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論冰蓄冷與水蓄冷

09-03 12:40:18  瀏覽次數:515次  欄目:暖通空調
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  隨著現代工業的發展和人民生活水平的提高。中央空調的應用越來越廣泛,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,使得電力系統峰谷負荷差加大,電網負荷率下降,電網不得不實行拉閘限電,嚴重制約著工農業生產,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用于蓄冷技術,將空調用電從白天高峰期轉移到夜間低谷期,均衡城市電網負荷,達到多峰填谷的目的,蓄冷技術的原理,簡而言之,是利用夜間電網多余的谷荷電力繼續運轉制冷機制冷,并以冰的形式儲存起來,在白天用電高峰時將冰融化提供空調服務,從而避免中央空調爭用高峰電力,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

  顧名思義蓄冷介質以冰為主,不同的制冰開式,構成不同的蓄冷系統。蓄冷系統的思想通常有兩種,完全蓄冷與部分蓄冷。因為部分蓄冷方式可以削減空調制冷系統高峰耗電量,而且初投資夜間比較低所以目前采用較多,在確定部分負荷蓄冷系統的裝置容量時,一般有兩種情況,

  1、空調系統夜間不運行,僅白天運行,或者夜間運行的空調負荷較小,在這種情況下,選擇制冷機的最佳平衡計算公式應為

  qc=Q/(N1+CfN2) Qs=N2Cfqc,

  式中qc:以空調工況為基點時的制冷機制冷量,kw,Qs:蓄冰槽容量,KWH;

  N1:白天制冷主機在空調工況下的運行小時數,由于白天制冷機不一空均為滿載運行,計算時該值可取(0.8-1.0)n. N2:夜間制冷主機在蓄冷工況下的運行小時數。

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

  根據這個公式,我們結合具體的工程,就可得出應配置的冷水機組的制冷能力與蓄冰槽容量。

  2、空調系統部分夜間運行,而且所需的冷負荷比較大。在這種情況下,我樣一般以夜間所需的冷負荷為依據。選擇基載主機。然后從總負荷中扣除基載主機所承擔的負荷,再按第一種情況合理配制冷水機與蓄冰槽。

  二、水蓄冷水蓄冷是利用3-7°C的低溫水進行蓄冷,可直接與常規系統區配,無需其它專門設備。

  其優點是:投資省,維修費用少,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的消防水池,在確定制冷機容量與蓄冷槽的容量時,可根據消防水池的容量來計算出蓄冷量,然后根據剩余負荷量來確定制冷機組的制冷量。最后校核一下冷水機組能否滿足夜間蓄冷的需要。

  三、現以某工程為例來對蓄冷系統和冰蓄冷系統做一經濟比較分析

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

  設計日全日最高負荷為:1232KW;設計日全日總冷量9854kwH,

  1、水蓄冷系統:

  因為常規頓漢布什螺桿機低溫保護溫度為4℃,我們設定水池取冷溫度為5.5℃,回水溫度12℃,則總蓄冷量為4524,考慮到冷量損失,我們確定實際能夠利用的冷量為4060KW,其負擔的空調面積數為5000,制冷主機的容量為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,為節省空調系統的運行費用,應最大限度地降低蓄冷池供冷泵的揚程,我們在進行系統設計時,將整幢主樓分成高、低兩個區,低區空調面積5000m2,采用蓄冷池供冷,為開式系統,高區空調面積7000m2,采用制冷機組供冷,為閉式系統。

  2、冰蓄冷系統

  我們采用部分蓄冷方式,根據公式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

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

  其冷凍站配置及概算如下:

內容   規格  數量  單位  功率(KW)  價格 (萬元)  合計  功率(KW)  總價(萬元)  主機  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  -  -  -  -  231.5  -  182.0 

  注:造價僅供參考。

  以上分析比較來看,水蓄冷系統不僅從節能而且從節省初投資方面都具有很大的優越性,它充分利用了建筑的消防水池,不再占用建筑面積,節省了機房面積,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%

  在這個比率下,制冷機與蓄冷槽容量配置為最佳,對冰蓄冷而言,因蓄冰槽可根據蓄冷量的大小來配置,不受任何限制,我們就可根據這一比率來確定蓄冷量,從而配置出相應的制冷機與蓄冰槽,但對水蓄冷而言,因為它利用的是消防水池,而建筑物消防水池的容積只與建筑物的性質及使用功能有關,與建筑面積沒有關系,那么在這一條件下限制下,對于空調面積只與建筑物的性質及使用功能有關,與建筑面積沒有關系,那么在這一條件下,對空調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,對空調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%,則我們應采用水蓄冷系統,同時,應與水系統的分區結合起來。

  以上是作者的一點觀點和看法,懇請同行給予指正。

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