冰蓄冷空调技术基础知识详解secret

1、冰蓄冷空调技术基础知识详解secret冰储冷空调技术介绍1.冰储冷空调原理及意义随着国民经济的发展，我国各行业对电力的需求越来越大，在国 家投入大量资源进行大规模电力设施建设的同时，由于各行 业用电时段的不均衡，导致电网的峰谷差也越拉越大。这一方面导致对电力需求的畸形增长，浪费国家大量财 力，同时对电力设施正常运行带来危害及隐患；另一方面也 造成能源的大量浪费，加剧环境污染。占峰电时段用电比例很大的空调用电，用电与电网峰电 时段相重叠，而在谷电时段基本不运行，是拉大电网峰谷差 的主要元凶。在空调制冷工程上采用冰储冷技术，让制冷设备在夜间 用电低谷时段运行，将冷量利用冰的形式储存起来，供白天 峰

2、电时段空调使用，就能起到移峰填谷的作用，有力地降低 电网峰谷差。因此，推广应用冰储冷技术具有重大的社会和经济意义。为了引导电力需求侧避峰用电，起到降低电网峰谷差的 目的，电力部门也相应地在全国范围内推由了峰谷电价。以山东省济南市为例，峰谷电价如下奥市峰谷电价明细表 单位元/KWh 时 段 电价 峰电 800-1100 1800-2300 1.0210 元/度 平电 700-800 1100-1800 0.6381 元/度 谷电 2300-700 0.2552元/度 这就为冰储冷技术的应用开辟了广阔的市场空间。2 .国内冰储冷事业的回顾及展望在20世纪90年代早期，冰储冷技术在国内暖通空调界曾经

3、引起极大的关注，掀 起了一阵技术研究及市场推广的热潮。但由于当时国内缺乏成熟的专业工程公司进行系统集 成，致使冰储冷技术的实际应用面临重重阻力，无法实现大 面积市场化，无法使冰储冷技术在空调领域占据应有的地 位。市场需要有志于冰储冷技术推广应用的专业团队不断地积累经验，在夹缝中寻求突围。经过这些年的努力和坚持，以杭州华电华源环境工程有 限公司为首的一批专业工程公司茁壮成长起来，技术实力不 断增强，工程业绩不断增多，市场声誉不断提高。随着冰储冷空调在市场上的重新崛起，国内的许多专业 人士和业主也重新对冰储冷技术投入了极大的热心和激情。冰储冷空调技术的春天已经来临。与冰储冷技术相结合的大温差、低温

4、送风等前沿技术也 得到了研究和推广。3 .冰储冷系统介绍 由于冰储冷技术在国内推广应用时 间比较短，有很多暖通的专业人员对这一技术还很陌生，在 此笔者就冰储冷空调作一简要介绍。重点侧重于冰储冷空调不同于常规空调的注意事项。3.1 冰储冷空调的负荷计算无论是常规还是储冰空调, 设计的基础工作是对建筑物进行逐时冷负荷的计算。设计人员在进行常规空调设计时，普遍是根据工程的建 筑面积及使用功能，对工程的尖峰负荷按照单位面积负荷进 行估算。而储冰空调必须计算由建筑物设计日逐时冷负荷，并画 由冷负荷曲线图，根据建筑物的实际情况来确定最合理经济 的储冰量和制冷主机容量。计算设计日逐时冷负荷，应根据建筑物各部

5、分的使用功 能、当地的地理位置及气象数据、建筑物维护结构特点、人 流、新风量等诸多因素进行综合分析，用时段平均法或传递 函数法详细计算。但上述计算方法工作量大且复杂，通常在方案设计时， 先采用由大量工程实践分析、比较、归纳得生的民用建筑空 调冷负荷估算指标进行估算，项目正式成立后再利用负荷计 算软件作详细的逐时负荷计算。3.1.1 民用建筑空调冷热负荷估算指标表1部分民用建筑空调负荷估算指标序号 建筑类型和房间名称冷负荷（W/m2） 热负荷 （W/M） 1宾馆、饭店 客房（标准层） 酒吧、咖啡室 西餐厅 中餐厅、宴会厅 商店、小卖部 中庭、 接待 小会议室（允许少量吸烟）大会议室（不允许吸烟）

6、理发、美容 健身房、保龄球 弹子房 室内游泳池 舞厅（交谊舞）舞厅（迪斯科）办公室 80110 100180 160200180350 100160 90120 200300 180280 120180 100200 90120 200350 200250 250350 90120 6070 2办公楼（全部）超高层办公楼 90115 1051456080 7085 3百货大楼、商场 底层 二楼或以上 250 300 200250 6080 4超级市场 150200 6080 5医院 高级病房一般手术室洁净手术室X光、CT、B超诊断室 80110 100150 300 450 120150 65

7、 80 6 影院、剧院 舞台（剧院） 观众厅 休息厅（允许吸烟） 化妆室250 350 180350 300350 90120 8090 7体育馆 比赛馆 观众休息厅（允许吸烟）贵宾室120300 300350 100120 120150 8展览厅、陈列室 130200 90120 9会堂、 报告厅150200 120150 10图书馆（阅览）75100 5075 11公寓、住宅 8090 4570 3.1.2建筑物冷负荷瞬时系 数为了使设计者较快、方便、准确地计算设计日逐时冷负 荷，通过大量科学统计，提生了建筑物冷负荷瞬时系数。表2建筑物冷负荷瞬时系数 功能 时间 写字楼 宾馆 商场 餐厅

8、咖啡厅 夜总会 保龄球 100 0.16 200 0.16 300 0.25 400 0.25 500 0.25 600 0.50 700 0.31 0.59 800 0.43 0.670.40 0.34 0.32 900 0.70 0.67 0.50 0.40 0.37 1000 0.89 0.75 0.760.54 0.48 0.30 1100 0.91 0.84 0.80 0.72 0.70 0.38 1200 0.86 0.90 0.88 0.91 0.86 0.40 0.48 1300 0.86 1.00 0.94 1.00 0.970.40 0.62 1400 0.89 1.00

9、0.96 0.98 1.00 0.40 0.76 1500 1.000.92 1.000.861.00 0.41 0.801600 1.000.840.960.720.960.47 0.8417000.90 0.84 0.850.62 0.870.600.8418000.570.74 0.800.610.81 0.76 0.861900 0.310.740.640.650.750.89 0.9320000.22 0.50 0.500.69 0.651.001.0021000.180.50 0.40 0.61 0.48 0.92 0.98 2200 0.18 0.33 0.87 0.85 230

10、00.16 0.78 0.48 2400 0.16 0.71 0.30 将不同功能建筑面积乘以表1中民用建筑冷负荷估算指标，再乘以表 2中建筑物冷负 荷瞬时系数，即为该功能建筑体该时段所须冷负荷。把同一时段不同功能建筑体冷负荷相加，即可获得建筑 物设计日逐时冷负荷，以此画由逐时冷负荷曲线图。在确定储冰模式之后，即可据此确定冰储冷空调储冰量、 制冷主机、水泵（乙二醇泵除外）、冷却塔等机房所有空调设备规格、参数。3.2 储冰模式及系统设备配置在确定储冰模式之后，即可根据建筑物的逐时负荷图确定冰储冷空调储冰量、制冷主 机、水泵、冷却塔等机房所有空调设备规格、参数。储冰模式主要有全量储冰和分量储冰。3

11、.2.1 全量储冰 在谷电时段将建筑物所须冷量以冰的形 式全部制备好，以供建筑物峰电（平电）时段使用。制冷主机只在谷电时段运行，系统运行费用最省。但该方案配置的储冰装置和制冷主机容量最大，导致初投资也大大增加。图1全量储冰模式空调负荷 全量储冰模式系统设备配 置方法 CP (THQ)/ (IHCCR)(3-1) QICPIHCCR (3-2)式中CP制冷主机制冷量，RT; TH根据建筑物逐时负荷图 计算生的全天负荷， RTh; Q储冰设备热损失，RTh; IH 制冷机储冰时间，h; CCR制冷主机制冷量变化系数，即制 冷主机制冰工况制冷量与空调额定工况制冷量之比。由于主机制冰时蒸发温度降低，导

12、致主机COP值下降。三级压缩离心式冷水机组、螺杆式冷水机组取0.7,往复式冷水机组取0.65; QI储冰设备总储冰量， RTho3.2.2 分量储冰在谷电时段将建筑物所须冷量以冰的形 式部分制备好(一般为全天 负荷的3050),建筑物峰电(平 电)时段由制冷主机与储冰设备联合供冷。在实际运行中，设计日负荷按分量储冰设计，在过渡季 节或部分楼层不使用时逐渐转为全量储冰模式运行。在节约初投资与节约运行费用之间找到最佳平衡点。分量储冰模式分为主机优先分量储冰模式、融冰优先分 量储冰模式。3.2.2.1 主机优先分量储冰模式建筑物峰电(平电)时段所须空调负荷，优先由主机提供，不足部分再由储冰设备 提供

13、。采用主机优先模式，系统所须制冷主机及储冰设备容量最小，相应初投资也最省。同时主机满负荷运行，效率高。图2主机优先分量储冰模式空调负荷主机优先分量储冰模式系统设备配置方法CP (THQ ) / (OHIHCCR ) (3-3)QICPIHCCR (3-4) 式中 CP制冷主机制冷量， RT; TH 根据建筑物逐时负荷图计算由的全天负荷，RTh; Q储冰设备热损失，RTh; IH制冷机储冰时间，h; CCR制冷主机 制冷量变化系数，即制冷主机制冰工况制冷量与空调额定工 况制冷量之比。由于主机制冰时蒸发温度降低，导致主机COP值下降。三级压缩离心式冷水机组、螺杆式冷水机组取 0.7,往复 式冷水机

14、组取 0.65; QI储冰设备总储冰量， RTh; OH制 冷主机直接供冷时间，ho公式修正说明根据该计算方法得由的制冷主机制冷量 (CP)需与建筑物逐时负荷进行核对。该计算方法的前提是制冷主机供冷时都是满负荷运行 的，若由现莫些主机供冷时段空调负荷小于主机额定制冷 量，必然由现实际供冷量小于全天负荷。此时就必须对制冷主机制冷量及系统储冰量进行修正。例如有三个小时建筑物冷负荷 Q1、Q2、Q3均小于CP, 可用以下公式进行修正 OH (OH-3) (Q1Q2Q3) /CP (3-5)CP(THQ)/(OK IHCCR) (3-6) QICPIHCCR (3-7) 3.2.2.2融冰优先分量储冰

15、模式建筑物峰电(平电)时段所须空调负荷，优先由储冰设备提供，不足部分再由制冷主机提供。采用融冰优先模式，系统所须制冷主机及储冰设备容量相对增大，相应初投资也增大。主机长期运行在部分负荷下，制冷效率相应降低，也不 利于主机的正常维护。融冰优先分量储冰模式系统设备配置方法CP (TMOH )/(OHIHCCR)(3-8) QICPIHCCR (3-9) 式中 CP 制冷主机制冷量，RT; TH根据建筑物逐时负荷图计算由的全 天负荷，RTh; Q储冰设备热损失，RTh;旧制冷机储冰 时间，h; CCR制冷主机制冷量变化系数，即制冷主机制冰 工况制冷量与空调额定工况制冷量之比。由于主机制冰时蒸发温度降

16、低，导致主机COP值下降。三级压缩离心式冷水机组、螺杆式冷水机组取0.7,往复式冷水机组取 0.65; QI储冰设备总储冰量，RTh; OH制冷主机直接供冷时间，h; TM设计日建筑物空调尖峰负荷， RTO小结采用全量储冰模式或融冰优先分量储冰模式进行 系统设备配置，将大大节约设计日的空调运行费用；而在过 渡季节，主机优先分量储冰模式具有同样的经济运行性能。由于建筑物在大部分时间 (85以上)均运行在过渡季节, 为了节约剩余15设计日的运行费用，而按照全量储冰模式或融冰优先分量储冰模式进行系统设备配置，大幅度增加初 投资就显得很不经济。在通常情况下，系统按主机优先分量储冰模式设计。实际运行过程

17、中，由于多数时间内建筑物冷负荷都小于 设计日冷负荷，因此，可根据建筑物实际所需冷负荷，逐步 向融冰优先分量储冰模式、全量储冰模式转化。3.3 冰储冷系统流程介绍 有了建筑物空调逐时负荷图， 再确定了系统储冰模式，就能利用上文提到的计算公式对整 个空调系统（除乙二醇泵外）进行设备配置了。而要确定乙二醇泵的参数，还需确定系统流程。根据制冷主机与储冰装置相互关系分串联流程、并联流 程。3.3.1 串联流程 图4主机上游串联流程 主机上游串联流 程各运行方式设备开启情况表运行方式制冷主机乙二醇泵 三通阀1三通阀2制冰 开 开c-b a-c融冰供冷 关 开c-a调节 制冷机单供冷 开开c-a a-b制冷

18、机与融 冰同时供冷 开 开c-a调节3.3.2并联流程 图5并联流程 并联流程各运行方式设备开启情况表运行方式制冷主机初级乙二醇泵次级乙二醇泵电动调节阀 V1三通阀制 冰开开关全开关融冰供冷关关开调节调节制 冷机单供冷 开开开关c-a制冷机与融冰同时供冷开开开调节调节4.冰储冷系统配置及经济分析实例确定 建筑物空调逐时负荷图、系统储冰模式、冰储冷系统流程， 就能对整个空调系统所有设备进行配置了。现以莫建筑物为例，举例如下，以方便读者理解。4.1.确定建筑物空调逐时负荷图工程概况莫大厦建筑面积 55000m2。其中办公楼 28000m2 ( 90W/m2 ), 商场 20000m2 (200W/

19、m2),停车场7000m2 (不考虑空调)。夏季空调尖峰冷负荷为 560万大卡。冬季空调尖峰热负荷为 3840KW o计算过程先估算由商场的尖峰负荷，再根据表2提供的瞬时系数，求得商场每小时的空调负荷；对办公楼也作同样 处理；再将商场和办公楼的同一时段负荷相加，得由本工程 的逐时负荷图。图6典型设计日逐时冷负荷图4.2系统储冰模式 大楼的冰储冷方案选定为主机优先分量储冰模式4.3系统储冰流程 大楼选用主机优先串联流程4.4储冰空调系统设备配置4.4.1 计算过程根据建筑物逐时负荷图计算由的全天负荷 TH17200RTh ;制冷主机直接供冷时间OH10h ; 根据峰谷电价表，制冷机储冰时间IH8

20、h ;系统采用双工况螺杆主机制冰 CCR0.7; 制冷主机制冷量 CP (THQ) / (OHIHCCR ) 550RT;(由于制冷主机供冷时都是满负荷运行的,所以CP值无需修正） 储冰设备总储冰量 QICPIHCCR6160RTh。4.4.2 系统设备配置 选用2台制冷量165万大卡（550RT） 双工况螺杆冷水机组用于供冷与制冰， 制冰时间2300700, 储冰量6200RTH o该方案的设备配置及技术参数详见下表。表4冰储冷空调系统设备详细技术规格表序号型号及规格数量单位原产地备注1双工况螺杆冷水机组2台中国外资制冷量165万大卡输入功率331 kW 2储 冰设备1套中国华源储冰盘管 6

21、200 RTh储冰槽体积 465 m3储冰槽面积（净高 4米）120 m2 3冷冻水泵 KQL300/525-90/6 2台上海凯泉流量600 m3/h扬程 38 m 转 速 980 r.p.m 功 率 90 kW 4 冷 却水泵 KQL250/300-55/4 2台上海凯泉流量500 m3/h扬程 28 m 转速 1480 r.p.m 功率 55 kW 5 乙二醇泵 KQL200/285-37/4 3台上海凯泉流量346 m3/h扬程 24 m 转速 1480 r.p.m 功 率 37 kW 6 冷却塔 BLSS-500 2 台上海 良机流量500 m3/h进由水温度 37 C/32 c 功

22、 率22 kW 7 板式换热器 3台 瑞典 进口 换热量 2200 kW 进由温度 乙二醇侧（3C10.5C）水侧（12.5C7C） 压 力降 乙二醇侧（0.1Mpa）水侧（0.08Mpa） 8乙二醇 20吨 进口 9设备动力柜 4台 华源 国产10 TP 27触屏1台 西门子 德国11可编程控制器 PLC 1套 西门子 德国12自动控制系统柜 1台华源4.5储冰空调运行策略及经济 分析 图7本工程设计日储冰空调逐时运行图4.5.1运行策略本大楼设计日冰储冷空调运行方式如图2所示，具体能实现以下4种工作模式运行1.主机单制冰模式（2300700）这期间为电力低谷时期，主机全力制冰，至 700时

23、储冰量达到 6200RTh,制得的冷量储存在储冰装置中。2 .主机单制冷模式 在夏天冷负荷高峰期间，当系统需保 存储冰量时，大楼的冷负荷由制冷主机提供。3 .融冰单供冷模式 当日负荷较小或大楼需全部溶冰时， 大楼的冷负荷由融冰提供，不需开启主机。4 .主机与融冰联合供冷模式 在酷热夏天冷负荷高峰期 间（ 900-1800时段），制冷主机在空调制冷工况下全功率运 行，满足部分冷负荷的需要，其它的负荷由融冰满足。在天气发生变化，当日负荷较小时，系统将依据实际的冷 负荷需求，通过控制系统调节运行模式，自动调整每一时段内储冰装置融冰供冷及主机供冷的相对应比例，以实现分量储 冰模式逐步向全量储冰模式的运

24、行转化，按照储冰装置优先 供冷的原则，最大限度地控制主机在电力高峰期间的运行， 节省运行费用。5 .5.2空调方案经济分析 4.5.2.1机房初投资比较 表5冰 储冷空调设备投资表单位万元序号名称型号规格数量单位单价总价1双工况螺杆冷水机组165万大卡2台110 220 2储冰设备 储冰盘管 6200 RTH 0.035 217 3冷冻 水泵 Q600m3/h H38m 2 台 3.9 7.8 4 冷却水泵 Q500m3/h H28m 2 台 1.6 3.2 5 乙二醇泵 Q346m3/h H24m 2 台 1.2 2.4 6方型横流式冷却塔 500m3/h 2台17.5 35 7落地式膨 胀

25、水箱（定压罐）1台3.0 3.0 8电子水处理仪 DN450 2台 3.0 6.0 9板式换热器 2200KW 3 台15 45 10乙二醇 20吨 0.6 12 11设备启动柜 西门子器件 4台2.4 9.6 12自动控 制系统 西门子PLC 1台15 15 13汽水板式换热器 1920KW 2台8.0 16合计592表6常规电制冷空调设备 投资表单位万元序号名称型号规格数量单位单价 总价1单工况螺杆冷水机组150万大卡4台97.5 390 2冷冻水泵 Q600m3/h H38m 2台 3.9 7.8 3 冷 却水泵 Q500m3/h H28m 4 台1.6 6.4 4方型横流式冷却塔 50

26、0m3/h 4台17.5 70 5落地式膨胀水箱（定压罐）1台3.0 3.0 6电 子水处理仪 DN450 4台3.0 12.0 7设备启动柜 西门子器 件4台2.4 9.6 8自动控制系统 西门子PLC 1台15 15 9 汽水板式换热器 1920KW 2台8.0 16合计529.8表7蒸汽 澳化锂空调设备投资表单位万元序号名称型号规格数量单位单价总价1蒸汽双效澳化锂150万大卡4台90 360 2 冷冻水泵 Q600m3/h H38m 2 台 3.9 7.8 3 冷却水 泵 Q600m3/h H28m 4台 3.8 15.2 4方型横流式冷却塔 600m3/h 4台21 84 5落地式膨胀水箱（定压罐）1台3.03.0 6电子水处理仪 DN500 4台4.0 16 7设备启动柜 西门子器件4台2.4 9.6 8自动控制系统西门子PLC 1台1515 9汽水板式换热器 1920KW 2台 8.0 16合计 526.6 4.5.2空调系统运行费用比较 一