水蓄冷空调系统浅析

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摘要：通常情况下建筑物的供冷及供热负荷昼夜间存在着较大的差异，其夏季供冷高峰又恰恰出现在电力的高峰期，常规的空调系统需要满负荷的运行，系统运行电费较高，供冷成本昂贵。而水蓄冷技术可以通过水进行蓄能，来减少白天用电高峰期的负荷，以达到转移峰段用电负荷及节省空调运行费用的目的。

关键词：水蓄冷中央空调逐时冷负荷 削峰

一、 水蓄冷空调系统技术简介：

水蓄冷技术就是将水蓄冷设备与常规空调设备相结合构成水蓄冷中央空调系统，利用夜间廉价的低谷电力，运转制冷设备制取低温的冷冻水储存在蓄冷水箱中。在白天用电高峰时期，释放冷冻水中储存的冷量，满足空调高峰时段的供冷需求，减少或停止制冷主机的运行，从而降低空调系统在高峰电力时段的运行费用，以达到节能的目的。下面就结合赛格三星项目对水蓄冷空调系统略作介绍。

二、 本项目水蓄冷系统方案分析：

1、项目基本概况：

赛格三星的空调用冷主要是生产所需的工艺用冷，通常情况下系统需要24小时全天候供冷，全年供冷天数为365天。本项目每天的空调供冷高峰时段在（10：00～19：00）之间，尖峰负荷为3600RT，其它时段的空调负荷平均在2700RT左右。恰好每天的电价高峰时段都对应着空调的高峰期，而电价的低谷时段都对应着空调的空调负荷都相对较小。为了充分利用深圳市供电的峰谷电价差别，现拟对整个中央空调系统进行水蓄冷改造，实现将电价高峰时段的空调高峰负荷转移到电价的低谷时段，从而达到降低制冷成本，节省空调设备运行费用的目的。

2、建设水蓄冷系统的可行性：

2.1、首先赛格三星现在为深圳市的能耗大户，政府已对其做出了限期进行节能改造的要求；三星公司的主管部门领导对目前中央空调系统的多种节能技术考察后，结合技术的可性性和企业自身的实际情况，特别强调对水蓄冷技术的认同。

2.2、根据对本项目“设计日逐时冷负荷”的测算，可以看出赛格三星原有空调系统的耗电量特别大，且在不同时段的供冷需求有较大的差别，因此存在“削峰填谷”的空间。

2.3、现阶段空调负荷的日益增大并与电网用电高峰重叠，是导致我国夏天用电高峰缺电及电网不经济运行的重要原因。国家和各地方政府为了平衡用电负荷、缓解高峰期用电紧张的状况，出台了一系列的优惠政策支持削峰平谷用电。深圳市现行峰期和平期电价均为1元/KWh左右，而蓄冷空调谷期电价仅为0.2606元/KWh，所以使用蓄冷空调可以在满足同等制冷需求的前提下节省50%以上的运行费用。

3、蓄冷模式的分类及选择：

在蓄冷空调系统的设计中，如何根据循环周期内建筑物的空调负荷特性及冷量需求为基础，按照电费计价结构、设备容量及存储空间等综合因素，对蓄冷装置和制冷机组二者供冷的份额作出合理的设计安排，选择合适的蓄冷模式极其重要。通常情况下的蓄冷模式有全量削峰蓄冷模式和负荷均衡的分量蓄冷模式两种：

3.1、全量削峰蓄冷模式：将蓄冷时间与空调高峰用冷时间完全错开，将建筑物设计周期内在用电高峰时段的冷负荷全部转移到用电低谷时段。即主机在夜间非用电高峰时段，启动制冷主机进行蓄冷，当蓄冷量达到白天高峰时段空调所需的全部冷量时，制冷主机停止；在白天使用空调时，蓄冷系统将全部冷量释放到空调系统，使这段时间的制冷主机不运行。

3.2、负荷均衡的分量蓄冷模式：按照建筑物设计周期内所需要的冷量部分由蓄冷装置供给，部分由制冷机供给。即主机在夜间非用电高峰时段全负荷运行，制得系统全天所需的部分冷量；白天使用空调期间一部分负荷由蓄冷设备提供，另一部分则由制冷设备直接提供。

根据对上述蓄冷模式的利弊分析及结合本项目的具体情况，综合考虑影初期投资及运行成本的各种原因，在本项目中选用负荷均衡的分量蓄冷模式来对原有的中央空调系统进行节能改造，从而达到节能效益的最大化。

三、本项目蓄冷系统的设计：

1、分层式水蓄冷原理：

由于水的密度和水的温度密切相关，在约4℃时，水的密度最大，当水温大于4℃时，温度升高而密度减少；当水温在0℃～4℃范围内，温度升高密度增大。分层水蓄冷系统就是根据不同水温会使密度大的水自然聚集在蓄水槽的下部，形成高密度的水层来实现的。为了减少池中的紊流和扰乱温度剧变层，在蓄冷时，通过水流分布器使低温冷冻水缓慢从蓄冷池底部流入，高温水从上部被抽出，使得温度剧变层稳步上升。反之，在放冷时，随着高温水不断从上部散流器流入和低温冷冻水不断从下部散流器流出，使得温度剧变层逐渐下降。 2、系统运行原理：

该系统在运行过程中可以根据建筑物的负荷特性，合理分配制冷机组的直接供冷量和蓄冷装置的释冷量，在确保空调使用效果的前提下，尽可能获得最大的经济效益。原则上充分发挥蓄冷装置在电力非高峰时段的蓄冷作用，并确保在高峰时段内满足负荷需求，同时尽可能保证制冷制冷机长时间处于满负荷、高效率的条件下运行。确保系统能根据不同的负荷情况结合峰谷电价的时段差异，选择最合适的运行工况，来满足不同时段的供冷需求，以达到节能的目的。其具体的运行模式如下：

2.1 完全蓄冷模式：在一天中的（23：00～次日7：00）这段时间内，制冷机组全负荷运行制取冷冻水储存在蓄冷槽中，以供白天用电高峰时段的空调系统使用。

2.2 制冷机组单独供冷模式：为了保证蓄存的冷量最大限度的用来转移空调系统的峰期用电，所以在电价的平期时段，系统采用制冷机组单独供冷的模式运行。

2.3蓄冷水槽单独供冷模式：在蓄冷系统晚上所蓄存的冷量，恰好能满足系统在高峰用电负荷时段的供冷需求时，系统采用蓄冷水槽单独供冷的模式运行。由蓄冷槽下部散流器流出的冷冻水经过板式换热器与用户侧的冷冻水回水进行热交换，从而达到降温制冷的效果。

2.4蓄冷水槽和制冷机组联合供冷模式：在天气十分炎热时，仅靠蓄冷水槽或制冷机组独立供冷均不能满足用户的冷量需求时，系统采用蓄冷水槽和制冷机组联合供冷的模式运行。

四、结束语：

经过上述分析发现，对于昼夜间供冷/供热负荷差异大的建筑物，采用水蓄冷空调系统可以转移电网高峰时段负荷至夜晚低谷时段，通过“移峰填谷”，提高电网负荷率，缓解供电压力。同时，利用峰谷电价差，可以大大地降低空调的运行费用，节约建筑物使用成本。