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含冰蓄冷设备的变水温空调系统调节节能

1、冰蓄冷技术原理
    冰蓄冷技术就是在夜间低电价时段(同时也是空调负荷很低的时间)采用电制冷机组制冷，将水在专门的蓄冰槽内冻结成冰以蓄存冷量；在白天的高电价时段(同时也是空调负荷高峰时间)停开制冷机组，直接将蓄冰槽内的冷能释放出来，满足空调用冷的需要。据美国有关资料，采用蓄冰制冷在加州节约电费高达50%，而且不增加耗电量。因为制冰、融冰转换损失的能量很小，而夜间制冷因气温较低可使效率更高，完全可以弥补蓄冰的冷能损失。
    2、采用冰蓄冷空调系统的优缺点
    主要优点:(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；(12)投资费用与常规空调相当，经济效益佳。
    冰蓄冷空调技术在我国的应用将成为不可逆转的趋势。当然它也有一些缺点，如增加蓄冷池、水泵的输送能耗及增加蓄冷池等设备的冷量损失等。
    3、含有冰蓄冷设备的变水温空调系统分析
    当空调系统在部分负荷率比较小的情况下运行时，采用变水温调节可以得到较高的冷冻水温度，表冷器和风机盘管的除湿能力将下降，从而导致室内相对湿度偏高而难以满足舒适性要求。但采用冰蓄冷设备，冷冻水温度从常规空调的7～12℃下降为1～4℃，表冷器盘管的传热性能随送风温差的变化而变化，去湿能力也相应增加。故笔者提出含有冰蓄冷设备的变水温空调系统的方案，可以获得较好的空调制冷效果和舒适性。
    含有冰蓄冷设备的变水温空调系统就是让变水温空调系统和冰蓄冷设备相结合并联运行，在末端装置中加个混合装置和送风装置把两个系统空气处理并混合，再将处理好的空气送到空调房间。
    气象参数是无法控制的，它的变化直接影响着空调负荷的大小；而工作参数是可以改变的，可以通过自动控制设备进行调节，使系统在较高效率下运行。为适应空调冷负荷随全年不同季节以及不同气象条件的变化，我们可以在系统设计的运行过程中采取相应的措施以达到节能的目的。因此，当空调负荷低于设计负
荷时，由于空气处理设备有富裕量，可适当提高冷水温度，使空调系统既能保证舒适度要求，又能减少运行电费。
当部分负荷时，变水温系统采用变水温调节，冰蓄冷设备变水量调节来运行。
    在设计工况时，由于冰蓄冷设备的较强去湿能力，在空气热湿交换过程中处理部分热负荷Q2和全部湿负荷Ws；而变水温系统则处理部分热负荷Q1，不处理湿负荷。
    设计工况下，已知总余热Q和总余湿WS、室内状态参数N(tn、фn)，送风相对湿度为95%(即为设备露点状态送风)，确定混合送风状态O(t2、i2、d2)和总送风量G。由于低温送风和冰蓄冷技术相结合，能够获得较好的空调效果，经济效益很好，所以采用第二类低湿送风，即送风温度为6～8℃，标称温度为7℃。
    通过分别对变水温空调系统和冰蓄冷设备的表冷器进行设计和计算，确定表冷器的型号、台数和排数。所述表冷器计算方法分别是计算部分负荷时，变水温系统和冰蓄冷设备的热湿处理过程的各个参数，并计算出混合送风状态和室内的温湿度参数，验证是否满足舒适性要求。通过实例计算，对于空调房间总余热Q=560000W和总余湿WS=28g/s及室内设计参数为:tn=25℃，фn=55%，各计算参数和选择的表冷器型号、台数、排数如表1所示。
    当空调系统在部分负荷下运行时，变水温系统和冰蓄冷设备的热湿处理过程的各个参数计算结果如表2。计算结果表明，含有冰蓄冷设备的变水温空调系统的运行满足室内舒适性要求。当室内负荷变化时，该系统的调节使室内参数的变化很小，室内温度在24～25℃，相对湿度在54%～55%范围内变化。而且该系统的除湿能力比单一的变水湿空调系统增强了，可以调节的运行范围也大了。变水温系统在设计工况下，冷冻水温度为11.7℃，和单一变水温系统的设计工况下的冷冻水温7℃相比较，也提高了很多，这样双系统的变水温系统就具有很好的节能效果。但是整个系统增加了冰蓄冷系统的初投资费用，增加了系统的复杂性。从冰蓄冷空调系统的特点来看，虽然它的投资费用大些，但是利用低谷段电价的优惠可减少运行电费，而且可以起到优化电网供电的作用。由此可以看出，含有冰蓄冷设备的变水温空调系统可以带来可观经济效益和社会效益。
    4、变水温空调系统存在问题及应对措施
    通过对国内常用表冷器去湿量的计算分析结果表明，当冷冻水湿度从7℃提高到13℃时，其去湿能力大约下降了30%。当冷冻水温提高到一定程度，可能会出现干工况。虽然我们可以通过采用适当降低室内温度的措施，对于相对湿度要求不高的舒适性空调可满足要求，但是这样也就使调节范围受到限制。当负荷率比较小时，用变水温调节会导致室内相对湿度偏高，而难以满足舒适性要求。从上面计算分析，当负荷率低于50%时，室内湿度就可能大于70%，不在舒适标准范围。如果对室内相对湿度要求较高，或者负荷率低于50%时，建议采用含有冰蓄冷设备的变水温空调系统。因为冰蓄冷系统具有较低的冷冻水温度，具有较强的除湿能力，从而弥补变水温系统调节的不足，而且可以使调节范围扩大。

    5、结束语
    上述提出含有冰蓄冷设备的变水温空调系统的方案，可以获得较好的空调制冷效果和舒适性，为空调系统的节能提供了较佳的方案，在设计中应该加以推广。