論冰蓄冷與水蓄冷

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隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高。中央空調(diào)的應(yīng)用越來越廣泛，其耗電量也越來越大，一些大中城市中央用電量已占其高峰用電量的20%以上，使得電力系統(tǒng)峰谷負(fù)荷差加大，電網(wǎng)負(fù)荷率下降，電網(wǎng)不得不實(shí)行拉閘限電，嚴(yán)重制約著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對人們正常的生活帶來不少影響。解決該問題的有效辦法之一是應(yīng)用于蓄冷技術(shù)，將空調(diào)用電從白天高峰期轉(zhuǎn)移到夜間低谷期，均衡城市電網(wǎng)負(fù)荷，達(dá)到多峰填谷的目的，蓄冷技術(shù)的原理，簡而言之，是利用夜間電網(wǎng)多余的谷荷電力繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)制冷機(jī)制冷，并以冰的形式儲存起來，在白天用電高峰時(shí)將冰融化提供空調(diào)服務(wù)，從而避免中央空調(diào)爭用高峰電力，最常用的蓄冷方式主要有兩大類：冰蓄冷和水蓄冷。

　　一、冰蓄冷

　　顧名思義蓄冷介質(zhì)以冰為主，不同的制冰開式，構(gòu)成不同的蓄冷系統(tǒng)。蓄冷系統(tǒng)的思想通常有兩種，完全蓄冷與部分蓄冷。因?yàn)椴糠中罾浞绞娇梢韵鳒p空調(diào)制冷系統(tǒng)高峰耗電量，而且初投資夜間比較低所以目前采用較多，在確定部分負(fù)荷蓄冷系統(tǒng)的裝置容量時(shí)，一般有兩種情況，

　　1、空調(diào)系統(tǒng)夜間不運(yùn)行，僅白天運(yùn)行，或者夜間運(yùn)行的空調(diào)負(fù)荷較小，在這種情況下，選擇制冷機(jī)的最佳平衡計(jì)算公式應(yīng)為

　　qc=Q/（N1+CfN2） Qs=N2Cfqc，

　　式中qc：以空調(diào)工況為基點(diǎn)時(shí)的制冷機(jī)制冷量，kw，Qs：蓄冰槽容量，KWH；

　　N1：白天制冷主機(jī)在空調(diào)工況下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)，由于白天制冷機(jī)不一空均為滿載運(yùn)行，計(jì)算時(shí)該值可取（0.8-1.0）n. N2：夜間制冷主機(jī)在蓄冷工況下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)。

　　Cf：冷水機(jī)組系數(shù)，即冷水機(jī)組蓄冰工況制冷能力與空調(diào)工況制冷能力的比值，一般活塞式與離心式冷水機(jī)組約為0.65，螺桿式冷水機(jī)組約為0.7.它取決于工況的溫度條件和機(jī)組型號。

　　根據(jù)這個(gè)公式，我們結(jié)合具體的工程，就可得出應(yīng)配置的冷水機(jī)組的制冷能力與蓄冰槽容量。

　　2、空調(diào)系統(tǒng)部分夜間運(yùn)行，而且所需的冷負(fù)荷比較大。在這種情況下，我樣一般以夜間所需的冷負(fù)荷為依據(jù)。選擇基載主機(jī)。然后從總負(fù)荷中扣除基載主機(jī)所承擔(dān)的負(fù)荷，再按第一種情況合理配制冷水機(jī)與蓄冰槽。

　　二、水蓄冷水蓄冷是利用3-7°C的低溫水進(jìn)行蓄冷，可直接與常規(guī)系統(tǒng)區(qū)配，無需其它專門設(shè)備。

　　其優(yōu)點(diǎn)是：投資省，維修費(fèi)用少，管理比較簡單。但由于水的蓄能密度低，只能儲存水的顯熱，故蓄水槽上地面積大。如若利用高層建筑內(nèi)的消防水池，在確定制冷機(jī)容量與蓄冷槽的容量時(shí)，可根據(jù)消防水池的容量來計(jì)算出蓄冷量，然后根據(jù)剩余負(fù)荷量來確定制冷機(jī)組的制冷量。最后校核一下冷水機(jī)組能否滿足夜間蓄冷的需要。

　　三、現(xiàn)以某工程為例來對蓄冷系統(tǒng)和冰蓄冷系統(tǒng)做一經(jīng)濟(jì)比較分析

　　某高層建筑總建筑面積15000m²，空調(diào)面積12000m²，建筑物總高度54M為高一類工程。其功能主要以辦公為主，空調(diào)運(yùn)行時(shí)間為8：00-18：00，消防水池的有效容積為600m³.

　　設(shè)計(jì)日全日最高負(fù)荷為：1232KW；設(shè)計(jì)日全日總冷量9854kwH，

　　1、水蓄冷系統(tǒng)：

　　因?yàn)槌Ｒ?guī)頓漢布什螺桿機(jī)低溫保護(hù)溫度為4℃，我們設(shè)定水池取冷溫度為5.5℃，回水溫度12℃，則總蓄冷量為4524，考慮到冷量損失，我們確定實(shí)際能夠利用的冷量為4060KW，其負(fù)擔(dān)的空調(diào)面積數(shù)為5000，制冷主機(jī)的容量為6844KW，蓄冷量占總冷量的比率為場4060/9854=41%，我們選用696KW立式螺桿機(jī)組一臺，滿足夜間蓄冷池的蓄冷要求。

　　因水池供冷為開式系統(tǒng)，為節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，應(yīng)最大限度地降低蓄冷池供冷泵的揚(yáng)程，我們在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將整幢主樓分成高、低兩個(gè)區(qū)，低區(qū)空調(diào)面積5000m²，采用蓄冷池供冷，為開式系統(tǒng)，高區(qū)空調(diào)面積7000m²，采用制冷機(jī)組供冷，為閉式系統(tǒng)。

　　2、冰蓄冷系統(tǒng)

　　我們采用部分蓄冷方式，根據(jù)公式qc=Q/（N1+CfN2）得出qc=9854/（8.5+0.7×8）=700kw

　　蓄冰槽容量： Qs=N2Cfqc=8×0.7×200=3920KwH

　　根據(jù)上式我們選用一臺700KW雙工況水冷螺桿機(jī)組，蓄冰槽的蓄冷量為3920kwH。

　　其冷凍站配置及概算如下：

內(nèi)容 　 規(guī)格　 數(shù)量　 單位　 功率（KW）　 價(jià)格 （萬元）　 合計(jì)　 功率（KW）　 總價(jià)（萬元）　 主機(jī)　 24AUJ8H7　 1　 臺　 157 　 68　 157 　 68　 冷卻塔　 LBC-M-3-200　 1　 臺　 7.5　 5.0　 7.5　 5.0　 冷凍水泵　 KQL125-160A　 2　 臺　 5　 1.03　 18.5　 2.06　 冷卻水泵　 KQL150-315　 2　 臺　 30.0　 1.19　 30.0　 2.38　 鹵水泵　 KQL125-160A　 2　 臺　 18.5　 1.03　 18.5　 2.06　 供熱泵　 KQL100-200A　 2　 臺　 18.5　 1.06　 18.5　 2.12　 板換　 270m²　 2　 - 　 27.0　 - 　 27.0　 - 　 蓄冰槽 　 420型　 3　 臺　 - 　 17.0　 - 　 51.0　 電控 　 - 　 - 　 - 　 - 　 25.0 　 - 　 25.0 　 合計(jì) 　 - 　 - 　 - 　 - 　 231.5 　 - 　 182.0 　

　　注：造價(jià)僅供參考。

　　以上分析比較來看，水蓄冷系統(tǒng)不僅從節(jié)能而且從節(jié)省初投資方面都具有很大的優(yōu)越性，它充分利用了建筑的消防水池，不再占用建筑面積，節(jié)省了機(jī)房面積，但我們不能因此而完全肯定水蓄冷，否定冰蓄冷，他們各用各自的適用范圍，下面我們來分析一下：

　　根據(jù)公式qc=Q/（N1+CfN2） Qs=N2Cfqc

　　我們可得出蓄冷比率：

　　η=Qs/Q=（N2Cfqc）/Q=（N2Cfqc）/[（N1+CfN2）×（N2Cfqc）/Q]

　　=1/[1+（N1/（CfN2））

　　對于一般的辦公建筑來說，N1、Cf、N2均為確定值，分別為8.5，8，0.7，則η=1（1+8.5/0.7×8）=39.7%

　　在這個(gè)比率下，制冷機(jī)與蓄冷槽容量配置為最佳，對冰蓄冷而言，因蓄冰槽可根據(jù)蓄冷量的大小來配置，不受任何限制，我們就可根據(jù)這一比率來確定蓄冷量，從而配置出相應(yīng)的制冷機(jī)與蓄冰槽，但對水蓄冷而言，因?yàn)樗玫氖窍浪?，而建筑物消防水池的容積只與建筑物的性質(zhì)及使用功能有關(guān)，與建筑面積沒有關(guān)系，那么在這一條件下限制下，對于空調(diào)面積只與建筑物的性質(zhì)及使用功能有關(guān)，與建筑面積沒有關(guān)系，那么在這一條件下，對空調(diào)面積較小的建筑物來說，水池所蓄存的冷量占全日總冷量的比率接近于39.7%，則我們建議采用冰蓄冷系統(tǒng)，對空調(diào)面積較小的建筑物來說，水池所蓄存的冷量占全日總冷量的比率接于39.7%，甚至高于39.7%，則我們應(yīng)采用水蓄冷系統(tǒng)，同時(shí)，應(yīng)與水系統(tǒng)的分區(qū)結(jié)合起來。