冰蓄冷系统现场测试情况与展望.doc

冰蓄冷系统现场测试情况与展望
清华大学    赵庆珠   骆维军   张雁
应原电力部委托，自1995年至今，清华大学空调实验室对全国各地的多个冰蓄冷空调系统进行了现场调查和测试，这些系统各具特色，基本包括了我国当前应用较为广泛的冰蓄冷空调系统形式，已测试工程如表1所示。总的看来，我国已安装运行的冰蓄冷空调工程大多运行情况良好，这证明蓄冷空调在我国是完全可用的，是具有良好前景的。当然由于对冰蓄冷空调技术的认识还不够成熟，应用中还存在着各式各样的问题，本文以测试所获得的第一手资料为依据，结合国内的冰蓄冷工程发展情况，从以下几个方面分别论述。
表1   测试工程列表
一、国内冰蓄冷系统设计中存在的问题
   总结调查实际情况后，我们认为国内相当一部分冰蓄冷空调工程中存在冷机或冷槽余量过大的问题。由于我国的冰蓄冷事业刚刚开始，部分设计者对冰蓄冷系统的能力不大信任，以至于将系统冷机选得过大或过多，有的系统无需冷槽即可保证系统负荷要求。另一方面的问题则是冷槽的余量取得过大，以A工程为例，其冷蓄冷空调系统中选取了42台冷槽，每台的蓄冷容量均为180RTH，总蓄冷容量为7560RTH，但该系统所选配的蓄冷主机为两台，每台空调工况供冷能力为382RTH，若按其当前实际9小时蓄冷时间计算，则冷机夜间的蓄冷能力约为382×0.7×2×9=4813RTH，占冷槽实际蓄冷容量的63%左右，与我们的实测蓄冷量基本相符，此工程中蓄冷槽的安全系数选择太大，以至冷槽实际无法充分发挥作用，是一种设备资源和用户资金的浪费。B工程也有类似的问题，其建筑面积仅4000平方米，所选的冷槽容量共达950RTH，在运行中这五个冷槽实际上只用四个，另一个备用，而事实上在蓄冷空调系统中备用冷槽并没有很大的实际意义。即使按照四个冷槽760RTH容量计算，该系统蓄冷时间也需要760/（101×0.7）=11小时左右，实测则发现蓄满约需12小时，远超过较合理蓄冷时间段，即不能在低谷时段充分发挥蓄冷作用。
冰蓄冷空调的初投资较常规定空调系统高，怎样充分发挥冰蓄冷空调系统的优势，尽量减少装机容量和设备初投资，是每个设计者都应当关心的问题。当然，国内也有一些冰蓄冷空调系统真正做到了减少装机容量，安全系数选取比较合理，如交通银行杭州市分行、清华同方人环楼等工程。下面将调查的各工程冷机、冷槽容量选择情况列于表2，可以看出，同样是蓄冷系统，冷槽和冷机的装置比例相差很多。
表2 蓄冷空调工程系统配置
在调查中还发现，有的冰蓄冷系统显得实验性过强，如某工程选用了5个蓄冰罐，每个容积均为100立方米，共分三个支路并联在系统中，两组为两个串联罐，一组为一个单罐，他们通过的流量大致相等，串联罐流过的流量略小。蓄冷13小时后，小罐结冰达到IPF=1，串联罐的结冰率仅为0.6左右，测试结果表明串联罐的结冰速度远小于单罐，因此根本无法充分发挥其削峰填谷蓄冷作用。
二、冰蓄冷系统的控制问题
冰蓄冷系统的控制分为冷机优先、冷槽优先和优化控制三种，同样系统的控制好坏往往直接关系到用户运行费用，关系到蓄冷系统是否充分发挥其移峰填谷能力，关系到空调系统的运行品质的好坏。另外，从我国国情出发，由于电价政策在不断调整，这就要求系统控制能较为灵活，能对不同的电价政策有一定的适应性。以杭州为例。从以前的电价政策规定上午三个小时禁开冷机，现在此规定已取消。但我们这次测试中发现，当时设计安装的一些系统如国际大厦、世贸中心等仍基本按照以前的控制思路运行，或者按照机房人员的经验来运行，这样必然不能保证系统运行的节能和优化。
这次测试中发现，冰蓄冷系统的控制情况各不相同，总的来看大多数系统的控制效果都较好，能够保证系统空调供回水温度控制平稳。如杭州世贸中心、交通银行杭州市分行及清华同方人环楼等。而有的工程控制系统水平较低，空调水温控制极不稳定，从现象上分析推测已接近ON—OFF控制。就测试调查情况来看，Honeywell及国内一些蓄冷空调系统控制软件技术上比较成熟，实际控制效果比较好，实测的空调供回水温度比较平稳，较好地为用户做好了削峰节能。
三、蓄冷槽的性能比较
目前在我国真正用于实际工程的蓄冷装置主要是两大类：封装式蓄冷槽和盘管式蓄冷槽。封装式蓄冷槽细分为冰球式蓄冷槽和蕊芯褶囊冰球式蓄冷槽，前者如CIAT公司的产品，后者如杭州华源公司的产品。盘管式蓄冷槽在国内应用的一般都是内融冰形式，细分为U型塑料盘管、圆形塑料盘管、金属蛇形盘管等几种。U形盘管以FAFCO的产品为代表，圆形盘管以CLAMAC的产品为代表，金属蛇形盘管的生产厂家则有BAC、清华同方等。蓄冷装置形式不同，则其取冷特点各不相同，以下分别论述。
冰球式蓄冷槽的蓄冷速度较慢，但取冷速度较快且在整个过程中不断降低。以深圳中电大厦的测试结果为例，在蓄冷流量约0.19m3/h/RTH，蓄冷温度约-6摄氏度条件下，花费了12.5小时才全部蓄满，且在蓄至80％左右时，蓄冷速度较低较为严重。而在取冷流量约0.
五、新型蓄能系统
近年来，蓄能空调的形式发生了不少变化，总的看其趋势有两个，一个高效节能，一种设备多种用途；另一个是蓄能空调的规模，大的可实现集中供冷、供热，小的则是发展微型蓄能系统，如家用蓄能空调机组等。
1.       蓄冷与蓄热的结合
（1）水池蓄冷与蓄热
l         水池内水流向与流速的严格控制是保证池内水温自燃分层，提高蓄能效率的关键。
l         蓄热水槽不得与消防水池合用。
l         注意对池壁温度应力的验算与措施。
（2）蓄冷与蓄热合用槽体
l         乙二醇水溶液可在85摄氏度至90摄氏度范围内不分解变质是前提。
l         提高水蓄冷槽的蓄冷效率，减少冰盘管容量。
l         节省蓄能槽体的占用空间，冬、夏蓄冷，蓄热合用一个槽体。
l         可适用于内融冰盘管或外融冰盘管系统。
l         可适用于热泵系统或电加热蓄热系统。
2.       外融冰盘管系统，可获得1摄氏度左右的低温供水
（1）实现大温差供水，减少水系统能耗与初投资
l         一般空调水：t＝7℃/12℃，△t＝5℃。
l         大温差供水：t＝1℃/15℃，△t＝14℃，流量减小，节电、省管径。
l         可建成集中供冷冷源与热网合用管线。
l         减少用户建设冷热源所需的投资与面积。
l         减轻污染，可用氨高效制冰。
l         高效、节能、减少初投资。
（2）实现低温送风，节省空调风系统容量与能耗
l         一般空调风：t＝16℃/24℃，△t＝8℃
l         低温送风：t＝11℃/27℃，△t＝16℃，风量减半，节电、节省风道和空间。
l         提高室内卫生标准，相对温度低，人更舒畅，不易滋生细菌。
（3）可以极大地提高取冷率，即单位时间取冷量可扩大到50％左右，克服了内融冰盘管取冷速率较小（最大约13～14％）的缺点。
（4）开式系统与水系统一样，必须解决好系统中压力保持问题。
3.       热泵系统
（1）风冷热泵，多用于中小规模的建筑
l         系统配置简单，没有冷却水系统，不占机房面积，全部放在室外。
l         供冷与一般风冷机组相同，COP＝4～5。
l         供热：出水温可达40℃～45℃，最低工作温度-10℃左右，COP＝2.0～2.5。
l         初投资较高，但与一般直燃机相比，基本持平。
l         可以与电热结合使用。
（2）水源热泵，可用于大、中型规模的建筑
l         供冷与一般水冷机组相同，COP＝4.5～5.5。
l         供热：出水温可达56℃至58℃，COP≈3.2～3.8。
l         初投资比风冷热泵便宜，但要有合适的水源系统。
l         同样可与电热结合使用。
系统较简单方便，无任何污染，冷、热效率较高，有广泛应用前途。
4.利用电能蓄热
（1）系统简单、方便、无任何污染。
（2）热效率较低，COP≤1.0，且发电中一次能源效率只有30％左右。
（3）利用低谷电进行蓄热，可以适当采用，运行费用较低，约29元/m2年。
（4）直接用电加热，则运行费过高，一般不宜采用，其供暖费用约50元/m2年。
六、结论
冰蓄冷技术在中国的应用至今已有5～6年的历程，可以说已经走过了艰难的启动状态，走进了进一步发展和完善的良性轨道，可从如下事实说明：
1.发展速度：1995年全国只有2家蓄冷工程；1997年发展到33项；1998年建成60多项；1999年底已建成和正在建的蓄能空调有100余项。
2.发展规模：1997年最大蓄冷量只有约3000RTH，1998年建成8200RTH的大系统，1999年又建成蓄冷量达12000RTH的更大系统。
3.发展模式：1998年以前几乎全部都是静态蓄冷系统，1999年出现两家动态蓄冷系统，而且规模还相当大；除单纯蓄冷形式外，又出现了不少既蓄冷又蓄热的系统，因地而异大胆采用了电能蓄热系统等等。
4.发展目标：人们对“为国节能为民节资”的关系，对“节能与环保”的关系有了进一步的认识，保证了蓄能空调技术发展的大方向。
总之，根据以上情况，我们可以预见到，在中国大量发展蓄能空调的技术已经相当成熟，广泛应用蓄能技术已经势在必行。