冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)原理及其技術(shù)

1、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)原理及其技術(shù)、應(yīng)用1 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)原理及主要特點(diǎn)    冰蓄冷空調(diào)技術(shù)是指在用電低谷時用電制冰并暫時蓄存在蓄冰裝置中, 在需要時( 如用電高峰) 把冷量取出來進(jìn)行利用。由此可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的“削峰填谷”, 有利于降低發(fā)電裝機(jī)容量, 維持電網(wǎng)的安全高效運(yùn)行。    冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn):    (1) 降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。    (2) 制冷機(jī)組的容量小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng), 空調(diào)系統(tǒng)相應(yīng)的冷卻塔、水泵、輸變電系統(tǒng)容量減少。  

2、0; (3) 在某些常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)配上冰蓄冷設(shè)備, 可以提高30%50%的供冷能力。    (4) 可以作為穩(wěn)定的冷源供應(yīng), 提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。    (5) 制冷設(shè)備大多處于滿負(fù)荷的運(yùn)行狀況, 減少開停機(jī)次數(shù), 延長設(shè)備壽命。    (6) 對電網(wǎng)進(jìn)行削峰填谷, 提高于電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性, 降低發(fā)電裝機(jī)容量。    (7) 減少發(fā)電廠對環(huán)境的污染。    2 系統(tǒng)的組成及制冰方式分類    2.1 系統(tǒng)組

3、成    冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)一般由制冷機(jī)組、蓄冷設(shè)備( 或蓄水池) 、輔助設(shè)備及設(shè)備之間的連接、調(diào)節(jié)控制裝置等組成。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計種類多種多樣, 無論采用哪種形式, 其最終的目的是為建筑物提供一個舒適的環(huán)境。另外, 系統(tǒng)還應(yīng)達(dá)到能源最佳使用效率, 節(jié)省運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi), 為用戶提供一個安全可靠的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。    2.2 制冰方式分類    根據(jù)制冰方式的不同, 冰蓄冷可以分為靜態(tài)制冰、動態(tài)制冰兩大類。此外還有一些特殊的制冰結(jié)冰, 冰本身始終處于相對靜止?fàn)顟B(tài), 這一類制冰方式包括冰盤管式、封裝式等多種具體形式

4、。動態(tài)制冰方式在制冰過程中有冰晶、冰漿生成, 且處于運(yùn)動狀態(tài)。每一種制冰具體形式都有其自身的特點(diǎn)和適用的場合。    3 運(yùn)行策略與自動控制    3.1 運(yùn)行策略    與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)不同, 蓄冷系統(tǒng)可以通過制冷機(jī)組或蓄冷設(shè)備或兩者同時為建筑物供冷, 用以確定在某一給定時刻,多少負(fù)荷是由制冷機(jī)組提供, 多少負(fù)荷是由蓄冷設(shè)備供給的方法, 即為系統(tǒng)的運(yùn)行策略。蓄冷系統(tǒng)在設(shè)計過程中必須制定一個合適的運(yùn)行策略, 確定具體的控制策略, 并詳細(xì)給出系統(tǒng)中的設(shè)備是應(yīng)作調(diào)節(jié)還是周期性開停。對于部分蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)策略主要

5、是解決每時段制冷設(shè)備之間的供冷負(fù)荷分配問題, 以下為蓄冷系統(tǒng)通常選擇的幾種運(yùn)行策略。    3.1.1 制冷機(jī)組優(yōu)先式    蓄冷系統(tǒng)采用制冷機(jī)組優(yōu)先式運(yùn)行策略是指制冷機(jī)組首先直接供冷, 超過制冷機(jī)組供冷能力的負(fù)荷由蓄冷設(shè)備釋冷提供。這種策略通常用于單位蓄冷量所需費(fèi)用高于單位制冷機(jī)組產(chǎn)冷量所需費(fèi)用, 通過降低空調(diào)尖峰負(fù)荷值, 可以大幅度節(jié)省系統(tǒng)的投資費(fèi)用。    3.1.2 蓄冷設(shè)備優(yōu)先式    蓄冷設(shè)備優(yōu)先式運(yùn)行策略是指蓄冷設(shè)備優(yōu)先釋冷, 超過釋冷能力的負(fù)荷由制冷機(jī)組負(fù)責(zé)供

6、冷。這種方式通常用于單位蓄冷量所需的費(fèi)用低于單位制冷機(jī)組產(chǎn)冷量所需的費(fèi)用。蓄冷設(shè)備優(yōu)先式在控制上要比制冷機(jī)組優(yōu)先式相對復(fù)雜些。在下一個蓄冷過程開始前, 蓄冷設(shè)備應(yīng)盡可能將蓄存的冷量全部釋放完, 即充分利用蓄冷設(shè)備的可利用蓄冷量, 降低蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用; 另外應(yīng)避免蓄冷設(shè)備在釋冷過程的前段時間將蓄存的大部分冷量釋放, 而在以后尖峰負(fù)荷時, 制冷機(jī)組和蓄冷設(shè)備無法滿足空調(diào)負(fù)荷需要的現(xiàn)象, 因此應(yīng)合理地控制蓄冷設(shè)備的剩余冷量, 特別是對于設(shè)計日空調(diào)尖峰負(fù)荷出現(xiàn)在下午時段時非常重要。一般情況, 蓄冷設(shè)備優(yōu)先式運(yùn)行策略要求蓄冷系統(tǒng)應(yīng)預(yù)測出當(dāng)日24 小時空調(diào)負(fù)荷分布圖, 并確定出當(dāng)日制冷機(jī)組在供冷過程中

7、最小供冷量控制分布圖, 以保證蓄冷設(shè)備隨時有足夠釋冷量配合制冷機(jī)組滿足空調(diào)負(fù)荷的要求。    3.1.3 負(fù)荷控制式(限制負(fù)荷式)    負(fù)荷控制式就是在電力負(fù)荷不足的時段, 對制冷機(jī)組的供冷量加以限制的一種控制方法。通常這種方法是受電力負(fù)荷限制時才采用, 超過制冷機(jī)組供冷量的負(fù)荷可由蓄冷設(shè)備負(fù)責(zé)。例如某城市電力負(fù)荷高峰時段(上午8001100), 禁止制冷機(jī)組運(yùn)行。    3.1.4 均衡負(fù)荷式    均衡負(fù)荷式是指在部分蓄冷系統(tǒng)中, 制冷機(jī)組在設(shè)計日24小時內(nèi)基本上滿負(fù)荷

8、運(yùn)行; 在夜間滿載蓄冷, 白天當(dāng)制冷機(jī)組產(chǎn)冷量大于空調(diào)冷負(fù)荷時, 將滿足冷負(fù)荷所剩余的冷量(用冰的形式)蓄存起來; 當(dāng)空調(diào)冷負(fù)荷大于制冷機(jī)組的制冷量時, 不足的部分由蓄冷設(shè)備(融冰)來完成。這種方式系統(tǒng)的初期投資最小, 制冷機(jī)組的利用率最高, 但在設(shè)計日空調(diào)負(fù)荷高峰時段與當(dāng)?shù)仉娏ω?fù)荷高峰時段是否相同時, 即是否與當(dāng)?shù)仉妰r低谷時段相重疊, 如不重疊, 則系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用較高。    3.2 自動控制    蓄冷系統(tǒng)的控制, 除了保證蓄冷和供冷模式的轉(zhuǎn)換以及空調(diào)供水或回水溫度控制以外, 主要應(yīng)解決制冷機(jī)組與蓄冷設(shè)備之間供冷負(fù)荷分配問題, 特

9、別是在部分負(fù)荷時, 應(yīng)保證盡可能地將蓄冷設(shè)備的冷量釋放完, 即可采用融冰優(yōu)先式運(yùn)行策略, 甚至可采用全蓄冷運(yùn)行, 即白天制冷機(jī)組停開, 空調(diào)負(fù)荷全部由蓄冷設(shè)備滿足。而在設(shè)計日空調(diào)負(fù)荷時, 應(yīng)采用制冷機(jī)組優(yōu)先式運(yùn)行策略, 以保證逐時空調(diào)負(fù)荷要求。目前蓄冷系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng), 大多采用以計算機(jī)技術(shù)的直接數(shù)字控制器與電子傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)相結(jié)合的直接數(shù)字控制系統(tǒng)。制冷機(jī)組的蓄冷量是定量的輸出, 而蓄冷設(shè)備的釋冷是總量的輸出。如兩者為串聯(lián)時, 控制系統(tǒng)較為簡單, 供水溫度易保持恒定; 而對于并聯(lián)系統(tǒng), 供水溫度控制較難, 特別是在釋冷融冰后期, 蓄冷設(shè)備的出口溫度在逐漸升高, 與制冷機(jī)組出口溫度相比很難

10、保持恒定不變。為了使每天蓄冷設(shè)備冷量充分釋放, 保持較為恒定的供水溫度, 滿足設(shè)計日空調(diào)負(fù)荷要求, 通常利用計算機(jī)作為蓄冷系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備; 并利用系統(tǒng)中設(shè)置的流量計、溫度計反饋的信號, 逐時監(jiān)視蓄冷設(shè)備的內(nèi)部狀況; 通過計算機(jī)對空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的預(yù)測, 以此制定蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行策略是制冷機(jī)組優(yōu)先式還是蓄冷設(shè)備優(yōu)先式。    4 工程運(yùn)行分析    天津市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心于對天津市電力醫(yī)院冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行直供和蓄冷運(yùn)行的對比測試, 結(jié)果如下:    4.1 天津市電力公司公布的每日峰、平、谷電時段及電價

11、0;   峰電: 8001100 和18002300, 電價為0.878 元/kWh;    平電: 700800 和11001800, 電價為0.540 元/kWh;    谷電: 2300次日700, 電價為0.224 元/kWh。    4.2 效益分析    電力醫(yī)院工程于1999 年竣工并投入使用, 空調(diào)面積約5700m2, 蓄冷系統(tǒng)選用2 臺螺桿式雙工況制冷機(jī)組, 單機(jī)空調(diào)工況制冷量70RT(246kW), 制冰工況制冷量47RT(165kW)

12、。蓄冷系統(tǒng)由一個60m3 蓄冰罐, 內(nèi)裝STL- CO 型冰球, 3 臺溶液泵, 冷卻水系統(tǒng), 自控系統(tǒng)組成。蓄冷冷媒為乙二醇( 25%)水溶液。    測試結(jié)果如下:    (1) 蓄冷時間、蓄冷量: 蓄冷時間7 小時( 晚1100次日晨600) 皆為谷電時間。蓄冷量: 1702.66kWh。    (2)第一周期, 即蓄冷釋冷運(yùn)行方式。總耗電量1234.81kWh, 電費(fèi)合計420.33 元, 供出冷量1676.94kWh。    (3) 第二周期, 即直接供冷運(yùn)行方式。

13、總耗電量1159.78kWh, 電費(fèi)合計792.63 元, 供出冷量水1342.78kWh。    (4) 第一周期方式與第二周期方式比較:耗電量增加75.03kWh, 但電費(fèi)節(jié)省372.3 元/天。    5 推廣建議    冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的適用場所: 商場、賓館、飯店、辦公樓等冷負(fù)荷高峰和用電高峰基本相同, 持續(xù)時間長的場所; 體育館、展覽館、影劇院等冷負(fù)荷大, 持續(xù)時間短的場所; 制藥、食品加工、啤酒工業(yè)、奶制品工業(yè)等用冷量大, 絕大多數(shù)空調(diào)負(fù)荷集中在白天的制造業(yè); 現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)制冷能力已不能滿足負(fù)

14、荷需要, 需要擴(kuò)大供冷量的場所, 這時可以不增加主機(jī), 改造成冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)最有利。    冰蓄冷空調(diào)有良好的節(jié)能環(huán)保效益, 其技術(shù)運(yùn)用了幾十年, 已經(jīng)相當(dāng)成熟、可靠。筆者對推行冰蓄冷空調(diào)提出如下建議: 加強(qiáng)宣傳、普及冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)知識; 電力部門和建設(shè)部門聯(lián)合推廣試點(diǎn)示范工程; 政府設(shè)立專項(xiàng)扶持基金、優(yōu)惠貸款來鼓勵企業(yè)采用冰蓄冷技術(shù)。在此基礎(chǔ)上, 政府制定相關(guān)政策, 強(qiáng)制推廣應(yīng)用冰蓄冷空調(diào)。    小資料    我國將實(shí)行四大節(jié)能政策    在我國加快建設(shè)資源節(jié)約型社會

15、過程中, 國家主管部門將采取四大節(jié)能政策, 以確保這一宏偉目標(biāo)能夠順利實(shí)施。    1、通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)促進(jìn)節(jié)能。我國把轉(zhuǎn)變增長方式作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn), 嚴(yán)格控制高耗能、高耗材、高耗水產(chǎn)業(yè)發(fā)展, 并根據(jù)資源環(huán)境承載能力, 優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局, 實(shí)行優(yōu)化開發(fā)、重點(diǎn)開發(fā)、限制開發(fā)和禁止開發(fā)的區(qū)別政策。    2、通過完善價格和財稅體制促進(jìn)節(jié)能。我國將繼續(xù)充分發(fā)揮市場配置資源的基礎(chǔ)性作用, 加快推進(jìn)資源性產(chǎn)品價格的市場化進(jìn)程, 建立反映資源稀缺程度的價格形成機(jī)制, 并建立健全相關(guān)的財稅政策體系, 加快制定鼓勵生產(chǎn)、使用節(jié)能產(chǎn)品、包括低油耗、小排量車輛的財稅政策。    3、通過提高科技水平促