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1、冰蓄冷中央空调设计的问题分析随着现代工业的发展和人民生活水平的提高。中央空调的应用越来越广泛，其耗电量也越来越大，一些大中城市中央用电量已占其高峰用电量的 20%以上，使 得电力系统峰谷负荷差加大，电 网负荷率下降，电网不得不实行拉闸限电，严重制约着工农业生产，解决该问题的有效办法之一是应用蓄冷技术，将 空调用电从白天高峰期转移到夜间低谷期，均 衡城市电网负荷，达 到多峰填谷的目的。本文通过具体实例主要分析冰蓄冷中央空调系统设计中出现的若干问题。1、工程实例本项目位于深圳市宝安区，项 目总占地面积 3 万m2 ， 地 上总建筑面积约 15 万 m 2， 地 下总建筑面积约 5万 m2 。 建成
2、后将是集商业 MALL、博 物馆为一体的项目。空调面积为 16 万 m2 ， 空 调使用时间为 9:0023:00，夏季逐时计算冷负荷综合最大值 MALL 为4964 RT，博 物馆为 177 RT，并 夜间连续运行，M ALL设计日总冷量为 58361 RTh，本项目商业 MALL、博物馆设置一个集中的冰蓄冷制冷站。1.1 基载负荷设计分析由于此工程中，冰 蓄冷空调系统需部分夜间运行，而且所需的冷负荷比较大。因此，传统的冰蓄冷系统利用夜间用电低峰时蓄冷补偿白天高峰耗电量的优势不能彻底发挥，需要对夜间冷负荷做出设计预留。在这里，把此工程的夜间冷负荷称为基载负荷。计算以夜间所需的冷负荷为依据选择
3、相应的基载主机。然后从总负荷中扣除基载主机所承担的负荷，再 配制冷主机与蓄冰槽。1.2 设备选型计算制冷主机容量 q c ：式中：Q 为设计日空调总冷量，k Wh；C L 为有换热设备时双工况主机制冷工况系数，取 0.8；n 1 为白天双工况主机制冷运行小时数，取 13 h；C f 为制冷机制冰工况系数，本 项目采用的水冷冷水机组都取 0.65；n 2 为制冷机制冰工况下的日运行小时数，取 8 h。计算可得：q c=205256/(0.8 伊1 3 +0.65 伊8 ) =13157kW=3741 RT根据以上结果选取两台基载工况螺杆式冷水机组（ 200 RT），三 台双工况离心式冷水机组（
4、制冷工况1200 RT、制 冰工况 800 RT）。1.3 蓄冰装置容量计算蓄冰装置容量 QS：计算可得：Q S=8伊0 .65伊3 800=19760 RT h根据上述分析，建 立典型设计日冰蓄冷系统负荷分布图，如图1所示：图 1 典型设计日冰蓄冷系统负荷详细的负荷平衡策略如下：1）夜 间 23:00次日 7:00，电 力谷段，共 8 h 低谷电，该时段由 3 台1200 RT 双工况主机满载进行冰蓄冷，总 蓄冷量 19560 RT h。2）9 :0012:00，电价峰段，此时段空调负荷为38004700 RT，负 荷较大，该 时段运行策略为优先保证蓄冰装置较大融冰速率供冷，基载主机满载运行
5、，双工况主机台数适时投入。3）1 2:0014:00，电力平段，此时空调负荷约为4600 RT 左右，该时段供冷策略为优先满载运行基载主机和双工况主机，不 足部分由蓄冰槽补充。4）1 4:0017:00，电 价峰段，此 时空调负荷已经达到设计峰值，因 此该时段运行策略为优先保证蓄冰装置最大融冰速率供冷，基 载主机满载运行，双 工况主机台数适时投入。5）1 7:0019:00，电 力平段，此 时空调负荷约 4900RT 左右，负 荷较高，供 冷策略优先满载运行基载主机和双工况主机，不 足部分由蓄冰槽补充。6）1 9:0022:00，电价峰段，此时段空调负荷为34004500 RT，负 荷较大，该
6、 时段运行策略为优先保证蓄冰装置较大融冰速率供冷，基 载主机满载运行，双工况主机台数适时投入。综上所述，蓄冰设备：选用7台3X（ 3X318）R Th内融冰式蓄冰罐，总 畜冰量为 20234 RTh。集中冷源系统制冷机房拟设置于地下二层，机房制冷主机区域净高要求 5.0m，蓄 冰区域净高要求5m；配 套冷却塔拟设置于屋顶，冷 却水系统设计供回水温度为：常规工况下 32/37益，蓄 冰工况下30/33益。2、蓄冰装置和冷水机组串联位置的选择2.1 蓄冰装置在冷水机组下游计算首先考虑把蓄冰装置置于冷水机组的下游，如图2，这 种系统结构允许冷水机组最先获得由换热盘管出来的最热的载冷剂。同时出冷水机组
7、的载冷剂的温度也较高。图2蓄冰装置位于冷水机组下游由图 2可知，冷 水机组把载冷剂从 14.4 益冷却到7 益，机 组的 COP 值可以达到 5.22。下游的蓄冰罐再把载冷剂从7 益冷却到 3.5 益。在这个温度下，蓄 冰装置能够提供所蓄冷的制冷量为 18772 RT h。而为了满足建筑空调日总冷量 58361 RTh 的需要，还 有 39589RT h的空调负荷需求由冷水机组制冷来满足。假定冷水机组运行在建筑空调负荷周期 13 小时内，冷 水机组制冷量始终保持恒定的运行，那 么每小时的制冷负荷就是 10710 kW，能 效比 COP为 5.22。经计算冷水机组白天运行平均消耗电功率是 205
8、1 kW。2.2 蓄冰装置在冷水机组上游计算若蓄冰装置被置于冷水机组的上游，如图3，这 种结构允许蓄冰装置最先获得换热盘管出来的最热的载冷剂。同时，离开蓄冰装置的载冷剂温度也是较高的。这种情况导致系统蓄冷量的增加。图 3 蓄冰装置位于冷水机组上游如图 3 可知，假 设流量不变，进 入蓄冰装置的载冷剂的温度从 12 益，出 来冷却到 7.9 益。（数据由厂家提供），在 这个较高温度下，蓄 冰装置能够提供 21990RTh 的制冷量。与蓄冰装置被置于冷水机组的下游相比，蓄 冰装置提供的制冷量提高了将近 17%。峰值的制冷需求被降低了，剩 下的36370 RT h的制冷量需求用冷水机组来满足。同样假
9、冷水机组运行在建筑空调负荷周期13h内，冷水机组制冷量始终保持恒定的运行条件下，冷水机组必须满足的每小时的制冷负荷是 9839.7 kW。当冷水机组被置于下游,它必须将载冷剂的温度从7.9 益冷却到 3.5 益，这 种较冷的载冷剂使制冷主机组的制冷效率COP降低到4.4。因 此采用这种结构系统，经计算冷水机组白天运行平均消耗电功率是2342 kW。与蓄冰装置被置于下游相比，功 率消耗上升了 9%。从以上对比分析可以看出，将 冷水机组放置于蓄冰装置上游与下游相比，整 个系统的峰值耗电量节省了 185 kW。处 在上游的制冷机在较高的蒸发温度下工作，制 冷机的制冷效率高，同 时电力消耗被降低了。但
10、由于蓄冰装置位于下游使得整个系统取冷速效率下降，取 相同的冷量，则 需建造要更大的蓄冰装置，蓄 冷设备和建筑成本升高了，蓄 冷空间也增大了。当设计较大型的冰蓄冷系统时，系 统中包含较大数量的蓄冰装置。把蓄冰装置置于冷水机组的上游对整个冰蓄冷系统中蓄冰装置的数量的减少就会产生显著的影响，安 装成本会大幅度的降低。3、蓄冰装置的选择蓄冰装置包括蓄冰本体及槽体。蓄冰本体用在民用建筑领域的主要有冰球及盘管。蓄冰本体以前用冰球系统的很多，但 目前使用冰球的较少，基 本上都是选用冰盘管系统，因 为盘管蓄冰和融冰更稳定，而 冰球系统容易出现过度制冰或无法融冰或冰球破裂污染水体的情况。盘管又分金属盘管与塑料盘
11、管，金属盘管一般有不锈钢盘管和外表镀锌碳钢盘管。这可以根据项目的实际情况，主 要是由造价和蓄冰装置所在的环境来定。目前市场上能见到的知名品牌中这几种盘管均可满足目前的冰蓄冷中央空调的各项要求。对于蓄冰槽体，很 多项目在选择时首选是碳钢槽体，因 制作成本低，易 加工。但 所带来的问题是易生锈。如果做冰蓄冷空调，蓄 冰槽体建议选用不锈钢材质或不易生锈的材质制作，对 于整个项目的投资不会增加很多，但 带来的运行维护管理却是极大的利好，对 提升整个项目的品质也是大有裨益的。不论用什么槽体，槽体保温一定要制作好。有的项目采用橡塑保温材料，这 种保温材料如果按厂家或相关规定来制作是满足要求的，但 有些施工
12、单位管理不严，经 常发生局部遗漏，导 致槽体外壁结露。建议保温材料选用聚氨酯现场喷涂发泡保温。保温厚度至少达到 100 mm，顶 部因几乎不与冰水接触，保 温厚度可以减半。在保温层外再敷上一层金属板作保护。厂家提供的一体化蓄冰装置包括槽体及盘管，还有一些相关配件。因运输、安 装等问题，建 议选择槽体不宜过大。如果选择离心机做双工况主机，建议把槽体总量加大 20%，因 在制冰后期，随 着负荷的减少，双工况主机的所需输出的冷量也在逐渐减少，当 少到一定程度时，离 心式双工况主机就有可能出现喘振现象而加大蓄冰槽体的目的，就 是让主机认为在蓄冰即将结束时，还 需输出大量的冷量，从 而可以防止或减少制冰
13、后期离心式双工况主机喘振现象的发生。4、冷却塔的选择蓄冰工况时的冷却塔与常规电制冷空调时的工况是不一样的，在 选型时应根据两种工况进行校核，既要满足常规电制冷时的工况要求，也 要满足蓄冰工况时的工况要求。因环境的湿球温度 28 益是基本不变的，冷却塔在蓄冰工况时冷却水进水温度为 33. 3 益、出水温度为 30益，而 常规电制冷时冷却水进水温度为37 益、出 水温度为32 益。在 蓄冰工况时，冷 却塔的出水温度更逼近湿球温度，尽 管进出水温差变小了，但 在选型时发现，蓄 冰工况时要求的冷却塔出力比常规工况需求更高。5、结束语冰蓄冷技术在近年来得到了大力的推广和应用，已经建成及投入使用的工程实例也越来越多，实 际运行中实现了削峰填谷，为 业主带来了良好的收益及口碑，在 此，笔 者就自己对冰蓄冷设计、安 装中出现的问题做了小结，期 望能抛砖引玉，与 广大同仁一起把冰蓄冷技术做得更好更完美。
