第二部分：冰蓄冷技术

第二部分：冰蓄冷技术能源与环境工程学院2007年9月如何减少运行费用？空调系统白天（12h）耗用峰电480kWh晚上（12h）耗用谷电480kWh峰谷电费600元/天1.0元/kWh0.25元/kWh1、问题的提出：空调系统白天（12h）耗用峰电240kWh晚上（12h）耗用谷电480kWh240kWh共耗电720kWh峰谷电费？元/天1.0元/kWh0.25元/kWh－240kWh结论：方案：冰蓄冷空调技术是指建筑物空调所需冷量的部分或全部在非空调时间(深夜)制备好,并以冰的形式储存起来供用电高峰时的空调使用,从而将电网高峰高电价时的空调用电转移至电网低谷低电价时使用,达到节约电费的目的。2、冰蓄冷的定义削峰添谷3、冷机与蓄冷装置的布置方式串连系统并联系统制冷机组制冷机组冰槽泵换热器串联系统原理图V2V1V5V4V1V3V6V1制冰储存冷量融冰供冷联合供冷制冷机储冰桶换热器冷却塔冷冻水泵冷却水泵乙二醇泵v1v3v2并联系统图制冷机运行制冷,在储冰槽内制冰储存,即初级乙二醇泵运行,V1门打开,V2、V3门关闭;在融冰供冷时,过渡季节或空调供冷量小的情况下,停开制冷主机,将储冰槽冷量供空调系统使用,即次级乙二醇泵运行,V1、V3门打开,V2门关闭;在制冷机与融冰联合供冷时,白天空调高峰冷量由制冷主机制冷和储冰槽融冰冷量一起供板式换热器联合循环供空调系统使用,即制冷主机次级乙二醇泵运行,V2门关闭。冰蓄冷空调之所以得到各国政府和工程技术界的重视,是因为它不仅对电网具有卓越的移峰填谷功能,而且对常规空调的空气品质、可靠性以及运行经济性也有促进作用,其突出优点在于：(1)利用电网谷荷电力,平衡电网负荷,充分发挥电厂和供配电设施的作用;(2)减少制冷机组容量,减少供电设备费以及基本电费;(3)利用峰谷电力差价,降低空调运行费用;(4)冷冻水温度可降低到1～4℃,实现低温送风,节约空调末端用电功率和设备费用;(5)冷却塔、冷却水泵配管等辅助设施减少,节约投资和运行费用;(6)空调室内空气相对湿度低,冷却速度快,空调品质好;(7)有条件使全年空调需冷量和供电量一对一配合,可节约电力;(8)具有应急冷源,利用建筑群自备电源,可不间断供空调使用,提高其可靠性。4、冰蓄冷的优点合理确定最佳蓄冷比例的方法:对空调负荷按科学比例分配给制冷机和蓄冷装置是可取的方法,但对这个比例值的取定应做经济优化分析,不能拼命追求为了最大电价差的使用,而取很大的蓄冰比例,以免蓄冷器容积过大,这样变压器配电容量也将增大,从而使运行费用增加。但如若蓄冷比例取值过小,就不能突出蓄冷的优越性,蓄冷设备固然减小了,但制冷机却增大了,在这当中存在着一个最佳配比例设计时应认真对待进行优化设计比较,一般最佳蓄冷比例以30～70%之间为宜。5、冰蓄冷空调系统的优化设计方法6、冰蓄冷系统的分类冰蓄冷的种类很多,归纳起来有以下常用的几种:1.完全冰结式;2.优待盐式;3.冰球蕊心冰球式;4.制冰滑落式;5.热管式;6.冰晶、冰片式;7.冰盘管式;8.供冷蓄冷双效机等7、冰蓄冷系统的运行方式静止制冰制冰方式按蓄冷方式全蓄冷式半蓄冰式动态制冰制冰方式直接蒸发冰蓄冷系统盐水间接冷却蓄冰系统全蓄冷式蓄冰时间与空调时间完全分开,夜间用电谷值期间,制冷机用于制冰,一般采用静止型制冰,当冰层厚度达到设定值时便停机,设定厚度值由电脑预测第二天负荷用冷量来控制,在白天空调开始运行后的用电高峰值期间,水与冰换热,冰水用于空调,制冷机不运行,这种系统制冰器要承担全部负荷,多数用于间歇性的空调场合,如体育馆、影剧院、写字楼、商业建筑等。但制冰器要求容量大,投资费用高;在用谷值期间,制冷机用于蓄冰制冰运行,在白天里,一部分负荷由蓄冰器承担,另一部分则由制冷机直接负担,这种方式可由下面三种方法运行压缩机辅助系统系统全部冷媒均进入蓄冰器,这种系统不仅夜间制冰,在空调高峰期间也是一边融冰,一边继续制冰,这种系统初投资最省,但因昼夜制冰,始终维持较低的蒸发温度,故耗电量较大,与以上两种方法相比,因其系统简单,初投资省而得到最普遍的青睐与应用。半蓄冰式冰水并联系统系统中空调器只需一个盘管,空调期间,冷媒不直接送入空调器而是在另一组蒸发器中蒸发,制成冰水送入制冰器中与冰换热,进一步冷却成低温冷水,再送入空调器盘管使用,蓄冰器与制冰水蒸发器回路是并联的.冰媒并联系统系统的空调器中有两个盘管,用电“谷值”期间,制冷机冷媒送入蓄冰器制冰。空调期间,制冷机冷媒送入空调器一个盘管直接蒸发,而蓄冰器中的冰水则送入另一个盘管,蓄冰器与空调器中的冷媒回路是并联的.氟里昂直接蒸发式蓄冷是由冷媒管道直接制造冰,盘管外表形成50～75ｍｍ厚的冰层,日间供冷时,冰的熔解是由外至内,在夜间制冷时这种溶解法内部的冰水很快结冰,或因上次未全部溶解而使冰附在管外壁,这种蓄冰通过管道外表上的冰使冻水结成冰。这一制冷方式需要控制冰的厚度不超过50ｍｍ左右,否则因冰层热阻大,冷媒的传热受到影响,导致机组自动停止或爆裂。另外对直接蒸发系统,当蒸发器结冰时,压缩机吸气温度较低,单位制冷量的耗电量增加。直接蒸发冰蓄冷系统盐水不冻液蓄冰则是将冰桶与蒸发器分开,因此制冷时的运作不会影响蒸发器。盐水不冻液间接冷却虽增加盐水输送部分费用,但系统整个ＣＯＰ较高,长期运转费用会降低。因此,笔者建议,在条件具备时,应优先采用间接冷却制冰。盐水间接冷却蓄冰系统由蓄冷器先承担负荷,当蓄冰器能承担时,制冷机停机,只有在蓄冷量不满足负荷时,制冷机才辅助运行,由于蓄冰器先承担负荷,冰的消耗量很大,这种装置适合于低峰时使用,冰优先负荷很适合于低温空气系统,此时出口较低的盐水温度可由制冰机保证。融冰的方法制冷机优先供给状况,蓄冰器优先供给状况限定需要量供给制冷机负荷优先系统是由制冷机优先运行,如能满足要求时,则蓄冰箱处于旁路,只有当制冰机不能满足于负荷时,才用冰补充,这种系统比较普遍,冷负荷直接反馈到制冷机,使制冷机优先通过对蓄冰器和制冷机的控制达到理想的供液温度,这种系统只有在高峰负荷时冰才融化8、冰蓄冷在高层空调建筑特点冰蓄冷设备体形小,一般比水蓄冷节约建筑面积和空间70～80%左右。制冷设备规模大大缩小,蓄冰槽容积仅为蓄冷水池的10～30%左右。由于冰蓄冷空调系统中冷水水温特别低(约2℃左右),可采用低温送风—大温差送风。因而使送风温差为△ｔｓ=27-19=8℃时,冰蓄冷空调系统的送风温差可达△ｔｓ=27-14=13℃以上,送风量可减小40%左右。采用低温送风时,还可降低空调房间的相对湿度,在相对湿度35～45%的典型情况下,干球温度可在一般室内舒适温度的设定点上提高1～2℃,而居住者同样会感觉舒服。这种效果可在制冷的能量上减少5～10%。对于冰蓄冷空调系统,由于冷水水温特别低(约2℃左右),可以通过热交换器,形成闭路空调水系统,避免了开式水系统由于水的高度提升而损失的能量,从而大大节约能量。9、冰蓄冷技术的应用实例9.1二、(2)(2)完全冻结式即将冰盘管改为PVC塑胶管伸入蓄冰槽内,管内充以低温盐水(二次冷剂)使蓄冰桶内的水结冰,融冰释冷时,让空调回水(盐水)通过冰管内部,使最接近管壁的冰层先行融化释冷,此为内融冰方式.(1)冰盘管式即将冰直接结在蒸发器的盘管上,蒸发器盘管伸入蓄冰槽内构成结冰时的主干管,融冰时则将空调回水直接冲蚀槽内的冰而释放出冷量,因此为外融冰方式.(3)制冰滑落式是一种动态制冷,空调回水自上方以一薄水膜的方式喷洒而下,遇到冰冷的裸板状冷媒蒸发器开始结成薄冰层,经由制冷四通阀的切换,此时蒸发器变成冷凝器,由压缩机送来的高温制冷剂进入其中,使冰融化,3～6mm的薄片冰由于自身重力向下滑落至下方蓄冰槽内,原理如一般常用的除霜原理.(4)冰球式将水注入外径76.2mm的硬质塑胶球或外径101.6mm的软质塑胶球内,并预留一个凹陷的膨胀空间,由球内的水结冰蓄冷和化冰释冷,冰球式系统的工作原理类似完全冻结式,即将球塞在蓄冰槽内,以低温盐水(乙烯乙二醇)作为二次冷剂通入蓄冰槽与球内的冰或水进行热交换.(5)冰晶或冰泥式盐水泵从蓄冰槽底部将6%浓度的盐水洒到蒸发器,当盐水被冷却到凝固点温度以下时,即产生冰晶于管壁,搅拌机将冰晶刮下与盐水混合成冰泥送至蓄冰槽,释冷时盐水从蓄冰槽被送至热交换器,升温至10℃～12℃再送至蒸发器降至5℃再送回蓄冰槽.9.2国际大厦常规空调与冰蓄冷空调方案比较*厦门国际大厦位于厦门鹭江道繁华商业区,为高档办公楼。地下3层,地上33层，建筑总高140ｍ,地面高度126.2m。总建筑面积51272m2,其中地面面积42416m2。避难层设在第15层。地上均为办公楼,附有面积不大的商场,均考虑空调。设计资料：*详见《暖通空调》1997年第27卷第5期方案甲国际大厦空调计算冷负荷为7700kW。制冷机房设于地下三层。楼层分为上下2个分区。上区16～33层冷负荷4200kW,下区1～14层冷负荷3500kW。1：3台离心式冷水机组,设于地下三层;2：板式换热器,设于15层3：3台低区冷冻水泵;4：3台高区冷冻水泵;5：末端设备。3台方型冷却塔设于34层屋面；3台冷却水泵设于地下三层。1：2台双工况离心式冷水机组。2：50只高灵蓄冰桶3：2台日间空调工况时运行的冷冻水泵4：2台1～20层冷冻水供水泵5：2台夜间制冰、日间融冰供冷水泵6：2台21～33层冷冻水供水泵7：日间空调运行板式换热器8：中间板式换热器9：高区中间板式换热器10：末端设备。夜间制冷时：关闭阀a、b、e、f，开启阀c、d。日间供冷时：开启阀a、b、e、f，关闭阀c、d。启动冷水机组、泵3、泵4，供1～20层空调用冷。蓄冰一侧启动泵5、泵6，供21～33层空调用冷。蓄冰一侧还通过换热器8，供1～20层空调用冷。方案乙：1.乙方案比甲方案造价高100.34万元/ａ。2.乙方案比甲方案节省电费33.95万元/ａ。3.冰蓄冷空调节省的电费约3ａ即可冲抵其造价高出部分。4.乙方案比甲方案多占地250m2。5.乙方案昼夜电价比按2∶1计算。昼夜电价比例更大,乙方案将获得更大经济效益。6.乙方案由于夜间制冰有可能提供18：00～24：00部分房间需要之冷量。比较结果：9.3冰蓄冷在唐山百货大楼空调系统改造中的应用唐山百货大楼建筑面积40000m2，分为超级商场和条式楼两部分。超级商场面积8000m2，地下1层，地上4层，集中空调系统于1992年建成；条式楼面积32000m2，地下1层，地上5层，集中空调系统于1996年建成。大楼空调用电占大楼总用电近70%，原有变压器严重超负荷运行，不得不限电运行或限制其他项目发展。设计资料*详见《暖通空调》1999年第29卷第2期唐山百货大楼空调用于白天8:30～19:30营业期间,得出空调峰值最大负荷为4068ｋＷ，出现于14:30；设计日总冷负荷为36115ｋＷｈ；设计日总融冰冷负荷10548ｋＷｈ；空调工况制冷机冷负荷25567ｋＷｈ。设计日总冷负荷为36115ｋＷｈ设计日总融冰冷负荷10548ｋＷｈ空调工况制冷机冷负荷25567ｋＷｈ空调负荷1冷冻机2冷却塔3冷冻水泵4冷却水泵5乙二醇循环泵6融冰泵7蓄冰泵8板式换热器9集水器10分水器11离子交换器12软化冰箱13膨胀水箱15补水泵14乙二醇膨胀水箱蓄冰系统设计日蓄冰系统运行状况8:30～18:30期间3台空调工况制冷机满负荷运行,与蓄冰槽共同承担总冷负荷;23:00～7:00期间3台制冰工况制冷机满负荷运行制冰,并将所制冰存于蓄冰槽该改造工程已于1998年5月底调试完毕并投入使用,运行平稳,满足各项设计指标。表2为1998年6,7月与1997年同期运行电费比较表。1998年7月份节省电费111670元,6月份节省电费78421.2元,共转移负荷420774ｋＷｈ。运行情况及能耗比较9.4武汉华美达天禄酒店冰蓄冷空调工程华美达天禄大酒店，四星级，地下1层,地上28层,高度107.8ｍ,建筑面积40500ｍ2，其中二期裙房5700ｍ2，设有客房450间及会议、餐饮、健身、购物等用房