冰蓄冷空調的系統設計及節能優化措施

　　摘 要： 本文介紹了冰蓄冷中央空調系統的設計，以及冰蓄冷空調系統的設計方法。由于系統的初投資費用很高，限制了其發展的狀態，分析了冰蓄冷空調系統的設計優化節能的措施。
　　關鍵詞： 冰儲冷空調 系統設計 節能優化措施
　　1.引言
　　蓄冷空調技術應用在中國已有三十多年的歷史，但冰蓄冷空調技術的發展和工程應用是近十年特別是二十世紀九十年代以來，全國各地的冰蓄冷空調應用成功。我省大約在九十年代初已經開始對蓄冰空調項目進行嘗試，但由于種種原因，最后以失敗告終，對我省發展冰蓄冷技術產生了負面的影響。建筑空調蓄冷系統的主要目的是傳遞空調電力高峰負荷，減輕對電網絡壓力，降低設備容量，低峰享受優惠電價。這一技術的應用，可以給用戶節省運行費用；相比較對國家來說，可以平衡電網峰谷差，提高電能的利用率和電力設備的運行效率，緩解電力短缺的情況，是一種符合我國國情的先進技術。隨著電力工業的發展和產業結構的調整和電網峰谷差電矛盾日益突出，蓄冷空調技術已成為電力部門的“削峰填谷”工作重點。
　　當然，蓄冷空調普及應用技術需要，合理的電力價格制度，投資蓄水冷設備的主要目的是通電蓄冷來節約電費支出。2003年8月，江蘇省出臺了分時電價具體實施方案，目的是通過財政支持和稅收優惠等手段蓄冷調動工程建設的積極性，為我省冰蓄冷空調技術的發展創造了必要的條件。
　　2.冰蓄冷空調系統的設計
　　2.1空調負荷計算
　　將采用“冷負荷系數法”，計算出圍護設備、照明、結構及補充新風的逐時冷負荷（每天24小時的逐時冷負荷），并提供準確的設計典型日負荷曲線。
　　2.2蓄冰系統的選擇
　　2.2.1蓄冷模式的選擇
　　2.2.1.1全蓄冷式
　　全蓄冷是在電力使用低谷期儲存所需的冷量，避免制冷機在高峰期運行。這種系統在夜間非高峰期制冷機運行，蒸發器產生的載冷劑提供給蓄冷裝置，低溫冷量以冰的形式蓄存。此時建筑空調系統不運行。在空調系統運行期間，制冷機不運行。所需冷量100%由蓄冰裝置中冰融化提供。此類型系統的運行成本最低，但所需制冷機容量和蓄冷容量很大，初投資較大，僅適合于空調時間相對蓄冷時間很少的場合，如體育館、影劇院、辦公樓和食品工業中的牛奶冷卻等。
　　2.2.1.2局部蓄冷式
　　設計功率峰值區總冷卻負荷，部分蓄冰裝置，另一部分由制冷機負擔。這種方式可以減少初投資，還可以節省運營成本，因此它被廣泛地應用于各種實際工程項目。
　　2.2.2如何選擇蓄冷主機
　　使用所選擇的蓄冷模式確定的蓄冷主機的容量。全蓄冷式在用電高峰期的總冷負荷的都是有蓄冷主機提供，需要蓄冷主機的功率大。而局部蓄冷式是一個容量小，同時也要充分考慮和分析蓄冷比例。較大的蓄冷主機，具有運行成本高等特點，而較小的蓄冷比，那么蓄冷的優勢不明顯。所以，采用合適的蓄冷比，最終會達到節能的最佳投資效果的。一般來說，最佳的在30%～70%。在冰蓄冷空調系統設計的時候，要掌握在制冷機組在不同的情況運行的制冷量的變化；制冷機容量也應該采取考慮5%～10%的剩余量。
　　2.2.3蓄冰裝置的選擇
　　采用所選蓄冰主機容量和蓄冷比，根據以下計算式計算蓄冰裝置的容量：
　　Q=Q×n×β
　　上式中：Q——為蓄冰裝置容量，KW·h；
　　Q——為空調工況下主機容量，KW；
　　n——為蓄冰小時數；
　　β——為蓄冷比。
　　3.冰蓄冷空調設計中的節能優化的措施
　　冰蓄冷系統可以實現電網的“移峰填谷”的效果，這可從價格差中帶來經濟效益。但是，冰蓄冷系統的初投資費用比常規空調高很多，成為限制其發展的一個重要因素。如何最大限度地發揮其節能的優點，可快速恢復最初的投資，是冰蓄冷空調技術和設計的關鍵。以下措施可以起到節能優化的作用。
　　3.1降低送風系統的溫度
　　空調系統的送風溫度從常規的12℃降到4～12℃，同一條件下冷卻空調負荷量減少，從而減少功率消耗的風機正常運行所消耗的功率，使系統節約能源和降低運營成本。根據流體力學的風機功率公式可以得出，送風量減少會使風機所耗功率會三次方下降。此外，送風量減少伴隨著風管尺寸的減小，從而使系統減少了初投資。因此，降低空氣溫度可以使冰蓄冷空調系統在實施“移峰填谷”的同時，并能降低系統的運行費用和初投資，取得了可觀的經濟效益。
　　值得注意的是，由于送風空氣溫度和空氣量減少，如果直接進入空調區域的送風裝置，容易使其表面凝結，并且低溫度的空氣能使人的身體溫差太大造成不適。因此，必須采取特殊的措施有效地避免這種情況的發生。
　　3.2增加熱回收裝置
　　空調系統排風中的余熱直接排放到大氣中，既造成城市的熱污染，又浪費了熱能。如果將排風中的余熱（余冷）加以回收再利用，如加熱生活熱水、處理新風等，則可提高系統的整體能源利用率，達到節能的目的，同時又可降低機組負荷，節省初期投資。熱回收裝置可分為兩大類：全熱回收裝置和顯熱回收裝置。全熱回收裝置用具有吸濕作用的材料制作，既能傳熱又能傳濕，可同時回收顯熱和潛熱；顯熱回收裝置則用不含吸濕作用的材料制作，只能傳熱，不能傳濕，只能回收顯熱。在設計中，對全熱回收裝置和顯熱回收裝置的選擇應因地而宜。
　　3.3使用熱管技術
　　熱管作為傳熱元件，由于其良好的傳熱性能，正越來越多地應用到各種工程項目中。該熱管應用在冰蓄冷系統，可以提高冰蓄冷空調的傳熱性能，提高能源利用效率。
　　3.3.1直接式熱管冰蓄冷
　　采用熱管冷凝段置于制冷系統的蒸發器中，熱管的蒸發段置于蓄冰池中直接蓄冰，稱為直接式熱管冰蓄冷系統。該系統由于熱管熱變換，從而克服的長度所造成的制冷劑壓降和回油困難，由于管道腐蝕和制冷劑泄漏現象，融冰過程由外向內融化，溫度較高的冷凍水回水與冰直接接觸，可以在較短的時間內制出大量的低溫冷凍水，提高了能源的利用效率，因此特別適用于短時間內要求冷量大、溫度低的場合。系統的問題是，如果存儲冰沒有完全融化的冰塊，將增加電力消耗及系統設計和安裝難度。
　　3.3.2間接式熱管冰蓄冷
　　采用二次冷媒將制冷系統與蓄冷系統進行連接，熱管蒸發段置于蓄冷池中，冷凝段置于蓄冷池之上。二次冷媒經制冷機組蒸發器降溫后流經熱管冷凝段進行換熱，利用熱管高效的傳熱特性對蓄冷池直接蓄冷，這種系統目前尚處于研究中。該裝置的最大優點在于無需對傳統的制冷機組進行結構改裝即可直接應用于工程中，且少量的熱管破裂及泄漏均不影響系統的正常運行。熱管技術在設計中應注意，在熱管冰蓄冷過程中，冰直接凝固在熱管上，隨著冰層厚度增加，傳熱熱阻加大，將導致結冰速度緩慢，降低能源的使用效率。若能使熱管在結冰達到一定厚度后冰層自動從熱管蒸發段脫落，使熱管總是維持在一個傳熱熱阻較小、換熱性能較高的水平，這樣將會顯著提高整個蓄冷系統的效率，減少設備投資容量，也更為節能。
　　4.結語
　　采取多種方式減少初投資，努力發展蓄冰空調系統的產品改進設計、安裝、操作、維修復雜，發展自適應控制系統進一步降低運營成本，使操作簡單化，設置標準的設計軟件，提供標準的冰蓄冷參數的產品和技術信息，將有力改變中國目前蓄冰空調的發展緩慢的情況，如果能有效地解決以上的問題，冰蓄冰空調系統將有更大的發展空間。
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　　該文章為南京交通職業技術學院大學生實踐創新項目，項目編號：CX111