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浅谈冰蓄冷空调系统在办公建筑的应用及经济性分析
发布时间: 2019-7-22 9:12:23

引言


随着我国经济的飞速发展,空调的应用已越来越广泛。据统计,国内部分大城市的高峰用电量中空调用电就占了30% 以上,且用电高峰与低峰间负荷差极大。蓄冷空调系统“削峰填谷”作用有助于电网运行的优化调配和节能,从而提高设备使用率,为电网的生产和供应带来显著效益。电力部门继续大力推广蓄冷空调技术,充分运用价格杠杆鼓励用户采用蓄冷空调。


目前,蓄冷空调种类较多,按蓄冷介质分类,可以有水蓄冷、冰蓄冷和多晶盐蓄冷。本文仅讨论以乙二醇为基础的冰蓄冷空调系统。





一、冰蓄冷空调系统介绍


冰蓄冷系统包括制冷侧、用户侧,制冷侧如下图所示,本文重点介绍蓄冰装置。



1. 蓄冰装置


根据制冰方式的不同,可分为静态型制冰和动态型制冰两种。静态型:在换热器上结冰与融冰,最常用的为冰盘管式、封装式;动态型:将生成的冰连续或间断地剥离,最常用的是冰片滑落式、冰晶式。下表详细介绍这几种蓄冰装置。


四种常用蓄冰装置的技术特点



蓄冰装置分类


蓄冰盘管材质:



总结,市场上蓄冰盘管主要为钢制盘管、复合材质盘管。钢制盘管换热性能好,承压大,融冰性能好,耐腐蚀性差,需做好全面防腐措施,并注意后期水质管理。复合材质盘管目前市场应用很多,盘管导热性能不及钢盘管,承压能力稍弱,但管材防腐性能好,对水质没有严格要求。


(左)不完全冻结式金属盘管

(右)完全冻结式塑料盘管


不完全冻结式复合材质盘管



二、冰蓄冷空调系统及经济性分析


1.冰蓄冷系统流程图


冰蓄冷系统流程图



2.经济性分析


对某办公建筑,总建筑面积为16万平米,采用冰蓄冷中央空调系统进行经济性分析。本项目设计日最大冷负荷为11497KW(3270RT)。




三、冰蓄冷空调系统优缺点、

后期维护及适用性分析


1.冰蓄冷空调系统优点


(1)利用低谷段电力,具有平衡峰谷用电负荷,缓解电力供应紧张。

(2)冰水主机的容量减少,节省增容费用。

(3)总用电设施容量减少,可减少基本电费支出。

(4)利用低谷段电价的优惠可减少运行电费。

(5)冰水温可低至1~4℃,减少空调设备风管的费用。

(6)冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔容量减少。

(7)电力高压侧及低压侧设备容量减少。

(8)室内相对湿度低,冷却速度快,舒适性好。

(9)制冷设备经常在设计工作点上平衡运行,效率高,机器损耗小。

(10)充分利用24h有效时间,减少了能量的间歇耗损。

(11)充分利用夜间气温变化,提高机组产冷量。


2.冰蓄冷空调系统缺点


(1)系统相对复杂

冰蓄冷空调除了通常的制冷系统和空调设备外,还配备蓄冰装置,蓄冰装置包括蓄冷槽、乙二醇溶液泵、热交换器等设施。

(2)占地面积大

由于系统复杂,尤其蓄冰装置占用空间是业主与设计者应重点考虑的内容,特别是高楼林立的都市地区,寸士即寸金,有时为增加停车位,而放弃采用蓄冷空调系统,因此蓄冷设备的单位可利用蓄冷量所占用体积或面积是衡量蓄冷设备的一项重要指标,应优先考虑占用空间少,布置位置灵活的蓄冷设备。



(3)系统运行控制复杂

以往的冰蓄冷系统运行控制往往采用两种比较简单的控制策略,一种以制冷机组优先供冷为主,另一种以蓄冰装置优先放冷为主,其他不足部分互为补充。以制冷机组优先供冷为主的控制策略无法充分发挥冰蓄冷系统的“转移负荷”能力;蓄冰优先供冷控制策略不仅蓄冰装置中的冰存在提前用尽的可能,而且制冷机组负荷会长时间工作于低负荷状态,这些因素均致使系统运行不经济、不合理。


目前有冰蓄冷厂家采用负荷预测软件对当前负荷进行分析,结合系列控制算法确定冰蓄冷系统运行工况的最佳组合方式,同时根据系统温度及压力等参数,调整系统内不同执行机构(电动阀门以及变频器)等及时动作,确保系统能够及时跟随空调负荷的变化,保证空调供冷效果,并以最可靠、稳定的方式运行,整个系统达到最经济的运行状态,提高系统的自动化水平,提高系统的管理效率和降低管理劳动强度。



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3.后期维护


针对钢制盘管,需要按要求对水质进行维护,使蓄冰装置内的水PH值、硬度、碱度等达到要求的范围,以防止水质对钢盘管进行腐蚀,如蓄冰槽中水的PH值大于8.3,应定期对刚盘管进行钝化处理以防止白锈、白色沉淀物以及锌腐蚀物质的产生。


锈蚀的钢盘管


4.冰蓄冷空调系统适用性


在执行峰谷电价且峰谷电价差较大的地区,具有下列条件之一,经经济技术比较合理时,宜采用蓄冷空调系统:


    (1)建筑物的冷负荷具有显著的不均衡性,低谷电期间有条件利用闲置设备进行制冷时。

    (2)逐时负荷的峰谷差悬殊,使用常规空调系统会导致装机容量过大,且经常处于部分负荷下运行时。

    (3)空调负荷高峰与电网高峰时段重合,且在电网低谷时段空调负荷较小的建筑。如:写字楼、综合楼、餐厅、体育馆、影剧院、酒店等。

    (4)有避峰限电要求或必须设置应急冷源的场所。

    (5)采用大温差低温供水或低温送风的空调工程。

    (6)采用区域集中供冷的空调工程。



四、结语


(1)与常规系统相比,冰蓄冷空调系统减少冷水机组装机容量,以及减少了相应的冷冻、冷却水泵等,大大减少了配电系统装机容量。其具有移峰填谷、均衡用电负荷、提高电力建设投资效益等优点,能减少电厂和输配电设备的建设,使用环保廉价能源以降低环境污染,高效率地使用已有发电设备,社会效益显著。

(2)与常规系统相比,上述分析的办公楼蓄冷空调系统的初投资增加391万元,年运行费用节省75.4万元,静态回收期约为5.2年,如进一步提高峰谷电价比,大大降低了静态回收期。

(3)采用冰蓄冷系统,响应LEED认证要求。可灵活满足系统在部分负荷下的使用要求,提高了系统的安全及稳定性。

(4)冰蓄冷技术在空调系统中的应用已经得到了较为广泛的认可,但其推广应用还需电力优惠政策的跟进与技术进一步革新。

(5)冰蓄冷技术在执行峰谷电价且峰谷电价差较大的地区,经经济技术比较合理时,才考虑采用。

(6)冰蓄冷空调系统占地面较大积大,特别是在寸士寸金的城市中心的办公楼,应灵活布置蓄冰装置,尽量少占用有效空间。

(7)城市中心办公楼是否设置冰蓄冷空调系统,不仅需要进行经济性分析,还需要综合考虑机房占地、运行控制复杂、运行管理成本、舒适性等因素。

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