冰供冷

Chiller

Cool制冷主機(jī)Ice

Making制冰圖1-1-2蓄冰空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷圖2蓄冰技術(shù)介紹1.5蓄冰空調(diào)的收益政府方面的益處轉(zhuǎn)移電力高峰期的用電量,平衡電網(wǎng)的峰谷差, 發(fā)電機(jī)組效率提高.減少新建電廠投資減少環(huán)境污染,有利于生態(tài)平衡充分利用有限的不可再生資源對建筑物業(yè)主潛在的好處1）節(jié)省運行費用減少在電價高峰期主機(jī)、冷卻塔及冷卻水泵的 電力消耗設(shè)備滿負(fù)荷運行比例增大,充分提高設(shè)備利用 率和效率可增大冷凍水溫差，減小冷凍水泵的能耗2）減少設(shè)備的容量可減少30%~50%的主機(jī)裝機(jī)容量和功率可減少冷卻塔裝機(jī)容量和功率減少相應(yīng)的電力設(shè)備投資,如:變壓器,配電柜等減少管路系統(tǒng)及水泵的尺寸(大溫差工況)3）減少初投資眾多設(shè)備容量的減少及對蓄冰系統(tǒng)的獎勵政策 可以幫助降低初投資減少機(jī)房有效占地面積4）增加系統(tǒng)的安全性可作為應(yīng)急冷源,停電時可利用自備電力啟動水泵融冰供冷冰蓄冷系統(tǒng)圖1-5-1冰桶現(xiàn)場布置3二、蓄冰系統(tǒng)的組成蓄冰系統(tǒng)的組成冰蓄冷系統(tǒng)2.1蓄冰設(shè)備蓄冰設(shè)備特點一般來說，用在乙二醇蓄冰系統(tǒng)中的蓄冰設(shè)備也叫靜態(tài)冰槽。靜態(tài)冰槽因為沒有運行部件而得名，是一個封閉式的容器，里面貯存的冰是用來蓄能的介質(zhì)。蓄冰設(shè)備除了有貯存冰的功能之外，實際上也是一種高效的換熱器，冰的貯存及與乙二醇的換熱都是在同一個容器內(nèi)進(jìn)行的，蓄冰設(shè)備在蓄冰及融冰的時候也充當(dāng)乙二醇與冰之間的換熱器。各個廠家生產(chǎn)的靜態(tài)冰槽的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸都不一樣，典型的蓄冰設(shè)備是由鋼、聚乙烯或聚丙烯等材料制作，結(jié)構(gòu)上看有盤管式和封裝式二大類。不同的蓄冰設(shè)備的熱工性能表現(xiàn)也不一樣，各有各的融冰曲線與制冰曲線。蓄冰槽的性能由于靜態(tài)冰槽不能像冷水機(jī)組那樣可以由控制中心來控制恒定的出水溫度，所以蓄冰設(shè)備的熱工性能更像換熱器，只是這個換熱器的其中一側(cè)為冰水混合物，其溫度一直維持在0℃。所以蓄冰設(shè)備的熱工性能主要是由以下因素決定的。蓄冰設(shè)備的材料及結(jié)構(gòu)蓄冰設(shè)備的換熱面積進(jìn)入冰槽的乙二醇的溫度乙二醇的流速對于給定的蓄冰槽要控制融冰及結(jié)冰速率，只能通過調(diào)節(jié)進(jìn)入冰槽的乙二醇的溫度及流速來進(jìn)行控制。一般來說進(jìn)入冰槽的乙二醇流量越大，溫度越高(結(jié)冰的時候是溫度越低)，融(結(jié))冰的速率越快。融冰及蓄冰的溫度融冰時冰槽的最高出口溫度定義為融冰溫度，蓄冰結(jié)束時進(jìn)入冰槽的溫度定義為蓄冰溫度。影響融冰溫度的因素冰槽的結(jié)構(gòu)、材料冰槽換熱面積冰槽內(nèi)的剩余的冰量融冰的速率對與給定的冰槽，其結(jié)構(gòu)材料換熱面積已經(jīng)固定，它的融冰溫度主要由冰槽內(nèi)貯存的冰量與融冰的速率決定。如要控制冰槽的出口溫度在某個值的話，需要控制融冰的速率不超過設(shè)定值，同時還要控制冰槽內(nèi)貯存的冰量不能太少。影響蓄冰溫度的因素影響蓄冰溫度的一個至關(guān)重要的因素是冰層厚度，因為冰就像隔在乙二醇與水之間的保溫層，在結(jié)冰的初期冰層的厚度很薄，對換熱的影響也很小，到了蓄冰的末期隨著冰層厚度的增加，冰對換熱的影響就非常的明顯了，這時需要更低的乙二醇的進(jìn)口溫度來維持住蓄冰速率。不同的蓄冰設(shè)備的換熱面積相差很多，冰層的厚度也相差非常大，從1-5cm的產(chǎn)品都有，故蓄冰的溫度也不相同，可以從-4.4oC（24oF）到-8.9oC（16oF）。水冰蓄冰初期 蓄冰末期圖2-1-1蓄冰初期與末期的比較42.2雙工況主機(jī)雙工況主機(jī)與常規(guī)主機(jī)的區(qū)別在大部分的蓄冷系統(tǒng)中，采用同一臺主機(jī)白天制冷，夜間制冰，這樣可以顯著降低系統(tǒng)的初投資，這樣的主機(jī)也叫雙工況主機(jī)。空調(diào)工況與制冰工況有以下幾點不同之處：

a）主機(jī)的蒸發(fā)溫度與冷凝溫度不同夜間制冰工況下運行的時候主機(jī)的出口溫度要比空調(diào)工況下運行低很多，這會使主機(jī)的制冷量與效率下降很多。制冰工況下的冷凝溫度也與空調(diào)工況不同，雖然風(fēng)冷機(jī)組的冷凝溫度是由干球溫度決定的，水冷機(jī)組的冷凝溫度是由濕球溫度決定的。在夜間，干球溫度與濕球溫度都要比白天低幾度，這可以降低主機(jī)的冷凝器的溫度，從而幫助主機(jī)減輕在制冰工況下制冷量與效率的下降。b）主機(jī)的控制模式不同：空調(diào)工況：主機(jī)的容量根據(jù)負(fù)載的大小調(diào)節(jié)，主機(jī)的出口溫度控制在設(shè)定值。制冰工況：主機(jī)強(qiáng)制滿載運行，如進(jìn)入主機(jī)的溫度降到設(shè)定值以下，主機(jī)會停止工作。制冰工況對不同主機(jī)制冷量的影響a）對容積式壓縮主機(jī)制冷量的影響冰蓄冷系統(tǒng)35302520干球濕球室外溫度15午夜

上午6點 中午

下午6點 午夜圖2-2-1室外溫度變化趨勢運行模式冷凍水出口溫度制冷劑蒸發(fā)溫度制冷劑密度空調(diào)工況4.4oC（40oF）2.2oC（36oF）15.6kg/m3（0.972

1b/ft3）制冰工況-5.6oC（22oF）-9.4oC（15oF）10.2kg/m3（0.640

1b/ft3）5蓄冰現(xiàn)用R-134a的螺桿機(jī)為例，來說明隨著出口溫度的不同，制

系冷劑密度的變化。

統(tǒng)的組成容積式的壓縮(如：螺桿式、渦旋式、活塞式壓縮機(jī))制冷機(jī)，壓縮機(jī)進(jìn)口處的體積流量是固定不變的，在制冰工況下進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑的密度降低了，在同樣的體積流量下，制冷劑的質(zhì)量流量會降低，制冷機(jī)的容量是制冷劑的質(zhì)量流量決定的，故制冰工況下容積式的壓縮機(jī)制冷量會減少。上面舉的例子中，制冰工況下的制冷量約為空調(diào)工況下的66%。b）對速度式壓縮主機(jī)制冷量的影響離心式的壓縮機(jī)是通過將動能轉(zhuǎn)化成勢能來提升制冷劑氣體的壓力的，我們把這類的壓縮機(jī)稱作速度式的壓縮機(jī)。速度式壓縮制冷機(jī)的制冷量也是由制冷劑的質(zhì)量流量決定的，對于給定尺寸的葉輪來說，其體積流量也是不變的，在制冰工況下，制冷劑的密度下降會使質(zhì)量流量下降，所以速度式壓縮制冷機(jī)在制冰工況下制冷量也會衰減。對于離心式的壓縮機(jī)來說可以通過調(diào)節(jié)葉輪尺寸的方法來調(diào)節(jié)制冷量，而不僅僅是壓縮機(jī)的型號規(guī)格，故而離心機(jī)在制冰工況下的制冷量可以在一個更寬廣的范圍(50%-80%)內(nèi)調(diào)節(jié)，這相比螺桿機(jī)要靈活得多。表2-2-1螺桿機(jī)制冷劑密度變化蓄冰系統(tǒng)的組成冰蓄冷系統(tǒng)制冰工況對不同主機(jī)效率的影響在制冰工況下主機(jī)的效率也會下降很多，因為要獲得更低的出口溫度，需要一個很低的制冷劑的蒸發(fā)溫度及蒸發(fā)壓力，這要求壓縮機(jī)提供更高的“提升力”，使壓縮機(jī)的負(fù)擔(dān)加重了。壓縮機(jī)負(fù)擔(dān)加重及制冷量衰減，兩方面的影響合在一起使主機(jī)在制冰工況下的效率要比空調(diào)工況下的效率更差。制冰工況對風(fēng)冷機(jī)組效率的影響風(fēng)冷機(jī)組的效率主要受干球溫度的影響，夜間干球溫度的下降幅度比較大，這使得風(fēng)冷機(jī)組的效率在夜間制冰工況下的下降并不明顯，但要注意的是風(fēng)冷機(jī)組的制冷量還是會隨出口溫度的下降而下降。制冰工況對三級壓縮機(jī)效率的影響制冰工況對三級壓縮機(jī)的效率也是有影響的，但是出口溫度的降低對三級壓縮的制冷機(jī)效率的影響并不明顯。（其原理見第五章說明）由表2-2-2可以看出三級壓縮制冷機(jī)的特點如下：主機(jī)的出口溫度對效率的影響不明顯；在低溫工況下，三級壓縮效率明顯更高。2.3載冷劑蓄冰系統(tǒng)需要通過載冷劑來傳送冷量，載冷劑的冰點需要低于水的冰點，以便在制冰時仍能傳送冷量。最常用的載冷劑是在水中添加防凍劑來降低其冰點，在乙二醇蓄冰系統(tǒng)中防凍劑一般為乙烯乙二醇（Ethyleneglycol）和丙烯乙二醇（Propylene

glycol）。載冷劑的冰點比較丙烯乙二醇的防凍能力要比乙烯乙二醇弱，故要達(dá)到同樣的冰點溫度，丙烯乙二醇需要的濃度較高。用不同的物質(zhì)做防凍液的話需要的濃度是不一樣的。一般來說典型的蓄冰系統(tǒng)，需要25%濃度(質(zhì)量濃度)的乙烯乙二醇來滿足防凍的需要，但如果用丙烯乙二醇的話就需要30%的濃度。工況描述出口溫度單級壓縮機(jī)效率三級壓縮機(jī)效率COPkW/TonCOPkW/Ton上游工況6.1℃5.20.675.40.65下游工況3.3℃4.70.755.10.69制冰工況-5.6℃3.70.954.50.79壓力焓節(jié)流裝置冷凝器壓縮機(jī)o

o36

F(2.2

C)蒸發(fā)器15

oF(-9.4

oC)制冰制冷表示單級壓縮制冷循環(huán) 表示三級壓縮制冷循環(huán)圖2-2-2制冰工況對不同主機(jī)效率的影響表2-2-2單級壓縮機(jī)與三級壓縮機(jī)在不同的出口溫度下的效率的比較圖2-2-3單級壓縮機(jī)與三級壓縮機(jī)效率比較單級壓縮機(jī)制冰工況 下游工況三級壓縮機(jī)上游工況kW/Ton10.80.60.40.206蓄冰系統(tǒng)的組成冰蓄冷系統(tǒng)制冷劑冰點溫度（℃）比熱（kJ/kg.℃）粘度（mPa-sec）水04.21.525%乙烯乙二醇-10.73.773.228%乙烯乙二醇-12.73.74.030%丙烯乙二醇-12.83.855.2表2-3-1載冷劑的熱工性能比較載冷劑溫度4.4℃（44F）-40

oF

-20

oF 0

oF 20

oF 40

oF(4

oC)防凍液的質(zhì)量濃度(%)(-40

oC)

(-29

oC)

(-18

oC)

(-7

oC)冰點溫度oF(oC)圖2-3-1載冷劑的冰點溫度比較706050403020100丙二醇乙二醇防凍液濃度對系統(tǒng)的影響7由下表可以看出，防凍液濃度對載冷劑的粘度的影響很大，對比熱的影響不大，而載冷劑的粘度對主機(jī)的效率與水泵的能耗和影響是很大的。對主機(jī)和乙二醇泵來說，載冷劑的粘度越小越好，換言之防凍液濃度越小越好。典型的蓄冰系統(tǒng)，制冰結(jié)束時溫度一般為-5.6℃，這時主機(jī)的蒸發(fā)溫度為-9.7℃，用25%的乙二醇冰點溫度在-10.7℃，可以保證有1℃的安全余量，如果制冰溫度為-6.7℃，則需要用28%濃度的乙二醇，其乙二醇的粘度會上升很多，這對于主機(jī)的效率及水泵的功率都有較大的影響。載冷劑的防腐處理雖然乙二醇對普通金屬的腐蝕性比水低，但乙二醇在使用的過程中會被氧化成弱酸性物質(zhì)，因此乙二醇水溶液中應(yīng)加入添加劑，添加劑包括防腐劑和穩(wěn)定劑，一方面防止乙二醇被氧化，另一方面維持溶液為堿性

(PH>7)，用戶也可以直接采購已經(jīng)調(diào)配好添加劑的乙二醇。為了防止乙二醇被氧化，整個乙二醇載冷劑系統(tǒng)應(yīng)被設(shè)計成閉式系統(tǒng)。載冷劑的毒性載冷劑是有一定的毒性的，為了安全起見一般會在系統(tǒng)里設(shè)置板換，以防止乙二醇進(jìn)入到末端系統(tǒng)。對于重視毒性問題的蓄冰應(yīng)用場合(如制藥行業(yè)和食品加工)，通常建議采用丙烯乙二醇，因為其毒性相對于乙烯乙二醇要小很多。2.4乙二醇泵乙二醇的密度稍大于水，粘度大于水，比熱小于水，所以在計算乙二醇的流量與揚程時需要注意與常規(guī)系統(tǒng)的算法不同，乙二醇泵的參數(shù)的計算方式也不同。乙二醇泵流量的計算公式：流量(L/S)=冷量(KW)/溫差(℃)/比熱3.77乙二醇泵揚程的計算方法：對于乙二醇系統(tǒng)的阻力計算，雙工況主機(jī)、蓄冰槽及板換等設(shè)備的阻力都可以由生產(chǎn)廠家提供，只有機(jī)房及系統(tǒng)中管道的阻力需要設(shè)計人員具體計算，一般需要乘一個修正系數(shù)。詳見表2-4-1。蓄冰系統(tǒng)的組成冰蓄冷系統(tǒng)注：1.乙烯乙二醇水溶液濃度通常根據(jù)制冷機(jī)及蓄冰裝置生產(chǎn)廠商的建議來確定。2.濃度為重量百分比表2-4-1載冷劑的物理性能（%）相變溫度（℃）流量修正系數(shù)管道阻力修正系數(shù)5℃-5℃25-10.71.081.221.362812.71.091.241.37530-14.11.11.2571.3862.5低溫送風(fēng)末端8以下情況則不適合用低溫送風(fēng)系統(tǒng)：無法提供1-4℃的冷介質(zhì)溫度時；房間相對濕度必須高于40%；需要較高的通風(fēng)換氣量；全年中有較長時間段可以利用7-13℃的室外新風(fēng)來做節(jié)能器供冷。低溫送風(fēng)系統(tǒng)所推薦的盤管迎面風(fēng)速一般為

1.5~2.3m/s，這一風(fēng)速要求低于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計風(fēng)速，原因是要從空氣中凝結(jié)出更多的水分。冷卻盤管一般選擇6~10排，每毫米0.3~0.6片的肋片密度(即每英寸8-14片)。圖2-5-1低溫送風(fēng)末端蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計冰蓄冷系統(tǒng)冰槽的空間，就會影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，此時需要想辦法利用地下室，車庫或建筑物周圍的空間，以減少限制，同時蓄冰槽的供應(yīng)商也提供了各種結(jié)構(gòu)和外形尺寸的組合，使冰槽可以放在室內(nèi)室外，地面或者埋在地下。根據(jù)我們的經(jīng)驗來說，往往是可利用的空間決定了蓄冰槽的數(shù)量，而不是出于經(jīng)濟(jì)性的目的考來選擇。系統(tǒng)初投資蓄冰系統(tǒng)增加的投資包括以下部分：蓄冰槽系統(tǒng)自控增加載冷劑的費用蓄冰系統(tǒng)減小的投資包括以下部分：減少了主機(jī)、泵、冷卻塔的容量及配電設(shè)備費減少了末端系統(tǒng)的投資減小了風(fēng)機(jī)的功率減小了管路系統(tǒng)的尺寸政府的相關(guān)鼓勵政策及補(bǔ)貼另外蓄冰槽可以提供比常規(guī)系統(tǒng)溫度更低的冷凍水，這樣可以使系統(tǒng)的投資進(jìn)一步降低。低溫冷凍水可以降低末端盤管的換熱面積，這樣翅片的間距就可以適當(dāng)放大，盤管的阻力就會下降，風(fēng)機(jī)的功耗也會降低。低溫冷凍水也可以用來配合大溫差的冷凍水系統(tǒng)，減少水泵及管路系統(tǒng)的投資。低溫冷凍水也可以用于低溫送風(fēng)的技術(shù)，來降低AHU和風(fēng)管的投資，VAV末端也能相應(yīng)減少，從而節(jié)約運行費用。機(jī)房部分的初投資與蓄冰量的關(guān)系以上分析可以發(fā)現(xiàn)蓄冰系統(tǒng)的初投資相比常規(guī)系統(tǒng)有增加的部分也有減少的部分，具體會減少還是增加受到很多因素的影響。現(xiàn)對冷凍機(jī)房內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行分析，以便找出蓄冰量對不同設(shè)備的影響。根據(jù)與蓄冰量的關(guān)系，可以將機(jī)房的設(shè)備可以分為三類：相對固定的部分----無論蓄冰量的大小，其價格都不變的設(shè)備，如注入泵、冷水機(jī)組和管路系統(tǒng)中的乙二醇；蓄冰系統(tǒng)所需的自控系統(tǒng)(BAS)以及控制閥；雙工況主機(jī)的控制模塊。蓄冰成本----與蓄冰量的大小有直接關(guān)系的設(shè)備，如冰槽及冰槽內(nèi)充注的乙二醇、乙二醇泵等。這些設(shè)備的投資與蓄冰量相關(guān)。本手冊中采用都是標(biāo)準(zhǔn)的整裝式冰槽，故投資與蓄冰量成正比；如果采用水泥槽的外殼，蓄冰量越大，單位蓄冰量的外殼投資就越便宜。常規(guī)設(shè)備---冷水機(jī)組及其冷卻水塔和冷卻水泵的投資與蓄冰量的關(guān)系比較特殊，隨著蓄冰量的增加，主機(jī)與塔泵的投資是先減少后增加的，參見圖中紅色曲線。蓄冰量少的時候主機(jī)的容量需按白天的負(fù)荷需求來選，白天主機(jī)容量隨蓄冰量的增加而減少；蓄冰量多的時候需按主機(jī)的制冰量選，此時隨著蓄冰槽的增加，主機(jī)容量也要增加。蓄冰量在某個特定點時，主機(jī)投資會選到最小，在這個點上主機(jī)白天負(fù)荷與夜間負(fù)荷是相同的，這時主機(jī)的利用率是最高的，白天與夜間都可以滿負(fù)荷工作，故主機(jī)與水塔的初投資最低。很多設(shè)計師將這個點當(dāng)作最佳點，但實際并不如此，因為主機(jī)與水塔并不代表整個系統(tǒng)的投資。此外，系統(tǒng)蓄冰量的選擇還要視項目的任務(wù)和能耗的節(jié)省情況等因素。午夜上午6點中午下午6點午夜圖3-2-1負(fù)荷曲線1冰主機(jī)容量冷噸8009600400200蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計冰蓄冷系統(tǒng)系統(tǒng)的運行費用蓄冰系統(tǒng)除了可以幫助節(jié)省初投資以外，也可以通過節(jié)約大量的運行費用來體現(xiàn)出它的優(yōu)勢，所以評估一個蓄冰系統(tǒng)需要同時計算系統(tǒng)初投資和運行費用。對于項目的任務(wù)是需要節(jié)省初投資或者需要轉(zhuǎn)移高峰電力消耗來說，重點在初投資上和電力的轉(zhuǎn)移上，對運行費用的計算可以簡化。但對于項目的任務(wù)是關(guān)注運行費用的節(jié)省，或要得到一個最佳的資金回收期，就需要對運行費用進(jìn)行詳細(xì)的計算，其關(guān)鍵是負(fù)荷曲線和電價政策。系統(tǒng)的設(shè)計日負(fù)荷曲線在進(jìn)行蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計時，計算每天的逐時負(fù)荷是非常必要的，它可以幫助確定主機(jī)與冰槽的容量，并確定蓄冰槽的融冰速率、結(jié)冰速率是否能滿足系統(tǒng)的要求。如果系統(tǒng)的任務(wù)是節(jié)省電力高峰段的能耗，需要把所有電力高峰段的負(fù)荷累加起來，就是需要轉(zhuǎn)移的高峰段的負(fù)荷，單位用KWH或RTH來表示。逐時冷負(fù)荷可用冷負(fù)荷的計算軟件計算，也可用系數(shù)法或平均法計算：系數(shù)法：逐時冷量qi＝K·qmax(系數(shù)K見附錄)

平均法：設(shè)計日總冷量Q=qmax·N(運行時間)·N(系數(shù)N一般取0.65~0.85)系統(tǒng)的設(shè)計年負(fù)荷曲線系統(tǒng)的年負(fù)荷曲線對蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計也很重要，因為一年中系統(tǒng)使用的時間長短與部分負(fù)荷的情況對運行費用的影響是很大的。例如：同樣多的冰槽分別用在一個全年需要供冷的工廠項目和僅夏季需要供冷的辦公樓項目上，節(jié)省的運行費用就不一樣，因為工廠全年使用，一樣多的冰槽由于使用的時間長，節(jié)約的費用就多。再例：同樣的冰槽都用在二棟尖峰負(fù)荷相同的建筑上，全年使用的時間也是一樣的，但一棟樓較多時間在低負(fù)荷運行，另一棟大樓較多時間在高負(fù)荷運行。蓄冰量%圖3-2-3初投資與蓄冰量的關(guān)系投資增加%1601208040Base-40固定部分蓄冰設(shè)備主機(jī)及冷卻塔、水泵總投資0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100午夜上午6點中午下午6點午夜圖3-2-2負(fù)荷曲線2冰制冰容量制冷容量冷噸800600400200午夜

上午6點 中午

下午6點 午夜圖3-2-4峰值制冷需求1007550250冷負(fù)荷比例％系統(tǒng)的總投資將以上三種類型的設(shè)備投資疊加在一起，可得出機(jī)房設(shè)備的總投資。我們可以發(fā)現(xiàn)蓄冰量對初投資的影響是非常大的，所以蓄冰量的多少對系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性有很大的影響，在決策的時候需要重點關(guān)注。10蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計冰蓄冷系統(tǒng)由于高負(fù)荷運行時，冰可以用在高峰時段；低負(fù)荷運行時，冰不能全部用在高峰時段，這樣高負(fù)荷運行時間長的建筑，節(jié)省的費用就多。以上分析可以發(fā)現(xiàn)同樣多的蓄冰量在不同的年負(fù)荷曲線下節(jié)省的費用是不一樣的，不同的年負(fù)荷曲線所對應(yīng)最佳的蓄冰量也是不一樣的。運行費用的計算方法要準(zhǔn)確地計算蓄冰系統(tǒng)的運行費用，就要計算逐時逐月的費用，而不僅僅是設(shè)計日的費用，這需要建立在設(shè)計日負(fù)荷曲線與年負(fù)荷曲線的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的能耗進(jìn)行逐時的分析，這樣的計算一般比較復(fù)雜，需要借助計算機(jī)，用系統(tǒng)能耗分析軟件來幫助計算，而特靈公司具備這能力。如果沒有相應(yīng)軟件則可以用Excel文件進(jìn)行手工簡化計算，步驟如下：（1）一天的逐時運行費用表(表3-2-1)：…時間逐時負(fù)荷基載主機(jī)基載外負(fù)荷雙工況主機(jī)冰槽放冷量冷卻塔*KW/臺基載冷卻塔*KW/臺冷凍水泵*KW/臺基載冷卻塔*KW/臺冷凍水泵*KW/臺基載冷卻塔*KW/臺乙二醇泵*KW/臺總功率小時電價小時費用供冷量輸入功率供冷量輸入功率開啟總功率開啟總功率開啟總功率開啟總功率開啟總功率開啟總功率開啟總功率TonTonKWTonTonKWTon臺KW臺KW臺KW臺KW臺KW臺KW臺KWKW元元1:002:0023:00總計（2）年負(fù)荷表：有很多負(fù)荷計算軟件可以算出冷負(fù)荷年曲線(藍(lán)線)，為了計算與檢驗的方便，采用計算曲線(紅線)來代替全年的曲線，從圖3-2-5可得出紅線由30%負(fù)荷2個月，

50%負(fù)荷2個月，80%負(fù)荷3個月，100%負(fù)荷1個月組成，最終簡化為如下年負(fù)荷表(表3-2-2)：注：以上的負(fù)荷與天數(shù)僅為示例，不同地區(qū)的不同建筑，不盡相同。負(fù)荷100%80%50%30%天數(shù)30906060圖3-2-5年負(fù)荷曲線計算模擬負(fù)荷120%100%80%60%40%20%0%1

2

3

4

5

6

7

8 9

10

11

12計算負(fù)荷曲線

月份年負(fù)荷曲線11蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計冰蓄冷系統(tǒng)蓄冰量與運行費用節(jié)省的關(guān)系將不同的蓄冰量下的運行費用的節(jié)省都計算出來，可以得到蓄冰量與運行費用節(jié)省的關(guān)系（見圖3-2-5），可以看出運行費用的節(jié)省與使用率是有關(guān)的，隨著蓄冰量的增加，冰槽的使用率會降低，單位冰槽的節(jié)省費用能力也會變差。要詳細(xì)而準(zhǔn)確地計算出不同蓄冰量下的運行費用，需要大量的計算，這個過程非常的煩瑣，但這個過程又很必要，所以特靈公司開發(fā)了專門的軟件來輔助計算。蓄冰系統(tǒng)運行費用的節(jié)省也會受到多種因素的影響，其中電價政策是對蓄冰系統(tǒng)影響最大的因素。當(dāng)有合適的分時電價的時候，蓄冰系統(tǒng)的運行費用才會有節(jié)省，但是除了分時電價以外，很多地區(qū)對蓄冰系統(tǒng)還有特殊的政府鼓勵政策，以使蓄冰系統(tǒng)運行費用的節(jié)省進(jìn)一步的加大。此外，如果蓄冰系統(tǒng)運行得當(dāng)?shù)脑?，也可以使運行費用的節(jié)省增加，再加上鼓勵性電價，蓄冰系統(tǒng)運行費節(jié)省就更可觀了（見圖3-2-5）。系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析在獲得系統(tǒng)的蓄冰量與系統(tǒng)的初投資和運行費的節(jié)省之間的關(guān)系以后，可以將這些數(shù)據(jù)放在一張表里，我們也把這個經(jīng)濟(jì)分析的工具叫做“成本線”，它的橫坐標(biāo)是蓄冰量，縱坐標(biāo)是初投資的增加。采用“成本線”這個經(jīng)濟(jì)分析工具，決定蓄冰系統(tǒng)的規(guī)模就簡化了，但要注意實際情況的限制，比如可用來放冰槽的場地會限制最大的蓄冰量(D區(qū)域不可用)；或者某項目的任務(wù)定義是要減少設(shè)備的配電功率，會限制蓄冰量不能小于某個值(A區(qū)域不可用)；再如某項目比較小，控制系統(tǒng)比較簡單，只能采取簡單運行策略來決定蓄冰量，故只能選取其中的幾個點如B點、

C點，見圖3-2-7。蓄冰量%初投資％鼓勵政策下節(jié)省運行費用節(jié)省圖3-2-5

5年運行費用合計60504030201000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100注：負(fù)荷與天數(shù)由年負(fù)荷表生成，以上僅為示例。負(fù)荷天數(shù)（天）系統(tǒng)一天運行費用（元）小計（萬元）100%30100%負(fù)荷逐時運行費用=天費用x天數(shù)80%9080%負(fù)荷逐時運行費用=天費用x天數(shù)50%6050%負(fù)荷逐時運行費用=天費用x天數(shù)30%6030%負(fù)荷逐時運行費用=天費用x天數(shù)年費用總計表3-2-3負(fù)荷與天數(shù)的案例A區(qū)：配電功率限制區(qū)域B點：主機(jī)優(yōu)先策略C點：融冰優(yōu)先策略D區(qū)：空間限制區(qū)域費用節(jié)省投資增加1601401201008060402000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100初投資增加％12蓄冰量%圖3-2-7成本線A區(qū)D區(qū)B點C點蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計冰蓄冷系統(tǒng)3.3選擇冰槽與主機(jī)在確定蓄冰量以后，設(shè)計人員需要對主機(jī)與冰槽進(jìn)行選型，這個步驟要考慮的因素是制冰速率、融冰速率、系統(tǒng)流量及進(jìn)出口溫度。但在決定主機(jī)與冰槽時候要注意很多參數(shù)對冰槽和主機(jī)的影響是不同的，比如制冰溫度低有助于提高冰槽的吸冷能力，但會降低主機(jī)的制冰能力以及水泵的功耗。選擇一個合適的冰槽來滿足制冰速率、融冰速率，同時選擇一個與冰槽相配的主機(jī)，這個過程需要冰槽廠家與主機(jī)廠家的電腦選型軟件配合完成，可能需要多次的迭代才可以得出結(jié)果。目標(biāo)制冰速度要求足夠快：在可用制冰的時間內(nèi)將設(shè)計冰量制足，并且不要讓出口溫度太低，保持系統(tǒng)效率。融冰速率足夠大：并有一定的靈活性及適應(yīng)性。主機(jī)與冰槽要合理地平衡：在融冰與制冰工況下都有很好的性能。輔助設(shè)備能耗低：主要是乙二醇泵的能耗要盡量低。溫度的選擇制冰溫度一般來說，為了最大限度地利用夜間電能，主機(jī)在制冰工況下是強(qiáng)制滿載運行的，此時主機(jī)沒有調(diào)節(jié)容量的能力，只能靠主機(jī)與冰槽容量的對比來進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖3-3-1形象地表示了制冷機(jī)與冰槽制冰溫度之間的關(guān)系。通過調(diào)節(jié)主機(jī)與冰槽容量的對比來調(diào)節(jié)制冰溫度，在正常情況下一個平衡好的的蓄冰系統(tǒng)，8小時制冰結(jié)束的時候一般制冰溫度在22F(-5.6℃)。要注意主機(jī)的制冰容量并不是越大越好，對整個系統(tǒng)來說主機(jī)與冰槽間平衡才是關(guān)鍵。常規(guī)的設(shè)計要求在正常情況下制冰結(jié)束時溫度不低于22F(-5.6℃)；如果碰到特殊情況，如室外溫度比較低，引起主機(jī)制冷量的提高，或者是前一天冰沒有用完而在原來的基礎(chǔ)上制冰，所以原則上要求所有的設(shè)備必須要有2F的安全余量以保證系統(tǒng)的安全。也就是說設(shè)計為-5.6℃的主機(jī)，最低的出口溫度要能夠達(dá)到-6.7℃。另外還要注意，乙二醇也需要這個安全余量，如設(shè)計成-6.7℃制冰溫度的系統(tǒng)，要采用28%的乙二醇（關(guān)于乙二醇濃度的影響見前面章節(jié)介紹）。對制冰溫度的另一個影響因素是系統(tǒng)的流量。下圖表示在相同的制冰速率的情況下，系統(tǒng)的流量與進(jìn)出口溫度的關(guān)系。這里需要注意的是當(dāng)進(jìn)入冰槽的溫度從26F(-3.3℃)降低到22F(-5.6℃)的時候，水泵的功耗也會降低很多；但低于22F(-5.6℃)之后，水泵功耗的下降就不明顯了。進(jìn)入冰槽的溫度降低，會增加主機(jī)的功耗，一般平衡得比較好的冰槽，進(jìn)口溫度在22-24F(-4.4~-5.6℃)左右，此時系統(tǒng)的能耗比較合理。圖3-3-1冰槽制冰溫度太低太高0

℃-1.1

℃-2.2

℃-3.3

℃-4.4

℃-5.6

℃出口13進(jìn)口水泵功率2.0

HP1.0

HP40

60

80

100流量（GPM）圖3-3-2系統(tǒng)流量與進(jìn)出口溫度的關(guān)系蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計冰蓄冷系統(tǒng)對于主機(jī)處于下游的系統(tǒng)，主機(jī)在下游穩(wěn)定出口溫度，冰槽在上游進(jìn)出口溫度都很高，故其釋冷的速度是非?？?，系統(tǒng)的關(guān)鍵在于主機(jī)，需要對主機(jī)的出口溫度與水泵能耗進(jìn)行平衡。對于冰槽處于下游的系統(tǒng)，冰槽的出口溫度的提高可以增加冰槽的融冰速率，但這樣也會增加系統(tǒng)的流量，而導(dǎo)致泵的能耗增加，所以要根據(jù)負(fù)荷情況和冰槽的性能合理選擇出口溫度，一般在3-5℃是比較合理的。系統(tǒng)的流量融冰溫度與制冰溫度確定以后，系統(tǒng)的流量也就確定了，但是白天的最佳流量并不一定與夜間的最佳流量相同。對定流量的系統(tǒng)來說，要通過選擇合適的板換阻力，使得系統(tǒng)的流量在白天和晚上都達(dá)到最佳值（因為在夜間乙二醇溶液是不通過板換的）。3.4系統(tǒng)的布置小型系統(tǒng)的流程布置對于小于3萬平方米的項目，采用下圖的布置是比較理想的，其好處是設(shè)計簡單，控制簡便。注意：這種常見的系統(tǒng)設(shè)計中只要一個乙二醇泵就可以讓乙二醇在主機(jī)、冰槽及板換之間循環(huán)，冰槽和板換用標(biāo)準(zhǔn)的三通閥和旁通閥來控制。主機(jī)與冰槽串聯(lián)產(chǎn)生較大的溫差，可以降低系統(tǒng)的流量并節(jié)約水泵的功耗。另外，還要注意主機(jī)位于冰槽上游，如果是更小的系統(tǒng)(小于1萬平方米)，可以采用定流量系統(tǒng)，主機(jī)與冰槽的出口溫度都設(shè)定為固定值，這樣系統(tǒng)回水先經(jīng)過主機(jī)再經(jīng)過冰槽，隨著回水溫度的下降，主機(jī)優(yōu)先降載，也就是融冰優(yōu)先。這樣，系統(tǒng)的控制非常簡單，依靠冷水機(jī)組的控制中心就可以實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。融冰溫度要提高冰槽的融冰速率，需要提高冰槽的出口溫度。下圖表示了出口溫度與冰槽釋冷能力的關(guān)系，提高冰槽的出口溫度會大大增加冰槽的釋冷速度。三通閥蓄冰槽旁通閥水泵主機(jī)圖3-4-1小型系統(tǒng)的布置圖52F42F32F44

F38

F137（噸/小時）167（噸/小時）0

25

50

75

100

125

150

175融冰量（T/H）14冰槽出口溫度圖3-3-3出口溫度與冰釋冰能力的關(guān)系串聯(lián)大溫差并聯(lián)大溫差并聯(lián)常規(guī)溫差備注系統(tǒng)溫度℃3-113-115-10系統(tǒng)流量（CMH）416.5416.5666.4主機(jī)流量（CMH）416.5249.9399.8根據(jù)設(shè)備提供冷量及溫差計算冰槽流量（CMH）416.5166.6266.6主機(jī)阻力（mH20）8.83.28.1設(shè)備的阻力與流量的平方成正比冰槽阻力（MH20）9.81.64.0乙二醇泵主機(jī)泵流量（CMH）416.5249.9399.8冰槽泵流量（CMH）166.6266.6主機(jī)泵揚程（MH20）33.618.223.1板換和管路系統(tǒng)阻力按照15MH20冰槽泵揚程（MH20）16.619.0主機(jī)泵電機(jī)功率（KW）55.9518.6537.3冰槽泵電機(jī)功率（KW）11.1922.4水泵總功率KW55.9529.859.7大型系統(tǒng)的流程布置大型系統(tǒng)采用比較復(fù)雜的控制，此時要重點考慮系統(tǒng)的能耗，特別是輔助設(shè)備的能耗。右圖是常被采用的大型系統(tǒng)的形式，要注意主機(jī)泵與冰槽的泵是分開布置的，主機(jī)泵根據(jù)主機(jī)的流量配置（變流量主機(jī)可用變頻泵），可隨主機(jī)一起關(guān)閉；冰槽泵根據(jù)冰槽的流量布置，采用變頻控制，因泵的功耗與流量的三次方成正比，在部分負(fù)荷下可以大大節(jié)省水泵功耗。若采用大溫差的設(shè)計，泵的功耗可以達(dá)到最低?，F(xiàn)以1000RT系統(tǒng)為例(主機(jī)供冷600TON,冰槽供冷400TON)，400TON)，來分析不同系統(tǒng)的水泵功耗(表3-4-1)：由上數(shù)據(jù)可以看出：

1．串聯(lián)系統(tǒng)只有一組泵，其優(yōu)點是控制簡單、可靠，推薦在小型系統(tǒng)中使用。2．并聯(lián)系統(tǒng)雖然水泵數(shù)量多，控制也較復(fù)雜，但是水泵控制更靈活，部分負(fù)荷下運行更節(jié)能。常規(guī)溫差并聯(lián)系統(tǒng)在滿負(fù)荷下水泵總功率大于串聯(lián)系統(tǒng)，但如能采用大溫差的并聯(lián)系統(tǒng)，其水泵總功率會小很多，在部分負(fù)荷下的優(yōu)勢更明顯，故大型系統(tǒng)中一般都采用大溫差并聯(lián)系統(tǒng)。蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計冰蓄冷系統(tǒng)VFD

三通閥蓄冰槽旁通閥 水泵主機(jī)圖3-4-2大型系統(tǒng)的布置圖15系統(tǒng)的控制冰蓄冷系統(tǒng)優(yōu)點：可以節(jié)約水泵的能耗，提高冰槽與主機(jī)的效率。缺點：控制方式復(fù)雜。上圖的系統(tǒng)形式在實際的應(yīng)用當(dāng)中非常少見，因為變流量的系統(tǒng)會受到多種因素的的限制，如不注意這些問題會導(dǎo)致系統(tǒng)的失敗，比如：水泵的限制變頻水泵除了需要有變頻控制器之外，也需要用變頻專用電機(jī)，常規(guī)的電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下會發(fā)生散熱不足及應(yīng)力增大等問題，所以需要采用變頻專用的電機(jī)才可以獲得較大的變頻范圍。變頻專用電機(jī)的制造需要執(zhí)行國際電器制造協(xié)會(NEMA)的MG1-1993標(biāo)準(zhǔn)的第四部分,第31節(jié)的規(guī)定制造。(standards

ofNEMA

MG1-1993,Section

IV,Part

31)主機(jī)的限制如主機(jī)與冰槽在一個回路里，主機(jī)定流量控制與冰槽變流量控制是矛盾的，如主機(jī)不能實現(xiàn)變流量的控制方式，會限制變流量的系統(tǒng)的使用，一般需要將主機(jī)與冰槽分成二個回路。另外如果主機(jī)可實現(xiàn)變流量控制，也需要注意主機(jī)的最低流量限制。解決方案為了保障系統(tǒng)的安全，變流量系統(tǒng)仍需要采用旁通閥，控制方式是一開始由出口溫度控制水泵頻率，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到最低流量(最低流量要滿足同一回路里主機(jī)、冰槽或者水泵任何一個設(shè)備的最低流量)，這時旁通閥開始工作，系統(tǒng)在最低流量下定流量運行。b）判斷蓄冰槽的蓄冰量：使用儲冰量傳感器可以估計冰槽內(nèi)冰的存量。儲冰量傳感器有很多種，最常用的是一種液位傳感器，它能夠檢測出冰槽中水位的變化并將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(4-20mA或1-5Vdc的輸出信號)，一般冰槽水位隨蓄冰裝置中所存儲的冰的數(shù)量而變化。其原理如圖：能量計算法也可以測量冰桶的出口溫度和流量，并計算出制冰及融冰量，從而計算出冰桶內(nèi)的冰量。在制冰的過程中判斷是否制滿冰還有一種簡單而可靠的辦法，即根據(jù)冰槽的出口溫度來判別，因為在冰槽內(nèi)的冰越多，冰槽的存水量就會越少，在冷凍過程快結(jié)束的時候，冰槽內(nèi)的水量不足，會讓冰槽的出口溫度下降，從流出冰槽的水溫變化就可以掌握制冰量。（3）板式換熱器的控制板換的換熱能力可以通過以下任一種方式調(diào)節(jié)：冷凍水流量

?

乙二醇流量冷凍水溫度

?

乙二醇溫度水乙二醇VFD5C10C10C?CVFD水冰乙二醇圖4-1-2變流量系統(tǒng)16圖4-1-3變流量系統(tǒng)解決方案圖圖4-1-4普通傳感器與液位傳感器的比較系統(tǒng)的控制冰蓄冷系統(tǒng)對于板換的容量控制可以通過在冷凍水側(cè)或乙二醇側(cè)放置三通混合閥實現(xiàn)，一般來說板換的乙二醇側(cè)需要放一個旁通閥，在制冰時需將板換旁通，以保護(hù)板換不被凍壞，這個旁通閥通常也用來調(diào)節(jié)板換的容量。另外冷凍水側(cè)的流量及溫度主要是末端決定，如對冷凍水側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)只會增加系統(tǒng)的能耗，故板換的容量通常主要靠調(diào)節(jié)乙二醇側(cè)來實現(xiàn)的。通過調(diào)節(jié)乙二醇流量或溫度來實現(xiàn)，一般進(jìn)入冰槽的乙二醇的溫度在1-5℃，板換的平均對數(shù)換熱溫差一般取1-2℃。4.2工作模式蓄冰系統(tǒng)需要多個設(shè)備協(xié)同工作以完成某個特定的功能，用下面的功能表可以幫助了解系統(tǒng)的各種功能。在這個張表里工作模式有：蓄冰工況、主機(jī)單供冷、冰槽單供冷、主機(jī)與冰槽聯(lián)合供冷、蓄冰同時供冷?？刂祈椖坑校罕谩⒗渌畽C(jī)組、混合閥（BlendingValve)、旁通閥(Bypass

Valve）。不同系統(tǒng)的控制模式并不相同，以下就各種系統(tǒng)具體做說明。圖4-2-1并聯(lián)系統(tǒng)流程圖1表4-2-2各種運行工況匯總表1基載主機(jī)負(fù)荷冰槽V4閥V1閥V2閥V3閥V5閥P1水泵P2水泵乙二醇主機(jī)冷凍水側(cè)17乙二醇側(cè)圖4-1-5板式換熱器的控制功能設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備3…工作模式1動作動作動作工作模式2動作動作動作…表4-2-1蓄冰系統(tǒng)的工作模式工作模式泵P1泵P2閥V1閥V2閥V3閥V4閥V5制冷機(jī)蓄冰槽蓄冰開關(guān)關(guān)關(guān)開關(guān)開開開制冷機(jī)供冷開關(guān)開關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)開關(guān)蓄冰槽供冷關(guān)開關(guān)開關(guān)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)關(guān)開制冷機(jī)與蓄冰槽同時供冷開開開開關(guān)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)開開系統(tǒng)的控制冰蓄冷系統(tǒng)V2V1負(fù)荷乙二醇主機(jī)冰槽閥閥V4閥V3閥P1水泵P2水泵主機(jī)上游主機(jī)下游V4閥V1閥P1水泵P2水泵V3閥V2閥冰槽乙二醇主機(jī)負(fù)荷V4閥V3閥V1閥V2閥P1水泵負(fù)荷乙二醇主機(jī)冰槽圖4-2-2并聯(lián)系統(tǒng)流程圖2表4-2-3各種運行工況匯總表218工況泵P1泵P2閥V1閥V2閥V3閥V4制冷機(jī)蓄冰槽蓄冰開關(guān)關(guān)開關(guān)開開開制冷機(jī)供冷開開開開關(guān)關(guān)開關(guān)蓄冰槽供冷關(guān)開開關(guān)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)關(guān)開制冷機(jī)與蓄冰槽同時供冷開開開開調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)開開圖4-2-3串聯(lián)系統(tǒng)流程圖表4-2-4各種運行工況匯總表3工況泵P1閥V1閥V2閥V3閥V4制冷機(jī)蓄冰槽蓄冰開關(guān)開關(guān)開開開制冷機(jī)供冷開開關(guān)開關(guān)開關(guān)蓄冰槽供冷開開關(guān)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)關(guān)開制冷機(jī)與蓄冰槽同時供冷開開關(guān)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)開開4.3控制的策略蓄冰系統(tǒng)通過將供冷負(fù)荷轉(zhuǎn)移到用電省或電費低的時間段，來減少能源的費用，因此必須合理規(guī)劃各種工作模式以便既滿足建筑物的供冷需求又節(jié)省運行費用，需要對各種工作模式的運行時間做規(guī)劃，以下是根據(jù)項目的電價情況做出的一張運行策略表。在此表中有的運行模式會重疊在同一時間段，特別是主機(jī)與冰槽的之間供冷量分配需要根據(jù)負(fù)荷的情況來調(diào)整，這又會產(chǎn)生一個供冷策略的問題。系統(tǒng)的控制冰蓄冷系統(tǒng)目前有幾種策略冷機(jī)優(yōu)先：優(yōu)先讓制冷機(jī)滿負(fù)荷運行，負(fù)荷下降冰槽優(yōu)先降載冰槽優(yōu)先：優(yōu)先利用冰槽融冰來負(fù)擔(dān)冷負(fù)荷限制策略：主機(jī)或者系統(tǒng)的用電量限制在某一個值內(nèi)優(yōu)化控制：是提出一個經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)，在一定的約束條件下，使該目標(biāo)函數(shù)達(dá)到極值表4-3-1工作模式運行策略表工作模式開始時間結(jié)束時間制冰0

a.m.8

a.m.單冰槽供冷8

a.m.11

a.m.主機(jī)及冰槽聯(lián)合供冷8

a.m.5

p.m.單主機(jī)供冷11

a.m.5

p.m.單融冰5

p.m.9

p.m.停機(jī)9

p.m.12

p.m.雙工況主機(jī)制冰量融冰供冷量雙工況主機(jī)供冷量圖4-3-1運行策略比較8006004002000時間

0

2

4

6 8

10

12

14

16

18

20

22冷機(jī)優(yōu)先：負(fù)荷10004002000時間

0

2

4

6

8限制運行策略模式：負(fù)荷100080060010

12

14

16

18

20

228006004002000時間

0

2

4

6

8融冰優(yōu)先：負(fù)荷100010

12

14

16

18

20

228006004002000時間

0

2

4

6

8優(yōu)化控制的運行策略：負(fù)荷100010

12

14

16

18

20

2219系統(tǒng)的控制冰蓄冷系統(tǒng)4.4優(yōu)化控制優(yōu)化控制的原則融冰要有計劃地照顧到每天下午的負(fù)荷高峰---滿足負(fù)荷高峰的需要；在設(shè)計日負(fù)荷平衡的情況下要將融冰盡量地放在電力高峰時段----節(jié)約運行費用；在設(shè)計日當(dāng)天的蓄冰要在當(dāng)天用完---充分利用低谷電；在滿足以上條件的情況下，盡量讓各設(shè)備在高效率點運行，以使能耗最低；有對限電及設(shè)備故障的應(yīng)急方案。優(yōu)化控制實現(xiàn)的方法有很多種，可以采用針對不同負(fù)荷建立多張不同表格的方式，也可以采用專家系統(tǒng)及模糊控制，通過程序找到最佳的運行模式。一般來說，優(yōu)化控制的實現(xiàn)需要自控與暖通工程人員協(xié)同工作完成，自控專業(yè)負(fù)責(zé)預(yù)測負(fù)荷，并生成策略，暖通專業(yè)負(fù)責(zé)策略的執(zhí)行。并聯(lián)系統(tǒng)的冷量分配靠分配流量來實現(xiàn)的，這時要注意主機(jī)的流量變化問題，如主機(jī)流量不能改變就只能做主機(jī)優(yōu)先，或者將主機(jī)與冰槽放在二個回路里。4.5自控系統(tǒng)的規(guī)模自控系統(tǒng)本身并不能節(jié)省費用，它是通過優(yōu)化系統(tǒng)中的其它設(shè)備的運行來達(dá)到節(jié)省運行費用的目的，故自控系統(tǒng)的規(guī)模需要與它控制的設(shè)備相匹配。一般來說，項目大、設(shè)備使用的時間長，需要自控系統(tǒng)具備更好的功能，反過來說項目小，或者使用的時間短，就需要用較為簡單的控制。必要時需要對自控系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，通過比較初投資及可以節(jié)省的運行費用來決定自控系統(tǒng)的規(guī)模?？傊畋淖钥夭⒉皇窃较冗M(jìn)越好，或者越簡單越好，而是要與項目規(guī)模相適應(yīng)。圖4-4-1串聯(lián)系統(tǒng)主機(jī)與冰槽間的冷量分配方式對于串聯(lián)系統(tǒng)，主機(jī)與冰槽的流量是一致的，主機(jī)與冰槽間的冷量分配靠溫差來實現(xiàn)，這時要注意設(shè)備溫差的變化引起的主機(jī)出口溫度的變化，而導(dǎo)致主機(jī)的效率變動。雙工況主機(jī)蓄冰槽

FT1T2T1F1F2圖4-4-2并聯(lián)系統(tǒng)雙工況主機(jī)蓄冰槽20冰蓄冷系統(tǒng)現(xiàn)舉例對比上下游的費用情況進(jìn)行說明：有一個2000RT項目，融冰時間10小時，白天總的冷量為17500RTH。冰槽在上游可用冰量為10000RTH，在下游可用冰量為8500RTH。本項目白天電價0.8，夜間電價0.2。運行費用＝白天耗電量x白天電價＋晚上耗電量x晚上電價三

當(dāng)出口溫度降低的時候，三級離心機(jī)可以獲得更級

多額外的制冷量的補(bǔ)償，這使主機(jī)在低溫工況下的效離

率要遠(yuǎn)高于單級壓縮，所以三級離心機(jī)在制冰工況(-5.6℃出口)下的效率非常高，一般約為0.75-心

0.85KW/Ton.

遠(yuǎn)高于單級壓縮機(jī)的0.9-1.1KW/Ton的機(jī)效率。蓄它的制冷量及效率都對出口溫度不敏感，這些特冰點除了可以節(jié)省運行費用之外，還能讓系統(tǒng)的布置更的靈活高效。優(yōu)勢5.2三級離心機(jī)蓄冰系統(tǒng)的特點1.可以實現(xiàn)串聯(lián)系統(tǒng)主機(jī)下游布置主機(jī)上游系統(tǒng)，蓄冰桶在下游（如圖5-2-1所示），聯(lián)合供冷時，進(jìn)入蓄冰桶的流體溫度相對較低，因此在特定的時段內(nèi)，每個蓄冰桶融冰量較少；由于進(jìn)入冷水機(jī)組的流體溫度相對較高，因此有利于提高冷水機(jī)組效率。主機(jī)下游系統(tǒng)（如圖5-2-2所示），情況則相反，在特定的時段內(nèi)，每個蓄冰桶融冰量較多，而冷水機(jī)組效率有所下降。見表5-2-1的比較。由上表可見主機(jī)上游對主機(jī)效率雖然較高，但是主機(jī)的容量變大了，具體能耗是否減少需要經(jīng)過計算。對于單級壓縮機(jī)和三級離心機(jī)，分別計算在上下游時的耗電：一般來說，單級壓縮機(jī)適合在上游，三級壓縮機(jī)可以布置在下游。單級壓縮機(jī)系統(tǒng)三級離心機(jī)系統(tǒng)主機(jī)上游主機(jī)下游主機(jī)上游主機(jī)下游全天總冷量RTH17500175001750017500融冰供冷量RTH850010000850010000主機(jī)供冷量RTH9000750090007500主機(jī)效率kw/Ton0.660.790.630.69主機(jī)白天耗電量KWH5940592556705175主機(jī)夜間效率kw/Ton1.01.00.80.8夜間制冰耗電量KWH85001000068008000運行費用（元）6452674058965740結(jié)論單級壓縮機(jī)上游更省費用三級離心機(jī)下游更省費用表5-2-1蓄冰桶在冷水機(jī)組的上下游比較比較項目主機(jī)上游主機(jī)下游蓄冰桶數(shù)量相同融冰總量低融冰總量高主機(jī)需供冷量高低主機(jī)效率高低建議冷水機(jī)組類型螺桿機(jī)、渦旋機(jī)離心機(jī)14.4℃8.7℃3.3℃9,355kWh圖5-2-1主機(jī)上游3.3℃8.3℃14.4℃12,275kWh圖5-2-2蓄冰桶在冷水機(jī)組的上游21三級壓縮串聯(lián)系統(tǒng)大溫差并聯(lián)系統(tǒng)大溫差并聯(lián)系統(tǒng)常規(guī)溫差水泵總功率55.9529.859.7主機(jī)的進(jìn)出口溫度6.2-113-115-10功耗主機(jī)系統(tǒng)主機(jī)系統(tǒng)主機(jī)系統(tǒng)主機(jī)部分負(fù)荷功耗（KW）100%379435.0406435.8386445.775%274330.0283312.8276335.750%189245.0192221.8188247.725%130186.0131160.8130189.70%056.0011.19022.4系統(tǒng)功耗總計（KW）100%125291%114399%1242設(shè)備投資（萬元）129.25.6132.03.0130.06.0投資總計（萬元）135135136三級離心機(jī)蓄冰的優(yōu)勢冰蓄冷系統(tǒng)2.三級離心可以實現(xiàn)大溫差并聯(lián)系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng)比較容易實現(xiàn)大溫差運行，其在系統(tǒng)能耗及初投資上都比較有優(yōu)勢；并聯(lián)系統(tǒng)的溫差主要受到主機(jī)的限制，單級壓縮的效率受出口溫度影響很大，出口溫度不宜太低，不適合采用大溫差的系統(tǒng)，而三級壓縮的離心機(jī)本身效率就高，同時受出口溫度影響小，這使主機(jī)提供大溫差成為可能(可以達(dá)到8-10度)，前面已經(jīng)討論過大溫差并聯(lián)系統(tǒng)中泵的能耗比串聯(lián)系統(tǒng)更有優(yōu)勢，但并聯(lián)大溫差系統(tǒng)的主機(jī)出口溫度比較低，故需要將對主機(jī)與水泵組成的系統(tǒng)進(jìn)行分析?，F(xiàn)以前面討論的1000RT冷量的系統(tǒng)為例，(主機(jī)供冷600TON,冰槽供冷400TON)。備注：主機(jī)負(fù)荷為0表示單融冰工況，并聯(lián)系統(tǒng)處于單融冰工況時只開融冰泵。總結(jié)：三級離心機(jī)組制冷量受出口溫度的影響不大，所以以上三種系統(tǒng)的初投資差別不大。三級離心機(jī)組效率受出口溫度影響較小，故主機(jī)出口溫度對系統(tǒng)影響不大，在滿負(fù)荷下常規(guī)溫差的并聯(lián)系統(tǒng)的能耗最高為445KW，大溫差的并聯(lián)系統(tǒng)與串聯(lián)系統(tǒng)的能耗接近。但隨著負(fù)荷的下降，水泵功率較小的系統(tǒng)就顯出優(yōu)勢了。水泵功率最小的大溫差并聯(lián)系統(tǒng)在25%的負(fù)荷下，比串聯(lián)系統(tǒng)節(jié)省24KW，在各種負(fù)荷下的能耗總值也最小。對于三級離心機(jī)組來說，大溫差并聯(lián)系統(tǒng)為最優(yōu)系統(tǒng)。采用三級壓縮主機(jī)的系統(tǒng)關(guān)于并聯(lián)系統(tǒng)的說明22比較以上所有的系統(tǒng)，可以看出，雖然大溫差并聯(lián)系統(tǒng)的水泵總功耗最低，并且該系統(tǒng)在單融冰或單主機(jī)供冷的時候可以少開一組泵，泵的能耗優(yōu)勢明顯，但主機(jī)的出口溫度比較低，這會引起主機(jī)能耗的上升，而導(dǎo)致整個系統(tǒng)能耗的增加。如采用性能較好的三級壓縮主機(jī)，就能夠?qū)⒋鬁夭畈⒙?lián)系統(tǒng)中水泵的優(yōu)勢發(fā)揮出來，同時整個系統(tǒng)功耗達(dá)到最低。三級離心機(jī)蓄冰的優(yōu)勢冰蓄冷系統(tǒng)融冰優(yōu)先主機(jī) 冰槽主機(jī)優(yōu)先主機(jī) 冰槽負(fù)11℃-->6℃-->3℃10℃-->6℃-->3℃11℃-->6℃-->3℃10℃-->5℃-->3℃荷減9℃-->6℃-->3℃9℃-->4℃-->3℃少8℃-->6℃-->3℃8℃-->3℃-->3℃時3.三級離心機(jī)上游布置可以實現(xiàn)主機(jī)優(yōu)先對于主機(jī)下游實現(xiàn)主機(jī)優(yōu)先是較為常見的作法，如果主機(jī)上游要實現(xiàn)主機(jī)優(yōu)先就會碰到一個問題：隨著負(fù)荷的下降，主機(jī)的出口溫度也會下降，從而影響主機(jī)的效率；單級壓縮的主機(jī)效率因受出口溫度的影響很大，一般是強(qiáng)烈推薦采用融冰優(yōu)先的，這樣可以讓主機(jī)的出口溫度維持在一個比較高的水平，而如果實施主機(jī)優(yōu)先，主機(jī)的出口溫度會下降。23故此時主機(jī)優(yōu)先的缺點是會讓主機(jī)的出口溫度變低，但是其優(yōu)點是可以讓主機(jī)滿負(fù)荷運行、設(shè)備的使用率高，故在初投資上較有優(yōu)勢，而結(jié)合前面的介紹三級壓縮離心機(jī)具有對出口溫度不敏感的特點，讓主機(jī)優(yōu)先更有經(jīng)濟(jì)上和效率上的優(yōu)勢。4.特靈的主機(jī)可以實現(xiàn)變流量控制蓄冰設(shè)備實際上是一種高效的換熱設(shè)備，不像冷水機(jī)組那樣有控制中心來控制出水溫度，因此蓄冰設(shè)備的放冷速度是靠流量變化來調(diào)節(jié)的，換言之，蓄冰設(shè)備采用的是變流量的調(diào)節(jié)方式。在傳統(tǒng)的蓄冰系統(tǒng)中，由于主機(jī)要求是定流量的，所以當(dāng)蓄冰設(shè)備與雙工況主機(jī)放在一起協(xié)同工作的時候，為了適應(yīng)主機(jī)的工作特性，系統(tǒng)也必須采用定流量的調(diào)節(jié)方式。串聯(lián)系統(tǒng)采用定流量，乙二醇泵的能耗會增加，另外，定流量系統(tǒng)會有大量的高低溫溶液混合，這樣會浪費主機(jī)的能耗；并聯(lián)系統(tǒng)主要靠流量來調(diào)節(jié)主機(jī)與冰槽的冷量分配，當(dāng)主機(jī)處于定流量時是不能調(diào)節(jié)主機(jī)容量的，故只能采用主機(jī)優(yōu)先的模式，需要采用將主機(jī)與冰槽的板換分開設(shè)置的雙板換系統(tǒng)來解決。特靈的主機(jī)(離心及螺桿機(jī))采用先進(jìn)的CH530的控制，可以接受每分鐘30%(采用流量補(bǔ)償卡時可達(dá)到50%)的流量變化，這樣主機(jī)就可以采用變流量的控制方式，當(dāng)主機(jī)與冰槽都可以實現(xiàn)變流量，整個系統(tǒng)即可以采用變流量的控制方式，這使得系統(tǒng)控制更靈活、更節(jié)能。雖然變流量控制會讓控制系統(tǒng)復(fù)雜，但對于大項目來說，可以節(jié)省水泵的運行費用，而控制需要增加的成本相對較少，使得變流量具備經(jīng)濟(jì)意義。變流量系統(tǒng)將是今后的一個重要發(fā)展方向，在中國已經(jīng)有越來越多的用戶采用特靈的變流量系統(tǒng)及主機(jī)。三級離心機(jī)蓄冰系統(tǒng)的總結(jié)單級壓縮主機(jī)在出口溫度下降的時候，效率下降的很快，故常常變成系統(tǒng)內(nèi)的主要矛盾，系統(tǒng)的設(shè)計需要圍繞著主機(jī)的性能來進(jìn)行設(shè)計，這讓系統(tǒng)的設(shè)計受到很多限制而變得很單一。三級壓縮的離心式主機(jī)因其獨特的性能，讓蓄冰系統(tǒng)有更多的設(shè)備可以選擇，重要的是它讓更多的系統(tǒng)方案成為可能，比如串聯(lián)系統(tǒng)主機(jī)下游布置、大溫差并聯(lián)系統(tǒng)、主機(jī)優(yōu)先、主機(jī)變流量等，使得蓄冰系統(tǒng)的設(shè)計可以突破主機(jī)的限制，從而真正實現(xiàn)按照項目的需求來進(jìn)行設(shè)計。這讓系統(tǒng)更靈活，更節(jié)能。冰蓄冷系統(tǒng)附錄型號制冷量滿負(fù)荷耗電指標(biāo)啟動蒸發(fā)器冷凝器kW(RT)kW(RT)kW(RT)kW/RT電流水流量水壓降kPa管程數(shù)水流量水壓降kPa管程數(shù)空調(diào)制冰-5.5℃制冰-6.5℃空調(diào)制冰-5.5℃制冰-6.5℃Am3h空調(diào)制冰m3h空調(diào)制冰420-379-305-560-T050S-500-I015S-5001582(450)938(267)802(228)0.7430.8620.904606291103111233457582480-379-317-560-T080S-560-T080L-6301758(500)1079(307)958(273)0.6420.8000.834606324100108236392942670-433-318-630-T080S-560-I080L-6301934(550)1525(434)1408(400)0.6750.8260.831935356118153240268792670-433-318-710-T080S-630-T080S-8002110(600)1317(375)1200(341)0.6740.8010.829935388113123243764662670-489-318-800-T080S-630-T080S-7102285(650)1532(436)1419(404)0.6780.8090.829935421130144247591922780-621-323-900-T080S-710-I080S-8002461(700)1851(527)1732(493)0.7120.8240.859935453121133251555552780-621-323-1000-T080S-710-I080S-8002637(750)1864(530)1748(497)0.7180.8490.866935485137152255263632920-621-317-1120-T142L-1080-T142L-9802813(800)2165(616)1995(568)0.6630.8020.824935516109115258193942920-621-317-1120-T142L-1080-T142L-9802989(850)2179(620)2014(573)0.6580.7960.818121255012212926181031052920-716-320-1250-T142L-1080-T142L-9803164(900)2263(644)2125(604)0.6800.8220.840121258213514526571151172920-716-318-1250-T142L-1080-T142L-9803340(950)2240(6