冰蓄冷空调系统.docx

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冰蓄冷空调系统

冰蓄冷空调系统

1.冰蓄冷空调系统的定义：

冰蓄冷空调系统，就是利用蓄能设备在空调系统不需要冷量的时间内将冷量储存起来，在空调系统需要的时间再将这部分能量释放出来的空调系统。

按冷源分类：

①冷媒液（盐水等）循环，

②制冷剂直接膨胀式

按制冰形态分类：

①静态型，在换热器上结冰与融冰；最常用的为浸水盘管式外制冰内融方式；

②动态型，将生成的冰连续或间断地剥离；最常用的是在若干平行板内通以冷媒，在板面上喷水并使其结冰，待冰层达到适当厚度，再加热板面，使冰片剥离，提高了蒸发温度和制冷机性能系数。

按冷水输送方式分类：

①二次侧冷水输送方式为冰蓄冷槽与二次侧热媒相通,

②一次侧与二次侧相通的盐水输送方式  

按装置组成分类：

①现场安装型，适用于大型建筑物；

②机组型，将制冷机与冰蓄冷槽等组合成机组，由工厂生产，适用于中小型建筑物。

冰蓄冷空调自控系统的基本功能

冰蓄冷空调由于自身的特点而对自控系统有一定的依赖，而这种依赖就决定了自控系统的基本功能。

就一般情况而言，冰蓄冷空调对自控系统有如下四个方面的基本要求：

1、工况切换和设备起停控制。

冰蓄冷空调是在同一管道系统上通过对水泵和阀门等设备的不同组合而得到不同的工况的，而不同的工况组合又体现出不同的运行策略。

因此，选择冰蓄冷空调只是为降低运行费用在设备上提供了可能，而真正实现降低运行费用还需将系统中所有设备有机地结合起来，并使操作者方便快捷地在各工况之间切换。

就具体的工程而言，不同的工况对参与运行的水泵以及阀门的开启和关闭都有不同的规定，与此同时，对各设备的启动顺序和设备启动的时间间隔都有具体的要求。

这就要求自控系统能为工况的切换提供方便、安全的操作手段。

理想情况下，操作者希望通过鼠标在屏幕上的点击或通过菜单的选择就能切换工况。

但是自控系统在提供操作方便的同时又要能够防止人员的误操作，所以建议把工况切换和系统启动分为两步操作，即切换工况只是为系统启动做好了工况的选择，而并不是在切换工况后直接启动系统。

2、融冰速率控制。

为了真正做到移峰填谷，蓄冰系统都追求较高的融冰速率，以期能在峰电时段内完全释放冷量。

但随之而来的问题是，如果不对融冰速率进行控制则蓄冰装置将以最快的速度融冰，造成冷量的浪费。

因此，冰蓄冷空调要求自控系统能对融冰速率进行控制，使其能跟踪负荷情况并满足系统对供冷量的要求。

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控制融冰速率的方法有很多，但大体可归纳为两类：

改变出水温度和改变出水流量。

如果以换热器为蓄冰装置的负载来描述，前者改变的是换热器冷媒水侧入水的温度，后者改变的是换热器冷媒水侧入水的流量。

通常情况下，前一种方式更能兼顾换热效率，追求较低的换热温差。

控制融冰速率的最终目的是控制水的温度。

由于管道中的水温有很大的惯性，一旦建立起了变化趋势后温度会朝着固有的方向变化而不会立即对控制系统的调节做出响应，这就使该回路的控制特性偏软，并且有很大的滞后。

管道中水温的这些特性使常规的PID调节往往不能取得理想的效果。

因此，在要求较高的应用中需在控制模型中加入程度较深的反馈，条件允许时还可在控制模型中引入一定的预警措施，使控制器的调节动作产生在温度变化之前。

3、空调水供回水差压控制。

当末端采用变流量系统时，空调水供回水总管之间的差压是随末端的使用情况而变化的。

虽然变流量的末端系统有很多的优点，但如果不对供回水总管之间的差压进行控制，其危害也是显然的。

首先，差压的波动会使整个管道系统中控制阀门的阀权度发生变化，这将破坏常规的PID控制环的稳定行，当阀权度减小到一定程度时还会导致控制阀的振荡。

其次，当该差压不足时，会使远端的能量供应不足，影响使用效果；反之，差压过大又会影响到末端系统的安全。

因此，这就要求自控系统能对该差压进行实时监测，并采取相应的调整手段来使差压稳定在一个合理的范围内。

控制空调水供回水总管之间的差压，简单而行之有效方法就是在空调水供回水总管上加装旁通阀，控制系统根据实际的差压来调整阀门的开度。

在采用换热器的系统中，这种方法能保证流经换热器二次边的流量恒定在设计值上，以兼顾换热效率并追求较低的换热温差。

这种方法的缺点是水泵的成本不能随负荷的减少而下降。

同时，由于旁通阀上的差压变化很大，这就导致在大的阀权度变化下，旁通阀很多时候实际是工作在开/关状态，无法达到理想的控制效果。

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因此，另一种常见的办法就是采用速度可调的水泵。

由自控系统根据空调水供回水总管之间的差压来调整变速泵的转速，从而达到稳定差压的目的。

为了在最坏的情况下仍有足够的水流来保证水泵的安全，许多情况下在采用了调速泵后仍须安装旁通调节阀门。

4、逐时负荷预测。

严格意义上说逐时负荷预测不是一个控制功能，但由于它对冰蓄冷空调有着重要的意义，因此也列在基本功能中。

为了尽量减少高价峰电的使用，操作者需要对当天的逐时负荷有个了解，从而制定出操作策略，力求在峰电时段少使用冷机并尽可能使蓄冰量能在峰电时段内完全释放。

缺少严格制定的操作策略往往会产生这样的情况：

或者预留了过多的冷量从而在峰电时段结束时仍有较多的剩余冷量，或者过早地将冷量完全释放而不得不在峰电时段多使用冷机。

制定操作策略的意义还在能合理安排蓄冰量的使用，除了给峰电时段预留外，还能在冷机因负荷较低运行效率下降的时候使用融冰供冷。

制定操作策略的依据是逐时符合，所以，逐时负荷的预测对冰蓄冷空调降低运行成本有着重要的意义。

但是，要实现逐时负荷的预测却有相当的难度，这一方面是由于影响逐时负荷的因素太多，更主要是对历史运行数据的要求。

冰蓄冷空调系统的优点和缺点

冰蓄冷空调系统的优点和缺点：

（1）优点：

  ①平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设，对国家而言，是节能的；

    对于大城市的商业用电而言，均会出现用电的峰谷时段，在用电的峰段，常常会出现供电不足的状况，而在用电的谷段，又常常会出现电量过剩的状况，如果将低谷电的电能转化为冷能应用到峰值电时的空调系统中去，则可以缓解电网压力，平衡电网；

对国家电网而言，要满足用户1kwh的用电需求，必须要发电站发出超过1kwh的电量便于抵消电在运输过程中的损耗，而用户对电的需求和利用程度在实际过程中却是不定的，是随机的，尤其是对建筑内的空调而言，其使用程度往往同当天的室外天气条件密切相关，不定性特点尤为突出，倘若国家电网发出的余电无法被用户使用，一来是对能源的浪费，二来对国家电网的安全也存在着隐患，于是，冰蓄冷技术在空调系统中的应用便大大地减缓和减少了以上问题；

②能使制冷主机的装机容量减少；

冰蓄冷空调系统按运行策略可分为两类，一类是全部蓄冷模式，另一类是部分蓄冷模式。

对于第一类，通俗地说就是建筑的所有冷负荷（注：

蓄冰装置是无法作为热源使用的）全由蓄冰装置承担，而制冷机组（通常是双工况制冷机组）只扮演为蓄冰装置充冷制冰的角色，在空调系统运行的时候，制冷机组处于停机状态，而蓄冰装置则全时段运行，为用户提供冷量。

对于第二类，也是实际工程中常用的运行方式，即蓄冰装置只承担建筑冷负荷的一部分，而另一部分则由制冷机组（双工况）承担。

因此，由上述可知，不论哪种运行方式，蓄冰装置总是要承担一部分冷负荷的，我们所说的减少了制冷主机的装机容量，实质上就是蓄冰装置承担了制冷机组本应该要承担的一部分负荷，这部分负荷值的大小也就是蓄冰装置的蓄冷量大小；

③目前各地供电部门对用电限制较严，征收的额外费用也名目繁多，建筑业主与用户的经济负担较重，还常常受到限电、拉闸停电种种束缚。

若发展冰蓄冷空调技术，就能较好的缓解空调用电与城市用电供应能力的矛盾； 

④由于采用了冰蓄冷与低温大温差供冷送风相结合的技术，在初投资费用方面，既可减少空调处理设备、输配设备的大小，输送管网的粗细，还可减少机房管井的占用面积，压低建筑层高，从而不但可节省空调的初投资费用，而且还可降低建筑造价；在运行费用方面，由于送风温度低，风机、水泵的输配功率大幅度降低，制冷空调系统的整体能效得到提高，再加上分时电价的优惠，从而使建筑业主与用户支付比常规空调更少的运行费用；

⑤由于采用了低温大温差供冷送风，使空调处理与输送过程均在较低温度下进行，有利于抑止细菌、病菌的繁殖；较低的室内温度，可进一步改善室内空气品质与热舒适水平。

（2）缺点：

①系统异常复杂、庞大。

冰蓄冷空调除了通常的制冷系统和空调设备外，还配备复杂的蓄冰设备，蓄冰设备包括蓄冷槽，乙二醇溶液泵、制冰泵、蓄冷介质（如冰球等）、热交换器等设施。

总之，一个蓄冷式空调系统相当于配置两套水系统;

②占地面积大。

由于系统复杂，特别是蓄冷设施庞大，因此占地面积很大，通常每100Rth的蓄冰槽占体积为10m3，如蓄冷能力为10000Rth，则体积达1000m3（如采用水蓄冷系统，则体积要增加80倍以上）。

其所占用的大量建筑面积显著增加了客户的机会成本，如果该部分建筑改作他用，如地下车库、地下商场等，将给业主带来显著的经济收益;

③调控困难。

冰蓄冷系统存在着控制方面的致命缺陷，其放冷速度开始时较快，到后面放冷速度越来越慢，最后有相当一部分剩余的冷量无法使用。

蓄冷时也存在同样的问题，蓄冷时速度较快，后来越来越慢（所以现在很多冰蓄冷项目通常将制冰主机和蓄冰槽选得非常大.而且由于这个问题，通常蓄冷时间要12小时以上，实际上能使用的电价也并非是谷时电价）。

同时与常规空调相比增加了冰水系统，导致控制非常困难，空调水温极不稳定，难以保证空调质量。

还有另一个致命的问题是目前各厂家提供的控制系统不能适应我国电价政策的变化，以杭州为例，以前规定冰蓄冷空调禁止在上午8：

00-11：

00开机，现在此规定已取消，但控制却不能变，如杭州国际大厦、世贸中心仍按照以前的标准思路进行和机房人员的经验来运行，能以实际的运行经济性与设计时已大相径庭;

⑤技术不成熟，寿命短。

我国的蓄冷工程从1995年起步，远未达到成熟的程度，许多技术和设施都只能从国外引进，这给设备日后的维修和寿命带来极大的影响，经常性费用增加;

⑥效率低。

制冷效率本身很低，由于系统的庞杂，散热面积大，冷散失也非常严重;

⑦维护困难，对操作人员素质要求高。

由于系统复杂，同时控制困难，维护工作量成倍增加，而且对人员的素质要求非常高，否则无法达到经济运行;

⑧经济效益差。

冰蓄冷空调系统初投资非常大，超出直燃机空调系统50%以上，杭州某制冷负荷为300万大卡/h的空调系统，其初投资费用约为750万人民币（如采用直燃机约为500万人民币），该部分费用尚未计算机房建筑成本。

冰蓄冷技术原理与特点

1.冰蓄冷技术原理：

  在夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将冷量以冰的形式储存起来，而在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足建筑物空调负荷的需要。

2.冰蓄冷技术特点：

①平衡电网峰谷荷，减缓电厂和输配电设施的建设和投资。

②空调用户制冷主机容量减少，空调系统电力增容费和供配电设施费减少。

③利用电网峰谷电力差价，降低空调运行费用。

④冷冻水温度可降到1－4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。

⑤空气相对湿度较低，空调品质提高。

⑥具有应急冷源，空调使用可靠性提高。

⑦冷量对全年负荷的适应性好，能量利用率高。

⑧通常在不计电力增容费的前提下，一次性投资较大。

⑨蓄冷时由于制冷主机的蒸发温度较低，效率有所下降。

⑩尽管由于制冷设备的减少可以减少空调机房面积，但要增加放置蓄冰设备的地方。

蓄冰空调系统流程选择

蓄冰空调系统在运行过程中制冷机可有两种运行工况，即蓄冰工况和放冷工况。

在蓄冰工况时，经制冷机冷却的低温乙二醇溶液进入蓄冰槽的蓄冰换热器内，将蓄冰槽内静止的水冷却并冻结成冰，当蓄冰过程完成时，整个蓄冰设备的水将基本完全冻结。

融冰时，经板式换热器换热后的系统回流温热乙二醇溶液进入蓄冰换热器，将乙二醇溶液温度降低，再送回负荷端满足空调冷负荷的需要。

乙二醇溶液系统的流程有两种：

并联流程和串联流程（参见图2）:

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并联流程：

这种流程中制冷机与蓄冰罐在系统中处于并联位置，当最大负荷时，可以联合供冷。

同时该流程可以蓄冷、蓄冷并供冷、单溶冰供冷、冷机直接供冷等。

串联流程：

即制冷机与蓄冰罐在流程中处于串联位置，以一套循环泵维持系统内的流量与压力，供应空调所需的基本负荷。

串联流程配置适当自控，也可实现各种工况的切换。

一般来说，串联系统中多采用“制冷机上游”的方式，此时，制冷机的进水温度较高，有利于制冷机的高效率与节电运行；“制冷机下游”的方式冰蓄冷贮槽可以按照较高的释冷温度来确定容量，冰蓄冷贮槽的体积要小，制冷机的出水温度低，制冷机的效率相应较低，但制冷机与冰蓄冷贮槽的费用较“制冷机上游”要低。

并联系统则是最常见的系统，系统操作运行简单方便，在发挥制冷机与蓄冰罐的放冷能力方面均衡性较好，夜间蓄冷时只需开启功率较小的初级泵运行，蓄冷时更节能，运行灵活。

串联流程系统较简单，放冷恒定，适合于较小的工程和大温差供冷系统。

蓄冷空调系统一般由制冷设备，蓄冷设备（或蓄水池）,辅助设备及设备之间的连接,调节控制等部件组成，单有优良的蓄冷设备和制冷设备并不足以构成一个成功的蓄冷空调系统,蓄冷系统设计种类多种多样,无论采用哪一种形式,其最终的目的是为建筑物提供一个舒适的环境，通常蓄冷空调系统设计可按以下七个步骤进行：

1. 确定曲型设计日的空调冷负荷；2. 选择蓄冰装置的型式；3. 确定蓄冰系统的型式和运行策略；4. 确定制冷主机和蓄冰装置的容量；5. 选择其他配套设备；6. 编制蓄冷周期逐时运行图；7. 经济分析，通过装置设备费与运行费的计算，求得与常规制冷系统相比的投资回收期。