基于冰蓄冷技术应用分析与探索

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【摘要】当前国际性“能源危机”越来越尖锐的形势下，各国都把“节能”这个问题摆在首要的议事日程上。“节能”已是我国政府突出倡导的基本国策，本文主要介绍了冰蓄冷的特点及与之相结合的低温送风系统和变风量调节系统,分析了冰蓄冷空调的技术经济性及在我国的应用前景和未来发展方向。本文是个人的一些见解，可供同行参考。

【关键词】冰蓄冷；低温送风；变风量；应用前景

前言

蓄冷技术是一种投资少、见效快的调荷措施, 目前已成为许多经济发达国家所积极推广的一项促进能源、经济和环境协调发展的实用系统节能技术。随着我国社会主义市场经济体制的建立, 大力推广蓄冷空调技术对于提高我国能源利用水平, 促进我国的经济发展将会具有积极的影响。

1 蓄冷空调系统设备设计问题分析

1.1 选择蓄冷装置的形式。目前, 在蓄冷空调工程中应用较多的蓄冷形式是水蓄冷、内融冰( 完全冻结式) 和封装冰( 冰球式)系统。水蓄冷系统装置结构简单, 但在设计和应用上应防止供、回水的掺混。在一定容量条件下, 冰蓄冷槽容积越大, 其占地面积相对减少, 单位蓄冷量造价就越低。内融冰蓄冷装置通常由制造厂组装生产, 具有故障率低, IPF ( 制冰率) 值高, 乙二醇溶液在管内, 不易渗漏, 以及储槽体积小等特点。封装冰蓄冷系统采用闭式系统, 结构简单, 安装、运行、维修方便, 压力式蓄冷槽可根据不同建筑场地设计为立式或卧式各种规格容量, 其主要缺点是载冷剂乙二醇使用量较大, 蓄冷温度低。其他一些蓄冷系统, 主要包括共晶盐、外融冰、制冰滑落式和冰晶式等蓄冷系统。

1.2 确定系统模式。蓄冷空调系统有多种蓄冷模式、运行策略及不同的系统流程安排。如蓄冷模式中有全部蓄冷模式和部分蓄冷模式, 运行策略中有主机优先和蓄冷优先策略, 系统流程有串联和并联, 在串联流程安排中又有主机和蓄冷槽哪一个在上游的问题等等, 这些都需要作出明确合理的选择, 才能对设备容量进行确定。

1.3 制冷主机和蓄冷装置容量确定及设备选型设计。在系统蓄冷模式、运行策略及流程安排确定的情况下, 设备的选型设计主要是指主机选择、蓄冷槽设计、附属设备如泵及热交换器的选择等。在进行蓄冷空调设计时, 应注意以下一些问题:( a) 蒸发温度要高。( b) IPF ( 即结冰的体积占蓄冰器内体积之比率) 要大。( c) 价格要便宜, 在 6 年内能回收视为可用, 5年内回收应该采用, 3 年内回收绝对可用。( d) 融冰及结冰速率要快。 ( e) 系统必须安全可靠, 维护要简单方便, 最少要有 15a 以上的使用寿命期。( f) 制冷机组、蓄冷设备及末端装置三者之间的输入输出特性是相互影响的, 确定制冷机组、蓄冷设备和末端装置的容量大小主要取决于最低蓄冷温度、最高取冷温度与最高使用温度( 冷冻水) 的高低。

2 低温送风空调方式的原理及特点分析

低温送风空调方式是指从集中空气处理机组送出较低的一次风, 经高诱导比的末端送风装置进入空调房间。常规送风系统从空气处理器出来的空气温度为 10~ 15℃ , 而低温送风空调的送风温度为 3~ 11℃ 。又由于蓄冷技术的发展, 能提供 1.1 ~3.3 的冷冻水, 为低温送风创造了条件。低温送风与冰蓄冷相结合, 其节能效果就更明显。在与蓄冷相结合的条件下, 低温送风与常规全空气送风方式比较, 具有以下特点:一是减少初投资、降低运行费用低温送风空调方式与全蓄冷技术相结合可降低系统初投资和年运行费用。由于低温送风与冰蓄冷系统相结合, 风机大多在电力峰值时间运行, 低温送风送风量小, 风机消耗功率相对减少, 因此可以进一步减少峰值电力需求, 从而降低运行费用。同样低温送风系统所需的冷冻水量也相应减少, 若与采用低温送风空调系统比较, 常规空调系统的冷冻机及冷却塔的容量将增加 60%左右, 水泵容量则增加一倍。二是节省空间, 降低建筑造价。由于送风量减少, 相应的空调设备和风道尺寸均减少, 这样所占空间就小了, 可降低建筑物层高,从而降低建设费用。对于 4 层以上的建筑来说, 设备层高度的降低可大幅降低建筑本身高度。

3 蓄冷空调变风量系统调节特性分析

3.1 室内负荷变化时的运行调节。变风量空调系统使用的末端装置不同, 其运行调节方法也不同。当室内显热负荷变化时, 根据室内温度调节器的指令, 节流型末端装置改变节流阀通道断面积来调节送风量; 旁通型末端装置使末端装置的调节阀门动作来调节送入室内的风量; 诱导型末端装置是在一定的一次风量下, 调节二次风阀门, 改变二次风量来保持要求的室温。

3.2 全年运行调节。根据不同的室内负荷变化情况, 变风量空调系统有以下三种全年运行调节方法。( a) 全年各房间有恒定冷负荷, 且变化较小时,可以采用无末端再热的变风量空调系统全年送冷风, 由室内温度调节器调节送风量, 风量随冷负荷的减少而减少。( b) 全年各房间无恒定冷负荷, 且变化较大时,可以采用有末端再热的变风量空调系统, 全年送冷风。由于室内的冷负荷变化大, 因此, 当室内送风量随冷负荷的减少而减至最小值时, 就需要使用末端再热器加热空气, 向室内补充热量来保持室温不变。所谓最小送风量是指为避免因风量过小而造成室内换气量不足、新风量过少、温度分布不均匀和相对湿度过高而所需的最小送风量。( c) 各房间夏季有冷负荷, 冬季有热负荷时, 可以采用有供冷和供热季节转换的变风量空调系统。夏季运行时, 随着室内冷负荷的减少, 先减少送风量, 当减至最小送风量时, 风量不再减少, 而开始利用末端再热以补偿室内冷负荷的减少。当利用末端再热也不够补偿室内冷负荷变化时, 系统由送冷风转换为送热风, 此时, 为节省能量, 可先使用一段定风量改变送风温度的调节方法, 即保持最小送风量而随室外空气状态的变化不断改变送风温度, 当供热负荷继续增加时, 再改为变风量调节方法。

4 蓄冷空调技术的应用前景及发展方向

在商业建筑、宾馆、饭店、银行、办公大楼等建筑物中, 夏季空调负荷相当大, 且随着白天气温的变化而变化。冷负荷高峰期基本上是在午后, 这和供电高峰期相同。另外, 体育馆、影剧院等场所冷负荷量大,持续时间短, 且无规律性, 适宜采用蓄冷空调系统。蓄冷技术作为一种电力调荷手段已经引起了人们的高度重视, 许多国家和研究机构都在积极进行研究开发, 主要表现在如下几个方面:一是建立区域性蓄冷空调供冷站。实践证明, 区域性供冷或供热系统对节能较为有利。对于单个供冷站而言, 区域供冷不仅可以节约大量初期投资和运行费用, 而且减少了电力消耗及环境污染。二是建立与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统。冰蓄冷低温系统具有优越的经济特性, 如推行冰蓄冷空调配合低温送风, 将大大降低能耗, 提高 COP值, 使初投资比常规空调更节省, 进而提高蓄冷空调系统的整体竞争力。三是开发新型蓄冷、蓄热介质。蓄冷技术的普遍应用要求人们去研究开发适用于空调机组, 且固液相变潜热大, 经久耐用的新型蓄冷材料。新型便于放置的、无腐蚀性的有机蓄。

5 结语

蓄冷空调系统虽具有移峰填谷、均衡用电负荷、提高电力建设投资效益等优点, 但这种宏观经济效益是就国家的全局利益而言的, 若要建设蓄冷空调工程, 还必须让建筑业主获得经济效益。设计人员应根据建筑物的使用功能要求、建筑物的冷负荷特性、当地的时间电价政策、对蓄冷装置与主机的选配及控制策略与控制模式的组合等方面进行多种方案的经济比较与优化分析, 得出科学的、实事求是的结论。

参考文献

[1]方贵银. 蓄冷空调工程实用新技术 [ M ] . 北京: 人民邮电出版社, 2005.

[2]张爱芳. 在冰蓄冷空调设计中应注意的问题 [J] . 中国建设信息供热制冷, 2005, ( 2)

[3]杨国荣, 等. 浅谈低温送风空调系统设计 [ J] . 制冷空调,2005, ( 3)