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冰蓄冷空调系统设计节能措施讨论

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时间: 2018-03-21
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冰蓄冷机房

1冰蓄冷空调系统的设计


  1.1空调负荷计算

  采用“冷负荷系数法”,分别计算出围护结构、照明、设备、新风等各项逐时冷负荷(每日24h的逐时冷负荷),并准确提供典型设计日的日负荷图。


  1.2蓄冰系统选择

  1.2.1蓄冷模式选择

  (1)全蓄冷式:蓄冰时间与空调时间完全分开,设计日电力峰段的总冷负荷全部由蓄冰装置提供。这种运行方式多用于间歇性空调场合,如体育馆、影剧院、写字楼等,但其制冷器容量大,初投资费用高[1]。

  (2)部分蓄冷式:设计日电力峰段的总冷负荷,一部分由蓄冰装置提供,另一部分由制冷机承担,这种方式既能降低初投资,又能节省运行费用,因此被广泛应用于各种工程项目中。

冰蓄冷、冰蓄冷罐


  1.2.2蓄冷主机选择

  根据所选定的蓄冷模式来确定蓄冷主机容量,全蓄冷式由于电力峰段的总冷负荷全部由蓄冷装置提供。因此主机所需容量大,部分蓄冷式主机容量则要小许多,但部分蓄冷式主机选择时,还要充分考虑和分析蓄冷比例。蓄冷比越大,蓄冰主机容积越大,运行费用越高;蓄冷比越小,蓄冷优越性不明显,且相应的制冷机容量越大。因此,必须选择合适的蓄冷比,才会实现既节能又节省初投资的最佳效果。一般,最佳蓄冷比以30%~70%为宜。空调蓄冰系统用冷水机组需要适应空调工况和蓄冰工况,在设计蓄冰空调系统时,应掌握冷水机组在不同工况下运行时的制冷量变化,制冷机容量也应考虑5%~10%的余量。此外,必须确定蓄冰期载冷剂的供水温度[2]。


  1.2.3蓄冰装置的选择

  据所选蓄冰主机容量及蓄冷比,可按下式计算蓄冰装置容量:

  Qx=Q•n•β,(1)

  式中:Qx为蓄冰装置容量,kW•h;Q为空调工况下主机容量,kW;n为蓄冰小时数,h;β为蓄冷比。

冰蓄冷、冰蓄冷罐


  2冰蓄冷空调设计中的几种节能优化措施


  空调冰蓄冷系统能很好地实现电网“移峰填谷”作用,从而可以获得由电价差带来的经济效益。然而,冰蓄冷系统的初投资较常规空调高许多,成为制约其发展的重要因素之一。如何使其最大限度地发挥节能优势,从而能更快地回收初期投资,是冰蓄冷空调技术及设计中的关键所在。鉴于此,笔者总结了以下一些行之有效的节能优化措施。


  2.1降低送风温度

  将空调系统的送风温度由常规的12℃降为4~12℃[3],使得相同冷负荷下的送风量减少,从而减少风机运行所消耗的功率,使系统节约能耗且运行费用降低。由流体力学风机功率公式可推导得出,风机所耗功率会随送风量减少呈三次方下降。此外,送风量的减少意味着送风管道尺寸的减小,从而使系统初期投资降低。由此可见,降低送风温度可以使冰蓄冷空调系统在实现“移峰填谷”的同时更具节能性,且能降低系统的运行费用和初投资,实现可观的经济效益。使用该措施需要注意:由于送风温度降低和送风量减少,若直接进入空调区域,容易发生送风装置表面凝露,且低温空气会使人身上的温差过大而产生不适。因此,必须采取特别的措施来有效地避免这种情况。譬如采用诱导器混合风箱向室内送风,用专用散流器向室内送风等。另外,还要对管道保温材料及保温层厚度等加以研究,做好风管保温,以防水蒸气凝结带来的损失。


  2.2增加热回收装置

  空调系统排风中的余热直接排放到大气中,既造成城市的热污染,又浪费了热能。如果将排风中的余热(余冷)加以回收再利用,如加热生活热水、处理新风等,则可提高系统的整体能源利用率,达到节能的目的,同时又可降低机组负荷,节省初期投资。热回收装置可分为两大类:全热回收装置和显热回收装置,全热回收装置用具有吸湿作用的材料制作,既能传热又能传湿,可同时回收显热和潜热;显热回收装置则用不含吸湿作用的材料制作,只能传热,不能传湿,只能回收显热。在设计中,对全热回收装置和显热回收装置的选择应因地而宜,研究表明,广州、深圳等冬冷夏热且全年湿度较大的城市,全热回收装置的热回收效果要高于显热回收装置。而像哈尔滨、沈阳等北方城市,则显热回收效果要比全热回收效果好。因此,在设计中要结合各地气候条件综合考虑;另外,如果全热回收装置排风道与送风道之间不严密,可能出现送排风渗混的情况。因此,当排风中存在有毒、有害气体时,不宜采用全热回收装置。


  2.3采用热管技术

  热管作为传热元件,因其优良的传热特性,越来越多地被推广应用到各种项目工程中。将热管应用于冰蓄冷系统中,可以改善冰蓄冷空调的传热性能,提高能源的使用效率[4]。


  2.3.1直接式热管冰蓄冷

  将热管冷凝段置于制冷系统的蒸发器中,热管的蒸发段置于蓄冰池中直接蓄冰,称为直接式热管冰蓄冷系统。这种系统由于热管自身有热变换功能,因而克服了由管长引起的制冷剂压力降低及回油难、因管路腐蚀而发生制冷剂泄漏现象等缺点,融冰过程由外向内融化,温度较高的冷冻水回水与冰直接接触,可以在较短的时间内制出大量的低温冷冻水,提高了能源的利用效率,因此特别适用于短时间内要求冷量大、温度低的场合。该系统存在的问题主要有:若储存的冰没有完全融化而再度制冰,则会增加制冷设备电耗量;系统的设计安装难度较大。


  2.3.2间接式热管冰蓄冷

  采用二次冷媒将制冷系统与蓄冷系统进行连接,热管蒸发段置于蓄冷池中,冷凝段置于蓄冷池之上。二次冷媒经制冷机组蒸发器降温后流经热管冷凝段进行换热,利用热管高效的传热特性对蓄冷池直接蓄冷。采用热管技术在设计研究中应当注意:在热管冰蓄冷过程中,冰直接凝固在热管上,随着冰层厚度增加,传热热阻加大,将导致结冰速度缓慢,降低能源的使用效率;若能使热管在结冰达到一定厚度后冰层自动从热管蒸发段脱落,使热管总是维持在一个传热热阻较小、换热性能较高的水平,这样将会显著提高整个蓄冷系统的效率,减少设备投资容量,也更为节能。


  3结束语


  冰蓄冷空调系统设计中的其他优化措施尚有:

  (1)充分考虑系统流程布置方式。如串联系统中,冷水机下游布置方式可以降低成本,改善蓄能槽放热特性;

  (2)合理配置冰蓄冷空调系统末端装置。合理的末端装置有利于降低运行能耗,提高系统有效利用率;

  (3)选择合理的控制策略。常用的控制策略主要有:制冷主机优先、蓄冰槽优先和优化控制,无论选择何种控制策略,均要在制冷周期时使制冷机在最大限度能力下运行,并且在从制冰到制冷机常规运行程序的转换时须持续进行,同时要确保制冷机安全可靠地运行。冰蓄冷空调系统中采用热管技术,在实现“移峰填谷”的同时,能够提高能源利用效率,也更为节能。如果能够有效地解决以上所述存在的问题,热管冰蓄冷空调系统将会拥有更为可观的发展空间。


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