冰蓄冷空调系统设计

华电电力科学研究院杭州华电华源环境工程有限公司二○一一年十二月一、冰蓄冷技术发展历史背景1、30～60年代，减少冷机容量，降低初投资，主要用于影剧院、教堂、乳品加工厂等短时间降温、周期性使用的场所。随着制冷机制作成本的降低，逐渐失去吸引力。2、70～80年代，随着世界范围内的能源危机加剧，促使冰蓄冷技术迅速发展。主要在一些只在用电高峰时段使用空调的建筑物，如办公楼、大型商场内推广使用。3、80～90年代，除了转移尖峰用电时段的空调负荷目标外，又增加了利用冰蓄冷的“高品位冷能”，以提高空调制冷系统整体能效和降低制冷系统整体投资及建筑造价、改善室内空气品质和热舒适性的目标。二、冰蓄冷技术原理在夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将冷量以冰的形式储存起来，而在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足建筑物空调负荷的需要。三、冰蓄冷技术特点①平衡电网峰谷荷，减缓电厂和输配电设施的建设和投资。②空调用户制冷主机容量减少，空调系统电力增容费和供配电设施费减少。③利用电网峰谷电力差价，降低空调运行费用。④冷冻水温度可降到1－4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。⑤空气相对湿度较低，空调品质提高。⑥具有应急冷源，空调使用可靠性提高。⑦冷量对全年负荷的适应性好，能量利用率高。⑧通常在不计电力增容费的前提下，一次性投资较大。⑨蓄冷时由于制冷主机的蒸发温度较低，效率有所下降。⑩尽管由于制冷设备的减少可以减少空调机房面积，但要增加放置蓄冰设备的地方。四、冰蓄冷技术适应条件在执行峰谷电价且峰谷电价差较大的地区，具有下列条件之一，经经济技术比较合理时，宜采用蓄冷空调系统：①建筑物的冷负荷具有显著的不均衡性，低谷电期间有条件利用闲置设备进行制冷时；②逐时负荷的峰谷差悬殊，使用常规空调系统会导致装机容量过大，且经常处于部分负荷下运行时；③空调负荷高峰与电网高峰时段重合，且在电网低谷时段空调负荷较小；④有避峰限电要求或必须设置应急冷源的场所；⑤采用大温差低温供水或低温送风的空调工程；⑥采用区域集中供冷的空调工程。⑦在新建或改建项目中，需具有放置蓄冰装置的空间。五、冰蓄冷系统分类冰盘管式冰片滑落式、冰晶式容积式融冰机理六、蓄冰盘管结冰、融冰性能标准系列盘管储冰装置在不同制冰时间下主机出口温度的变化曲线-6-5.5-5-4.5-4-3.5-3-2.5-20306090120150180210240270300330360390420450480510540制冰时间（分钟）温度（℃）7小时完成结冰8小时完成结冰9小时完成结冰六、蓄冰盘管结冰、融冰性能七、系统配置模式全量蓄冰分量蓄冰混合蓄冰全量蓄冰826826826826826826826560735830940960980100093578054082682682601002003004005006007008009001000Rt123456789101112131415161718192021222324时间储冰负荷融冰负荷分量蓄冰融冰优先34834834834834834834813842231342240842251842253842255842257842251342235842211842234834834801002003004005006007008009001000负荷（Rt）01234567891011121314151617181920212223时间储冰负荷融冰供冷机组供冷分量蓄冰主机优先422422422422422422422478824782574783524784624784824785024785224784574783024786242242242201002003004005006007008009001000负荷（Rt）01234567891011121314151617181920212223时间储冰负荷融冰供冷机组供冷三种模式的设备容量比较项目全量储冰融冰优先主机优先压缩机容量（RT）1131578478蓄冰容量（RTh）826042203480八、系统流程冰蓄冷系统流程一般形式l冰球并联流程l盘管串联流程a.主机下游串联流程b.主机上游串联流程主机与蓄冰槽并联回水供水主机储冰槽主机与蓄冰槽串联回水供水主机蓄冰槽回水供水储冰槽主机各种流程比较流程形式设计供水温度及温差主机效率蓄冰装置要求控制性能并联供水温度5℃供回水温差5℃较高低控制复杂融冰优先难实现主机下游串联供水温度2~4℃供回水温差7~10℃低低融冰优先难实现主机上游串联供水温度2~4℃供回水温差7~10℃高高控制简单可以轻松实现主机优先、融冰优先控制串联主机上游系统流程特点乙二醇系统供水温度低，根据要求可以提供2～4℃的低温乙二醇。制冷主机效率高，较并联流程提高3～4.5%，较主机下游串联流程提高9%。乙二醇侧大温差设计，较并联流程减小了乙二醇泵、管路及附件规格。系统乙二醇填充量约为冰球或冰板系统的1/4。系统控制简单，可以轻松实现各种工况切换及根据负荷情况选择主机优先或融冰优先的控制模式。系统运行能耗低。系统流程更简单，布置紧凑，简化施工及维护管理。并联系统流程开启双工况主机制冰运行工况主机与蓄冰装置联合供冷主机制冰兼联合供冷融冰单独供冷主机单独供冷调节关闭V1a、V1b、V3V1a、V1b、V3、V4V4V1a、V1b、V2V2、V4V2、V3V1a、V1b、V4V2V3、V4V1a、V1bV2、V3初级乙二醇泵双工况冷水机组蓄冰槽次级乙二醇泵板换冷冻水泵基载冷冻水泵基载冷水机组分水器集水器串联单级泵系统流程乙二醇泵双工况冷水机组供冷板式换热器板换冷冻水泵基载冷冻水泵基载冷水机组分水器集水器蓄冰盘管膨胀水箱开启双工况主机制冰运行工况主机与蓄冰装置联合供冷融冰单独供冷主机单独供冷调节关闭V2、V3V5V3、V4V2V1a、V1bV2、V3，V4、V5V4、V5V1a、V1b、V2、V5V1a、V1b、V4V1a、V1b、V3串联双级泵系统流程开启双工况主机制冰运行工况主机与蓄冰装置联合供冷融冰单独供冷主机单独供冷调节关闭主机制冰兼供冷V2、V3V5V3、V4V3V2V1a、V1bV2、V3，V4、V5V4、V5V4、V5V1a、V1b、V2、V5V1a、V1b、V4V1a、V1b、V3V1a、V1b、V2初级乙二醇泵双工况冷水机组冷冻水泵分水器集水器蓄冰盘管膨胀水箱供冷板式换热器次级乙二醇泵串并联系统流程开启双工况主机制冰运行工况主机与蓄冰装置联合供冷融冰单独供冷主机单独供冷调节关闭主机制冰兼供冷V2、V3V3、V4、V7、V8V3、V4、V8、V9V2、V3、V4、V5、V6、V8V1a、V1b、V7、V8、V9V2、V3，V4、V5V4、V8V1a、V1b、V7、V9V6初级乙二醇泵双工况冷水机组冷冻水泵分水器集水器蓄冰盘管膨胀水箱供冷板式换热器次级乙二醇泵外融冰系统流程开启双工况主机制冰运行工况主机与蓄冰装置联合供冷融冰单独供冷主机单独供冷调节关闭主机制冰兼供冷V1a、V1a、V2、V3、V4V3、V4V4V2V1a、V1bV3、V4V4、V5V2、V3V1a、V1b、V2V1a、V1b、V3V1a、V1bV2乙二醇泵双工况冷水机组冷冻水泵分水器集水器蓄冰盘管膨胀水箱放冷泵主机供冷板换融冰供冷板换鼓气泵九、系统控制策略及特点分量蓄冷系统的控制较复杂，除了保证蓄冷工况与供冷工况之间的转换操作以及空调供水温度控制以外，主要应解决制冷主机和蓄冷装置之间的供冷负荷分配问题，充分利用蓄冷系统节省运行费用。常用的控制策略有三种，即：主机优先，融冰优先和优化控制。制冷主机优先制冷主机优先控制特点主机满负荷运行，冷量不足由融冰补充在部分负荷时，主机出水温度下降，效率降低随着建筑物的负荷的降低，蓄冷装置的使用率也会降低，不能有效的削减峰值用电而节约运行费用控制简单，运行可靠融冰优先融冰优先控制特点蓄冰装置按要求提供冷量，冷量不足由主机补充，主机经常运行在部分负荷下。主机出水温度设定较高，效率较高随着建筑物的负荷的降低，蓄冷装置的使用率能得到保证，能有效的削减峰值用电而节约运行费用控制较主机优先复杂，如果不能解决好释冷量的在时间上的分配问题，可能造成在某些时间段总的供冷能力不足。十、设计、计算1、工程概况●建筑性质、规模（面积、层高）、机房位置、变配电房、冷却塔位置、设备层承载、末端管材、末端定压方式等●尖峰负荷、使用时间、电价时段、供回水温度等2、负荷确定●软件计算●逐时负荷系数●类似工程●由甲方提供的设计院计算数据3、系统流程选择（典型形式）●冰蓄冷流程：冰球并联流程、蓄冰盘管串联流程设备选型配置1、设备品牌a.制冷机组：约克、特灵、顿汉布什、麦克维尔、克莱门特b.水泵（乙二醇泵、冷冻水泵、冷却水泵、蓄热水泵、供热水泵、生活热水循环泵）：上海凯泉、格兰富（PACO）、ITT、威乐c.板换：SWEP、APV、ALFALAVALe.蓄冰装置：源牌产品、BAC钢盘管、益美高钢盘管、FACO塑料盘管、高灵冰筒、西亚特冰球f.蓄热装置（方形水箱、圆形水箱）：自制g.冷却塔：上海良机、上海金日、上虞联丰、广州马利h.定压装置（乙二醇、冷冻水）：自制或外购i.管道及分、集水器：自制设备选型配置2、设备容量a.为解决夜间蓄能期间末端负荷所设的基载，其容量按夜间末端最大负荷确定b.白天末端负荷较大，受蓄能空调能力所限，大部分的负荷由常规基载提供的系统，其基载容量按尖峰负荷减去蓄能空调所能提供的最大容量c.板换换热量为尖峰负荷减去基载容量，系统没配置基载时即为尖峰负荷d.蓄能水泵应满足板换换热量和主机容量的要求，冷热水循环泵应满足末端负荷的要求e.蓄能主机应满足蓄能容量的要求以及联供时所承担的负荷f.蓄能装置应满足避峰单供时或联供时所承担的负荷设备选型配置g.冷却塔及冷却泵应满足当地室外湿球温度下所需处理冷水机组的散热量进出口5℃温差时的冷却水量（其中散热量为主机名义下的制冷量和电机的功率，实际上还包括冷却水泵的输入功率）h.乙二醇定压装置应按系统容积25%乙二醇溶液在16℃与-10℃不同温度下的密度来计算膨胀量，确定气压罐或开式系统中的水箱容积。i.末端管路膨胀量,冷冻水约0.1L/kW，热水约0.3L/kWj.冰球系统蓄冰槽容积按蓄冰量的0.072m3/RTH，纯乙二醇量按0.9～1T/100RTH进行估算k.盘管系统纯乙二醇量：源牌盘管0.2T/100RTH，BAC盘管0.247T/100RTH设备选型配置l.常规空调供回水温度7/12℃，供热供回水温度60/50℃m.制冰温度：盘管系统-5.5℃，冰球系统-6.7℃n.板换乙二醇侧进出口温度:盘管3.5℃/10.5～11℃，冰球系统5℃/10℃设备选型配置3、设备台数a.配置螺杆冷水机组时，最多考虑三～四台。对于供冷规模较大的系统，可考虑大型制冷量的离心式冷水机组b.水泵与主机一对一设置(大型主机可考虑二台水泵与一台主机相对应）c.蓄能装置蓄能量大小以主机出力（低谷电时段）、场地大小以及初投资确定d.板换基本上与主机一对一或少于主机台数，单台换热量大于4000kW时考虑一分为二，变成二台。从安全、可靠运行的角度来看选用多台使用互备较好，但投资增加。e.冷却塔与主机一对一设置设备选型配置4、水泵扬程估算a.乙二醇回路，主机蒸发器、盘管、板换（乙二醇侧）压降按样本或厂家提供的计算书，管道估算8米，富裕2米，总扬程在32米～45米之间一级泵系统乙二醇泵扬程负担蒸发器、盘管、板换（乙二醇侧）以及所有乙二醇管路的压降二级泵系统初级泵负担蒸发器、盘管以及部分乙二醇管路；次级泵系统负担板换以及部分乙二醇管路b.冷冻水回路，板换（水侧）压降、基载蒸发器压降按样本或厂家提供的计算书，管道（机房、末端管网）估算22米，总扬程在32米～38米之间设备选型配置c.冷却水回路，主机冷凝器压降、冷却塔扬程按样本或厂家提供的计算书，管道估算6米，富裕2米，总扬程在22米～28米之间以上乙二醇管路和冷冻