串联冰蓄冷系统方案介绍.doc

三、方案介绍

3.1蓄冰技术简介

3.1.1 蓄冰技术概念
蓄冰空调系统, 即是在电力负荷很低的夜间用电低谷期, 采用电制冷机
制冰, 将冷量以冰的方式储存起 来。在电力负荷较高的白天, 也就是用电高峰期, 把储存的冷量释放出来,以满足建筑物空调负荷的需要。

3.1.2 蓄冰技术发展简介

世界上采用人工制冷的蓄冰空调大约出现在1930年前后，空调蓄冰技术70年代又再度崛起，80年代以后面向普及，提高。70年代以来，世界范围的能源危机促使蓄冰技术迅速发展。首先在美国将蓄冰技术作为电力负荷的调峰手段广泛应用在建筑物的空调降温工程建设中。至今，美国空调蓄冰系统已相当普及，约有6000多个蓄冰系统在运行，蓄冰容量7万kWh(2万RTh)以上的系统已不鲜见。

欧洲和日本等经济发达国家在80年代初期就开始对蓄冰技术的应用进行研究。在日本，尤为重视和普及水蓄冷系统的应用研究，目前日本约有3000多个蓄冰系统在运行；并在研究开发蓄冰，蓄热式空调产品和成套蓄冰设备方面也取得了一定的成果。近几年，日、韩等国正以更快的速度推广应用蓄冰技术。

我国大陆地区在空调工程中应用蓄冰技术起步较晚，但有关领导部门十分重视。为迅速缓解全国各大电网电力供应紧张的局面，国家电力部门已作出在2000年前在全国移峰1000~1200万KW的规划要求。为此，国内一些电网和城市已陆续实行分时峰谷计价的电费制，峰谷电价比在2~5之间；有些城市还给予其它优惠的减免费用(如减免部分购电权费)，为推广应用蓄冰技术，给予政策上的支持。

为加速空调蓄冰技术在我国的发展和推广应用，1995年4月成立的“全国蓄冰空调研究中心”，1996年5月组建的“全国蓄冰空调节能技术工程中心”已经或将对我国空调蓄冰事业的发展起到指导和推动作用。计划在近年内推出国内专业性的空调蓄冰装置制造厂家，以及外商都看好有着广阔前景的国内市场。

总的看来，当前我国在空调蓄冰技术的应用与开发方面与世界上经济发达国家差距较大，可以说是处于创业起步阶段。
3.1.3 蓄冰空调的收益
3.13.1 国民经济宏观收益
q 转移电力高峰期的用电量,平衡电网的峰谷差, 发电机组效率提高.
q 减少新建电厂投资
q 减少环境污染,有利于生态平衡
q 充分利用有限的不可再生资源

3.1.3.2最终用户的收益
q 减少主机装机容量和功率，可减少30%-50%
q 减少冷却塔装机容量和功率，设备满负荷运行比例增大，充分提高设备利用率和效率
q 减少电力增容费用和用电集资费
q 减少相应的电力设备投资，如：变压器，配电柜等
q 节省大量的运行费用
q 可作为应急冷源 , 停电时可利用自备电力启动水泵融冰供冷
q 减少机电机房有效面积的占地

3.1.4冰蓄冷系统特点

冰储冷空调实质上就是常规单冷式电制冷空调加储冰设备，它除了能降低空调运行成本，还具有以下特点：
3.1.4,1卓越的经济性：
利用峰谷电价差，不仅平衡了电网负荷，还节约了空调年运行费（包括基本电费）。系统的制冷机组通常在满负荷、连续的运行状态，有利于提高主机效率，可避免较低的部分负荷、间歇开机、停机造成的能量浪费，冰储冷空调比相应的单冷式空调系统节约运行费用平均在20～40％左右，长期收益显著。
3.1.4.2高度的可靠性：
冰储冷空调具有应急功能，断电时若备有一般功率发电机就可以驱动水泵及室内风机，使储冷系统放冷、空调系统运行，提高了空调系统的可靠性，这是常规系统所无法实现的。在过渡季节，中央空调所需的冷量完全可以由夜间所储存的冰来满足，在最热的天气里(38℃)，所储存的冰至少可以满足3、4小时，保证半天的用冷量。在台湾，大部分业主看中冰储冷空调就是因为他的这一特性。
3.1.4.3高度的灵活性：
冰储冷空调有多种供冷方式，可实现冷量供求的一比一配置，使用十分灵活，过渡季节、节假日部分区域需要加班或下班后部分办公室短时使用，则可定量按需融冰供冷，无需开主机，非常自如，运行费用大大降低。
3.1.4.4 反应的快捷性：
冰储冷空调启动时间短，一开机即可送出低温冷水，减少了预冷时间，不必提早开机，而常规系统一般需要30～50分钟以上。
3.1.4.5 效果的优越性：
可实现大温差变风量低温送风系统，显著提高空调品质，除湿效果良好，长期使用可避免空调综合症产生。目前国际上最先进的空调形式即为冰储冷+大温差超低温送风+变风量全空气空调系统。
3.1.4.6降低系统设备容量：
冰储冷空调减少冷水机组、配电设备容量，降低主机、水泵、冷却塔和配电设备的一次性投资，如采用大温差低温送风则可减少冷水循环量、可减少水泵功率，减少冷水管径则使建筑的有效层高增加。
3.1.4.7提升环保质量：
由于主机、水泵、冷却塔的容量减少，噪音也比常规空调系统减少，显著改善办公环境。
3.1.4.8节省设备的保养成本：
空调设备能量与数量减少，电力设备也减少，维护保养的工时费及材料消耗也相对减少。
3.1.4.9显著的延长使用寿命：
储冷槽本身密封且无机械运转，故无需维护保养；制冷主机因为满载运转，且开停次数减少，运转状况稳定，故其使用寿命较其它空调设备长。
3.1.4.10可控的初始投资额度：
尽管冰储冷空调系统比相应的一般系统要多出储冷设备和不冻液泵、板式换热器等设备，但因可以明显降低主机、配电设备容量即减少此部分的投资费用，在初投资方面，比之空气源热泵、直燃式溴化锂空调机、VRV系统投资都要少，仅比与之相应的造价最低的普通冷水机组系统要高15%～25％左右。冰储冷空调如采取大温差、低温送风系统则可有效降低末端造价，则与电动冷水机组基本持平甚至略低。
3.1.4.11可控的机房占地面积：
系统的储冰设备对摆放位置有优良的适应性，可以放在建筑室外地下、裙房屋顶上、周围的绿化带下面、中空的装饰构筑里面、车库坡道下面等等，不占用有效的建筑空间，使其优势尽量不受机房面积大小的影响。
3.2 蓄冰系统流程选择及其说明
3.2.1系统设计原则
经济
储冰系统设计须综合考虑影响初期投资及运行成本的各种因素，详尽研究系统的电力费用、峰谷电价结构及设备初期投资等因素，以期达到最佳的经济效益，在降低初期投资的同时节约更多的运行成本，转移更多的高峰用电量。

高效节能
进行储冰系统设计时，须依据设计负荷的需求确定系统选型，尽可能地减少各种设备的装机容量，改善主机工作条件，提高主机效率，充分利用储冰装置的优势，尽量减少系统的能耗。

完整可靠
评价储冰系统品质的最重要依据是系统的整体效能及运行稳定性。进行系统设计时，要求系统要简单可靠，同时须结合储冰系统的运行特点，优选各种设备，符合系统整体运行要求，同时各种配套设备也要求能经受长期稳定工作的考验，减少对系统的维护，满足寿命要求。

3.2.2 储冰模式选择

全量储冰模式
主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的全部冷量。在白天电力高峰期，所有主机停运，所需冷负荷全部由融冰来满足。
优点:
最大限度的转移了电力高峰期的用电量白天系统的用电容量小。
白天全天通过融冰供冷，运行成本低。
缺点：
系统的储冰容量、制冷主机及相应设备容量较大。
系统的占地面积较大。
系统的初期投资较高。

负荷均衡的分量储冰模式
主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的部分冷量；制冷主机在设计日以满负荷运行，不足部分由融冰补充。
优点：
系统的储冰容量、制冷主机及相应设备容量较小。
系统的占地面积较小。
初期投资最小，回收周期短。事实上，常识告诉我们制冷期还存在冷负荷的逐日不均匀性：夏季每天的冷负荷不相同，温度最高的天数占整个使用空调天数的比例很小，仅为10%左右；大部分时间在50%左右的负荷区间运行，分量储冰将在运行中逐渐转化为全量储冰模式。

缺点：
4.2.2.4仅转移了电力高峰期的部分用电量，气温较高、白天负荷较大时，系统白天还需较大的配电容量。
4.2.2.5运行费用较全量储冰高。
本公司推荐采用负荷均衡的分量储冰模式
（至今，中国99.5％的冰储冷工程是分量储冰，全世界为97％）

3.2.3系统的选择----并联系统和串联系统的比较
3.2.4大温差及低温技术的采用
水泵及风机费用降低的意义重大

n 左图为满负荷或设计日负荷设备能量分配图，它不能很好地说明整个系统的状况
n 右图为年度运行能量分析,它的作用无可替代（更有实际意义），运行分析以年度为准。
由右图可以看出年运行能量分配中风机和水泵的能耗所占比例很高，控制风机和水泵的能耗非常重要，而采用低温送风可以很有较的控制风机与水泵的能耗。

低温技术介绍
●冰蓄冷系统提供的超低温液（＜3℃ ）　是力所能及的，不采用是一种能力的浪费。
●由于超低温水的供应，使得低温送风成为可能,这样在采用全空气系统的裙楼中就可以采用变风量系统，节约风机的能耗。

关于结露的问题的担心：
首先，常温系统管道亦需要保温，低温系统只不过需要加强保温，蓄冰系统乙二醇的温度为－6℃，其结露问题也易解决。另外，低温送风口结露也不成问题，高诱导风口技术在国内低温送风系统已经得到了检验，而且本项目采用送风温度为10℃，并非超低温风7℃，另外，常温系统送风温度设计也曾达到10℃，均未出现问题。目前国内有众多工程已投入使用。
大温差技术介绍
A大温差送水
n常规系统的供回水温度是7/12C,蓄冰系统是5/14C
n
n% 流量比例 =D T 常规系统/ D T 蓄冰系统
= (12OC-7oC)/(14oC-5oC) = 5/9 = 0.55
n
n低温系统的流量仅为常规系统流量的55%，意味着将显著地节约泵和管路系统成本。

B大温差送风
n原空气送入处理量 (13 C)
n低温空气量 (7 C)
n常规系统的送回风温度是15/25C,蓄冰系统为10/25C
n
n% 空气流量 = D T 常规送风 / D T 低温送风
= (25oC-15oC)/(25oC-10oC)=10/15=0.66

n空调箱的数量及空气处理量和 送风量减少 33%

.

3.2.5系统流程方式说明
蓄冰系统有多种流程
串联系统的流程布置
采用串联系统是比较理想的，其好处是设计简单，控制简便。注意：这种常见的系统设计中只要一个乙二醇泵就可以让乙二醇在主机、冰槽及板换之间循环，冰槽和板换用标准的三通阀和旁通阀来控制。
主机与冰槽串联产生较大的温差，可以降低系统的流量并节约水泵的功耗。另外，还要注意主机位于冰槽上游，如果是更小的系统(小于1万平方米)，可以采用定流量系统，主机与冰槽的出口温度都设定为固定值，这样系统回水先经过主机再经过冰槽，随着回水温度的下降，主机优先降载，也就是融冰优先。这样，系统的控制非常简单，依靠冷水机组的控制中心就可以实现对整个系统的控制。
如果是大型系统，可考虑采用变流量的系统，这样可以节省水泵的能耗。

串联系统说明
串联系统，采用主机上游的单循环回路方式，由蓄冰盘管在下游提供稳定的3度的乙二醇，通过板换后向未端提供5C的冷冻水，未端采用5－14度的大温差供水，可使系统达到业主最科学、最合理、最经济的三个要求图三为系统流程图。
流程说明
制冷主机位于蓄冰设备上游，供冷时热回流乙二醇先经主机再通过蓄冰设备进入板换，由于蓄冰设备在下游乙二醇的温度保持恒定，保证了主机满负荷工作率，并最大程度提高了主机效率，同时合理的换热温度保证了板换选型最经济。总之主机上游的串联流程是蓄冰系统的最佳选择。

流程中设有板式热交换器，用以将蓄冰系统的乙二醇回路与通往空调负荷的水回路隔离开。在供冷期间，板式热交换器保证乙二醇仅在蓄冰循环中流动，而不流经各空调负荷回路中，可减少乙二醇用量并避免乙二醇在空调负荷中的泄漏。回路中设有两个电磁三通阀V-1，V-2。根据冷负荷变化，通过三通阀V-1调节进入蓄冰装置的乙二醇流量，保证进入换热器的乙二醇温度恒定并满足冷负荷需求。三通阀V-2用于保持进入板式热交换器的乙二醇流量恒定。温度传感器TS-1用于感测进入板式热交换器的乙二醇温度，它可置于板式热交换器冷端进口处，也可置于三通阀V-2的a端。

该蓄冰系统能以四种工作模式运行。
A 主机单制冰
在夜间无空调冷负荷需求，且为电力低谷期，电价低廉。主机设定为制冰工况并满负荷运转，所制得的冷量全部以冰形式储存起来，以供白天冷负荷高峰期使用。
B 主机单供冷
乙二醇不通过冰槽，只由主机提供建筑物所需负荷，这种情况每年出现几率很小。
C 单融冰供冷
电价高峰期，尽量关闭主机，利用融冰供冷，最大限度的节约运行费用。
D 主机供冷+融冰供冷
主机满负荷运转，不足冷量由融冰满足，融冰供冷量根据负荷变化由三通阀V-2来调节。此间板式热交换器冷端入口温度恒定在3.30C，以满足建筑负荷需求。

运行模式控制表

序号
运行模式
主机
基载主机
V-1
V-2
P-1
P-2
A
主机单制冰
开
开
a-b
a-c
开
关
B
主机单供冷
开
开
a-c
a-b
开
开
C
单融冰供冷
关
开
调节
a-b
开
开
D
主机+融冰供冷
开
开
调节
a-b
开
开
E
备份
关
开
-
-
关
关

3.4自控概述

3.4.1 系统特点
自控按蓄冰优先原则，即在负荷最大时，使主机与冰槽都能达到最大的利用率；随着负荷减小，优先考虑融冰供冷，逐渐增加全融冰时段，其余时段主机满负荷工作，不足冷量由融冰补充。

3.4.2系统描述
控制系统通过对冷水机组(包括冷却塔)、蓄冰装置、热交换器、系统循环泵（部分变频）、系统管路调节阀运行的控制，在最经济的情况下给冷负荷提供一稳定的供回水温度。蓄冰控制程序是在一结合电价结构的预定的时间程序，再加以温度控制，调整蓄冰系统各应用工况的运行模式。
蓄冰系统的主要运行模式有如下五种：
1 制冰模式
2 主机单独供冷模式
3 主机和融冰供冷模式
4 融冰单独供冷模式
5 备份模式

蓄冰系统控制微处理机与提供制冷主机运行信息的制冷主机控制系统相
联。微处理机亦可与楼宇自动化系统(BAS)相连，通过2线RS232传的，
BAS系统是由其它专业公司提供。