浅谈冰蓄节能空调系统在智能楼宇节能中的应用
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中图分类号：TK018 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2011)07-0052-01
摘要：在分析了智能楼宇建筑冰蓄冷空调系统节能技术后，结合一工程实例，对冰蓄节能空调系统的基本设计方案和经济效益进行了详细的分析研究。
国民经济的进一步发展，其对电能供应总量和供电可靠性也提出了更高的要求，一方面用电负荷的不断增加，另一方面电力系统电能供应增长速度却相对滞后，加上电力负荷日昼相差较大，供配电网负荷率普遍较低。楼宇建筑一般在白天出现用电高峰，供配电网出现明显供电能力不足现象，为了满足智能楼宇高峰用电需求，不得不新建电厂、供配电设施等。而在夜间用电低谷期，电厂所发的电能又出现送不出去，电力系统处于低负荷低效运行工况，从而造成大量的电能资源浪费。从大量文献资料和实际工作经验可知，智能楼宇中由于空调系统所占电力负荷较大，其在运行过程中所消耗的电能资源与楼宇建筑电力负荷用电高峰间有很强的重合性，因此为了降低智能楼宇建筑用电高峰与低谷间的负荷差，提高楼宇电能资源综合利用效率，达到节能降耗的目的，建筑空调研究人员广泛推荐在智能楼宇中采用冰蓄节能空调系统，即在楼宇建筑用电低谷的夜间采用电动制冷机组进行制冷，用水的潜热性能将电能转换成冰的形式将冷量有效贮存起来，然后在白天用电高峰期间，将冰蓄空调系统的冷量释放出来，以满足整个智能楼宇建筑物空调系统或其它生产工艺全部或者大部分冷量需求，从而将智能楼宇供配电系统中夜间低谷电能资源向白天高峰电能资源转移，通过冰蓄节能空调系统对电能资源的峰谷转移，合理利用电能资源，达到节能降耗的目的。
1 冰蓄冷空调系统节能技术
随着我国城市建设步伐的不断加快，智能楼宇建筑对电力供应需求也日益增多，高峰不足而低谷过剩是目前我国智能楼宇建筑供配电系统面临的主要问题。由此，各级电力部门为了提高供配电系统电力负荷率，达到移峰填谷、降低电能资源浪费的目的，纷纷出台相应电价激励机制，鼓励电力用户根据实际情况选取科学合理、经济实惠的用电方案，多用夜间低谷电能。冰蓄冷节能空调节能系统是智能楼宇建筑设计中一种常用的潜热蓄冷节能技术措施，其实质就是夜间低谷期利用制冷机组将空调系统水媒介由液态转换成固态冰的过程，是整个制冷空调系统在温度为结冰点0℃环境条件下，通过电能资源的转换释放出相应的能量(即从制冷机组中获得相应的冷量)从而将水媒介转换成固体冰将低谷期电能资源有效转换以冰冷量形式有效储存起来。在白天又从外界获取相应的热量资源，并在制冷空调系统温度保持不变的情况下将冰转换成水，同时释放冰中的冷量。为了使制冷空调系统蓄冷槽或某种特定容器中的水媒介能够形成固体冰，将能量以冰冷量储存起来，空调系统中制冷机必须提供温度为-3～9℃的热量资源传递媒介，这比楼宇建筑中使用的常规空调系统用冷冻水的温度要低很多，因此，在进行冰蓄空调系统节能设计时应给根据智能楼宇建筑不同冰蓄冷技术特性要求，合理选用能制冰的制冷机型号和容量，并按照相关规范要求形成一整套完善冰蓄能节能空调系统。在高层楼宇建筑冰蓄冷空调系统蓄冷槽中，系统蓄冷容量取决于整个冰蓄空调系统中冰对于水最终所占比例大小，从大量文献资料和实际工作经验可知，智能楼宇冰蓄节能空调系统其蓄冷体积通常设计为0. 02-0.03立方米每千瓦时，此时整个冰蓄节能空调系统所能达到的能源转换利用效率最高。冰蓄冷节能技术在智能楼宇空调系统中的应用，可以制取1～3℃的低温水供楼宇建筑空气处理通风空调系统使用，从而使通风空调的送风温度在较小能源消耗前提下满足楼宇建筑内部环境空气温度和湿度要求，降低通风空调系统实际运行过程中的温差值，从而有效降低智能楼宇建筑内部空调系统综合运行费用，达到节能降耗的目的。
2 实例分析
2.1 冰蓄节能空调系统基本设计方案。
某智能楼宇工程为地上16层，地下停车场一层，建筑物总面积为332000m，建筑物总高度为65.35米，此智能楼宇建筑为综合性公共建筑，包括：会务中心、城市规划展厅、以及办公等功能。通过系统负荷统计计算知本工程总耗冷量为26000KW，总耗热量为23500KW。为了满足工程制冷负荷需求，楼宇空调系统夏季设计总冷负荷为26000KW，并考虑到整个楼宇建筑空调系统的同时使用率，按照相关规范要求选取同时使用系数为0.9，在最终设计方案中尖峰冷负荷考虑为23500KW。从该工程的使用功能可知，该公共智能楼宇建筑其空调负荷主要集中在白天上班时间，晚上由于工作人员的减少其负荷较低，因此在进行空调系统设计时，该智能楼宇空调系统非常适合选用冰蓄节能空调系统，利用夜间楼宇建筑供配电系统低谷电能资源制冰蓄能，有效避开楼宇建筑白天用电高峰，达到节能降耗的目的。该工程为大区域分时段供冷模式，其空调系统末端可以采用5.5℃～12.5℃的大温差供回水节能方案，可以有效减少空调系统循环水泵流量及管道管径，从而有效降低该智能楼宇工程空调系统建设初期投资和后期运行维护费用。
2.2 冰蓄节能空调系统经济效益分析。
根据该智能楼宇建筑空调系统负荷需求，需用2台功率为4576kw的离心式冷水机组和2台功率为4188.4kw的双工况螺杆冷水机组作为整个楼宇建筑空调系统的主要制冷功能设备，并配置储冰设备、冷却塔、一次冷冻水泵等其它功能设备，整个系统总造价约为2400万元。为了提高供配电系统的负荷率，该地区电力公司采取分时段电价激励机制，鼓励电力用户根据自我情况，尽量选用低谷经济电能资源。根据电力公司提供的数据信息可知，该地区分时段电价为：高峰时段（8:00-11:00；18:00-23:00），其电价为0.93元/度；平电时段（7:00-8:00；11:00-8:00），其电价为0.52元/度；低谷时段（23:00-7:00），其电价为0.31元/度。
该智能楼宇建筑采用冰蓄节能空调系统和常规中央空调系统，其初始投资分别为2648.23万元和2518.82万元，而在夏季的运行费用分别为235.52万元和387.37万元。也就是说采用冰蓄节能空调系统虽然在初始投资上要比常规空调系统高129.41万元，但在实际运行费用上却要少151.85万元，也就是冰蓄节能空调系统在一年运行后就能收回初始投资多出的成本。
3 结束语
冰蓄节能冷空调系统虽然初始投资较高，但在后期运行过程中可以节省空调运行费用，且整个系统综合自动化水平较高，可以实现无人值班值守运行要求，运行安全可靠、节能经济，是智能楼宇建筑中一种较好的空调系统优化节能设计方案。
参考文献
[1] 刘卫华.制冷空调新技术及发展[M].北京:机械工业出版社,2004
[2] 东一.蓄冷技术在空调系统中的应用分析[J]．邵阳学院学报，2005,2(1)：63-65