蓄冷蓄热典型工程——慧鲁渔村饭店蓄能空调系统.doc

    蓄冷蓄热典型工程——慧鲁渔村饭店蓄能空调系统
1、引言
    从长期看我国的能源供应紧张状况将难以根本性改观，这促进了包括蓄能技术在内的能源合理利用技术的发展。蓄能包括蓄冷和蓄热两个方面，常用的蓄能介质有水/冰以及其它蓄能材料。与常规空调系统相比，蓄冷空调系统可以降低冷冻水的温度，降低送风温度，增加送回风温差，减少送风量，从而大大减少风管截面积，减少了其占用空间，减少风机、水泵的功耗，因此虽然其初投资可能比常规空调系统稍高一些，但运行费用的降低将使得蓄冷系统很快收回增加的初投资，改善了空调系统整体的经济性。
    冰蓄冷技术由于是在用电低峰时蓄存冷量，而在用电高峰时放出所蓄存的冷量，可以实现对电网的“削峰填谷”，有利于降低装机容量，而在用电低谷时又可使发电效率维持在较高水平，有利于维持电网的安全高效运行，因此有着很好的发展前景。目前我国的许多地方都实行了分时电价、取消电贴费等措施，降低了采用冰蓄冷技术的成本，有利于冰蓄冷技术的进一步发展。
    冰蓄冷技术在美国、日本、韩国等已经广泛应用于实际工程中，而在国内近几年才开始较多地在实际工程中采用，因此有必要尽快从技术、政策多方面进一步努力使这一新兴技术的发展得到更大推动，以进一步提高我国的能源合理利用水平。清华大学建筑环境与设备教研组和清华同方人环公司在这方面已经进行了多年的有益尝试和探索，并在能源有效利用技术的发展和工程应用的经济性两个方面取得了较好的效果。北京市东直门外慧鲁渔村饭店冰蓄冷系统正是由清华同方应用自身所发展的冰蓄冷技术和设备进行设计的一个典型实际工程，本文对该工程的设计和运行进行比较全面的介绍。
    2、慧鲁渔村蓄能系统简介
    北京市慧鲁渔村饭店属于空调改造工程，建筑总面积为2800m2，主要使用功能为：餐饮。该工程夏季空调峰值冷负荷为120RT（合422KW），全天累计总冷负荷为1166RTH，冬夏共用一台热泵机组，制冷工况出力为272KW，蓄冰槽容量为400RTH；冬季空调峰值热负荷为80RT（合280KW），全天累计总热负荷为1008RTH，电热锅炉容量为84KW。该工程空调系统冷热源均采用蓄能系统。夏季冷源采用内融式冰盘管蓄冷方式，取冷方式可根据情况选择采用冰槽单独供冷、冰槽和冷机联合供冷、冷机单独供冷等几种模式。冬季进行供热时，采用热泵机组在夜间通过盘管对水槽进行蓄热，白天进行取热。系统原理图如图1所示，主要设备列于表2中。

图 1 北京市慧鲁渔村饭店冰蓄冷系统原理图
空调冷、热源系统设备表 表2
序号 
名称 
厂家
功率(KW)
型号
容量
数量
1
热泵机组
清华同方
90.8
FS-U240
夏季272KW
1
冬季280KW
2
乙二醇泵
凯泉
22
KQL80-125
60m3/h 18mH2O
2
3
负荷水泵
凯泉
30
KQL80-160(I)B
82m3/h 23mH2O
2
4
蓄能盘管
清华同方
/
RH-ICU400
400RTH
1
5
板式换热器
阿法拉伐
/
/
422KW
1
6
电热水炉

85

1

    3、系统运行模式
    根据系统运行策略，夏季供冷期间系统将采用如下四种运行模式并实现自动切换：制冷机蓄冷、蓄能槽供冷、制冷机单独供冷、制冷机＋冰槽供冷。系统在各种模式运行时的阀门V1~V8的动作如表3所示。
冰蓄冷系统夏季运行模式阀门动作表 表3
运行模式

制冷机
V1
V2
V3
V4 
V5 
V6 
V7
制冷机蓄冷
开
开
关
开
关
关
关
关
蓄能槽供冷
关
开
调节
关
开
关
开
关
制冷机单独供冷
开
关
开
关
关
关
开
关
制冷机+冰槽供冷
开
开
调节
关
开
关
开
关

    冬季供热期间，蓄热系统采用部分负荷转移的蓄热形式，系统运行策略如表4所示：
冰蓄冷系统夏季运行模式阀门动作表 表4
运行模式
热泵机
V1
V2
V3
V4 
V5 
V6 
V7
热泵机组供热+蓄热
开
关
开
关
关
关
开
关
蓄热水池供热
关
关
关
关
关
开
关
开
热泵机组单独供热
开
关
开
关
关
关
开
关

    4、系统运行状况
    限于篇幅，本文仅介绍蓄冷系统的运行状况。冰蓄冷系统的运行分为蓄冷和取冷两个阶段，下面分别介绍蓄冷和取冷过程的运行状况。
    4.1 测点布置与测试仪器
    测试工作主要包括管路流量、主要设备进出口温度，对室内空调区域温度及室外温度等辅助参数也进行了测量。测点符号意义及位置如图1。测量时用唐山汇中仪表厂生产的PCL型速度差法超声波流量计测量管道流量，用清华人工环境工程公司生产的RHLOG智能型温度自记仪进行温度测量。

    4.2 测试结果及分析
   （1） 蓄冷过程
    从图2中可以看出，在蓄冷开始的两个小时内，蓄冰槽处于显热蓄冷阶段，系统内乙二醇溶液的温度不断下降。在1：20左右温度曲线出现一个小的反转，这标志着槽内开始结冰，蓄冷进入潜热蓄冷阶段，自此蓄冷槽的出入口温度下降趋势开始变得缓慢。一直到8：30时，冷槽入口温度从－2°C降至－3.4°C，出口温度则从－0.1°C降至－1.7°C，进出口温差基本维持在1.9℃～1.7℃左右，整个蓄冷过程持续了约8.5个小时，开启冷机为2组，共蓄存冷量约250RTH。如果4组冷机均同时投入蓄冷过程，则可以在8小时内蓄存的冷量为（29.4/2）×4×8＝470RTH，超过蓄冰槽的设计容量400RTH。
    由于在蓄冷期间制冷机并未承担板式换热器所需负荷，因此实际蓄冷速率、蓄冷量与对应时刻的冷机制冷量、累积制冷量基本吻合，参见图4。
   （2） 取冷过程
    从8：40到11：40期间，空调系统由蓄冰槽单独供冷；其后由单独冷机供冷。从图3中可以看出，在蓄冰槽单独供冷期间，通过冰槽的流量约为57m3/h。蓄冷槽的出口温度随取冷的进行而逐渐升高，在取冷刚开始时该温度约为0℃，到结束时升至7°C左右；进口温度则由0.5℃上升到约10.5℃。取冷温差则从取冷初期的5.5℃下降到3.5℃。
    在冰槽实际单独供冷期间（8：40～11：40）的3小时内，共取出约250RTH的冷量，相当于当日总蓄冷量的100％，平均取冷速率约为83RT，相当于每小时取出设计容量的21％。此过程中通过冰槽的流量约为57m3/h。
    从蓄冰系统蓄冷和取冷过程可以看出，慧鲁渔村蓄能空调系统的蓄冰和取冷过程均达到了设计要求，可以很好地将白天空调负荷转移至夜晚。
    经测试，蓄热工况也工作正常，这里不再赘述。
    5、结论
    蓄冷蓄热共用一槽体的空调系统可以大幅减少占地面积和降低初投资，有广阔的发展前景。慧鲁渔村蓄能工程表明，蓄冷蓄热共用一槽体是可行的，这为冰蓄冷空调与蓄热空调的结合开辟了一条新途径，值得大力推广。