系统设备

系统原理

       冰蓄冷中央空调是在夜间利用制冷主机制冰，将冷量以冰的形式蓄存起来，然后在白天根据空调负荷要求释放这些冷量，这样在电力低价段蓄冰，在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。这样就可以将电网高峰时间的空调用电量转移到电网低谷时使用，从而利用峰谷电价政策，达到为用户节约电费的目的。
       在一般大楼中，空调系统用电量占总耗电量的35%-65%，而制冷主机的电耗在空调系统耗电量中占65%-75%。在常规空调设计中，冷水主机及辅助设备容量均按尖峰负荷来选配，不仅使空调系统的电力容量增大，而且使得主机等空调设备在大部分情况下都处于低效率的部分负荷状态运行，设备利用率也低，投资效益低。

 

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蓄冷空调设计要点

一、设计前提条件

制冷以电为驱动能源的空调工程，符合下列条件之一时，可采用蓄冰系统：

1、非全日制空调工程或昼夜负荷相差悬殊的空调工程；

2、空调负荷峰谷悬殊的连续空调工程；

3、无电力增容条件或限制增容的空调工程；

4、某一时段限制空调制冷用电的空调工程；

5、需备用冷源的空调工程；

6、要求采用低温冷水或低温送风的空调工程；

7、获得电力补贴或通过技术经济比较，确能获得经济效益的空调工程。

二、蓄冷介质的选用

1、水：利用水温变化储存的显热量[4.184kJ/kg·K]——显热式蓄冷，一般蓄冷温差为6～10℃，蓄冷温度为4～6℃，单位蓄冷能力低（7～11.6kWh/m³）。蓄冷体积大，适宜现有工程的改造、规模较小或有其他可资利用水池的工程。

2、冰：利用冰的溶解潜热储存冷量（335kJ/kg）——潜热式蓄冷。单位蓄冷能力大（40～50 kWh/m³）。蓄冷体积小，可提供较低的空调供水温度，制冷机制冰温度低（－4～－8℃），效率下降。适宜单位建筑面积造价高的工程。

3、共晶盐：无机盐与水的混合物，相变温度5～8℃，单位蓄冷能力约为20.8 kWh/m³。制冷机可按空调运行工况运行，效率高，运行费用低，初投资高。

三、蓄冷类型的选择

1、全蓄冷：在电网高峰时段内，蓄冷设备提供全部的空调负荷。运行费用低，设备投资高，适宜短时段空调或限制制冷用电的空调工程。

2、部分蓄冷：在电网高峰时段内，蓄冷设备提供部分的空调负荷。设备投资低，能充分发挥所有设备能力，应优先采用。

四、融冰方式的选择

盘管式蓄冷设备是由浸在冰槽中的盘管构成换热表面。在蓄冷时，载冷剂在盘管内循环，吸收水的热量，在盘管外表面形成冰层。而取冷方式有两种。

1、外融冰：槽内水参与空调水循环或换热，冰层由外向内融化。供水温度1～3℃，一般蓄冰率不大于50%；采用压缩空气加强冰水换热。适宜大型区域供冷和低温送风工程。

2、内融冰：与空调水换热的载冷剂在盘管内循环，冰层由内向外融化，槽内水为静态。载冷剂送冷温度2.5～5℃。适宜单体建筑的常温及低温送风工程。

五、蓄冷设备的选择

1、双工况制冷主机

蓄冰系统的制冷机是在制冷工况和制冰工况下运行，应兼顾这两种工况都能达到高能效比的制冷机。宜选用螺杆式制冷机，较大工程也可采用三级压缩离心式制冷机，较小工程可采用活塞式制冷机。

2、盘管式蓄冰装置

（1）蛇形盘管（BAC、RH）：钢制，连续卷焊（国产为无缝钢管焊接）而成的立置蛇形盘管，外表面热镀锌，管外径26.67mm（1.25″），冰层厚度为30mm。可内融冰也可外融冰；取冷均匀，温度稳定。

（2）圆形盘管（Clamac、Dunham-Bush）：盘管为聚乙烯管，外径分别为16mm和19mm。为内融冰方式，并整体式蓄冰筒。

（3）U形盘管（Fafco）：盘管由耐高温的石蜡脂喷射成型，每片盘管由200根外径为6.35mm的中空管组成。管两端与直径50mm的集管相联。管径很细，载冷剂系统应加强除污设施。

3、封装式蓄冰装置

   将蓄冷介质封装在球形或板形小容器内，并将许多蓄冷小容器密集地放置密封罐或开式槽体内。载冷剂在小容器外流动，将其中蓄冷介质冻结或融化。运行可靠，单位取冷率高，流动阻力小，载冷剂充注量大（40%）。

（1）冰球（CIAT）：硬质塑料制成空心球，壁厚1.5mm，外径95mm或77mm。封装球内充水（91%），水在其中冻结蓄冷。

（2）蕊芯冰球（华源）：为增强换热和配重，在冰球两侧设置中空金属蕊芯。

（3）冰板（Reaction）：由高密度聚乙烯制成812mm×304mm×44.5mm中空冰板，板中充注去离子水。冰板有次序地放置在卧式圆形密封罐内（80%），制冷剂在板外流动换热。

4、冰晶式蓄冰装置

将低浓度的载冷剂经超冰机冷却至冻结点温度以下，产生细小（直径100μm）而均匀的冰晶，与载冷剂形成泥浆状的物质，储存在蓄冷槽内。融冰效率高，供冷温度低（0℃），制冷与供冷可同时进行。

六、蓄冷系统的确定

应根据建筑类型及设计日冷负荷曲线、空调系统规模及蓄冷装置特性等因素确定。

1、有足够的空间设置蓄冷水池的非高层建筑，可采用开式蓄冷水池的显热蓄冷系统。

2、蓄冷时段仍需供冷时，宜另设直接向空调系统供冷的基载主机，基载主机与蓄冷系统并联设置。

3、蓄冷时段所需冷量较小时，也可不设基载主机，由蓄冷系统同时蓄冷和供冷。

4、空调水系统规模较小，工作压力较低时，可直接采用乙二醇循环，否则宜采用板式热交换器换热循环，向空调系统供冷。

5、并联与串联的确定：冰蓄冷系统可采用并联或串联两种形式。

（1）并联系统：双工况制冷机与蓄冰装置并联设置。适宜全蓄冰系统和供水温差小（5～6℃）的部分蓄冷系统。

（2）串联系统：双工况制冷机与蓄冰装置串联设置，控制点明确，运行稳定，可提供较大温差（≥7℃）供冷。

七、蓄冷负荷的确定

     应根据设计日逐时气象数据、建筑围护结构、人员、照明、内部设备以及工作制度，采用动态计算法逐时计算，绘制全日冷负荷曲线图，求出设计日空调总冷量。

    在方案设计或初步设计阶段，可采用系数法或平均法，根据峰值负荷估算设计日逐时冷负荷。

八、蓄冰装置容量的确定

1、全蓄冰系统：根据空调运行时数和蓄冰时数确定。

2、部分蓄冰系统：应充分发挥所有设备的作用，均衡配置系统设备，根据蓄冰总负荷、制冷和蓄冰联合供冷时数和制冷机制冰时数确定。

九、蓄冷系统的控制

应配置较完善的检测及自动控制装置进行优化控制，解决各工况的转换操作，蓄冷系统供冷温度和空调供水的温度控制以及双工况主机和蓄冷装置供冷负荷的合理分配。

十、载冷剂

一般为25%～30%（质量比）乙二醇水溶液，其密度、黏度、比热与水不同。

十一、其他

1、双工况主机数不宜少于2台，不设备用。

2、乙二醇泵应按双工况主机一对一匹配设置，应设备用泵。

3、空调冷水泵根据系统规模确定，不应少于2台，不设备用泵，宜采用变频控制。

4、乙二醇管路应采用同程布置，宜采用闭式膨胀水箱定压方式。

5、乙二醇管路应进行水力计算，各并联环路阻力差额不应大于10%，比摩阻宜控制在50～200Pa/m。

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