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冰蓄冷系统设计

某项目

冰蓄冷空调系统设计

摘要以实际设计案例介绍了冰蓄冷空调系统的设计方法，运行策略的选择，分析了该技术在实际应用中应注意的问题，并与常规电制冷方式进行了经济性比较。

关键词冰蓄冷；负荷分析；运行策略；经济分析；注意问题

1、工程概述

该项目位于石家庄，总体布局分为A、B、C三个功能不同的区域。

项目占地55012M2，其中A、B区为44628M2，C区为10384M2。

项目建筑面积约40万M2。

二、空调蓄冷系统简介

空调蓄冷技术，即是在电力负荷很低的夜间用电低谷期，采用电动制冷机制冷，利用蓄冷介质的显热或潜热特性，用将冷量储存起来，在电力负荷较高的白天，将储存的冷量释放出来，以满足建筑物空调的需要。

在蓄冷应用技术中，多采用水蓄冷、冰蓄冷的方式。

空调蓄冷系统使用的前提条件：

1、合适的电费结构及其它优惠政策。

电力峰、谷差价越大，对蓄冷系统越有利。

其它优惠政策主要体现在少收或免收电力增容费以及移峰电力补贴等。

2、空调冷负荷在用电峰、谷时段有一定的不均衡性。

在电力谷时冷负荷越小或无负荷，制冷机组才有利于在低电价是制冷蓄冷。

三、夏季空调负荷分析

本项目设置一个中央机房，为A、B区的商业、办公提供冷源。

经过计算，该项目的设计计算总负荷为：

157888.2Kw.h。

该项目冷负荷较大，若采用一次电制冷，冷冻机数量多，用电负荷大，且水循环系统也较为庞大，运行费用很高；由于该项目的性质，夜间几乎没有冷负荷。

因此，在本项目中采用部分负荷冰蓄冷技术，利用夜间电力资源充沛，且价格较低的优势，进行畜冰；在白天峰值时，利用冰的蓄冷量进一步降低冷冻水水温，（可以将一般冷水机组的7℃出水温度降低为5℃左右）这样既可以降低冷水机组的运行费用，又可以减少冷冻水循环系统的一次投资和运行费用，同时系统末端可以节约20％的投资，系统风道、水管尺寸均可以相应减小20％左右，可提高建筑物的有效利用空间。

根据电力系统的统计资料表明：

市电供应的高峰值与大部分建筑空调冷量峰值的出现时间是基本一致的，而在夜间负荷较低。

因此，为了充分利用低谷时的电力资源，解决峰值时电力紧张的问题，石家庄采取电力分时计费的方式，这样可以充分利用现有电力资源，缓解电力供求矛盾；同时峰谷电价政策将给用户带来极其客观的经济回报。

时段

各时段起始时间

电价（元/kwh）

高峰期

00-11:

0.806

18:

00-23:

平段期

00-8:

0.543

11:

00-18:

低谷期

23:

00-7:

0.280

表：

石家庄分时电价

综上所述，在本项目中采用电制冷结合部分冰蓄冷技术为建筑物供冷。

四、蓄冰系统计算

1、总蓄冰量按总负荷的40％考虑：

157888.2Kw.h×0.4＝63155.3Kw.h

2、考虑95％融、制冰率，则制冰总量为：

63155.3Kw.h÷0.95＝66479.3Kw.h

3、根据建筑特性，选用BAC：

TSC-L592M型冰盘管，单台蓄冰量为296Th：

66479.3÷（296×3.517）＝63.8个

4、考虑3％融、制冰衰减系数：

冰盘管数量：

63.8÷0.97＝66个

则总蓄冰量为：

296×66×3.517＝68708.1Kw.h

5、制冷机组配备：

主机选用YORK：

YSFZS55CNE，制冰工况：

1213Kw

运行时间为：

23：

00～7：

项目选用8台制冷主机，其中一台主机满足供夜间空调负荷。

6、制冷系统原理图

五、运行策略

蓄冰系统能以下几种工作模式运行：

1、100%负荷运行策略

100%负荷蓄冰运行策略

时段

逐时负荷

二工况主机

融冰

二工况主机

供冷量

制冰量

8313.7

8173.0

8074.7

7999.8

7935.7

7733.4

7259.7

6079

7598

10:

11549

6000

5549

11:

12157

6000

6157

12:

13373

12000

1373

13:

14284

12000

2284

14:

14588

12000

2588

15:

15196

12000

3196

16:

14588

12000

2588

17:

12917

12000

917

18:

12157

6000

6157

19:

9726

3000

6726

20:

7598

1500

6098

21:

6079

22:

23:

8491.0

总计

157889

94500

63389

63981.0

2、60%负荷蓄冰运行策略：

60%负荷蓄冰运行策略

时段

逐时负荷

二工况主机

融冰

二工况主机

供冷量

制冰量

8313.7

8173.0

8074.7

7999.8

7935.7

7733.4

7259.7

3647

4559

10:

6929

11:

7294

12:

8024

6000

2024

13:

8571

6000

2571

14:

8753

6000

2753

15:

9118

6000

3118

16:

8753

6000

2753

17:

7750

1500

6250

18:

7294

19:

5836

20:

4559

21:

3647

22:

23:

8491.0

总计

94733

31500

63233

63981.0

3、30%负荷蓄冰运行策略：

30%负荷蓄冰运行策略

时段

逐时负荷

二工况主机

融冰

二工况主机

供冷量

制冰量

8491

8313.7

8173.0

8074.7

7999.8

7935.7

1824

2279

10:

3465

11:

3647

12:

4012

13:

4285

14:

4377

15:

4559

16:

4376

17:

3875

18:

3647

19:

2918

20:

2279

21:

1824

22:

23:

总计

47367

48988

运行策略说明:

A：

主机单制冰时段23：

00-7：

此间为电力低谷期，电价低廉。

主机设定为制冰工况并满足负荷运转，所制得的冷量全部以冰储存起来，供白天冷负荷高峰期使用。

B：

融冰+主机供冷时段9：

00-20：

此时段内尽量使用融冰制冷,同时主机部分满负荷运行，尽量提高主机效率。

C：

单融冰供冷时段

此时段为高价电时段,冷却塔及主机均关闭，避开电力高峰期，仅以融冰来满足冷负荷的需求，将系统的高峰用电量降至最低，以节约运行成本。

D：

制冷机单供冷时段

此时段,冷负荷完全由主机提供。

在夜间运行中可采用此策略。

六、经济效益分析

1、初投资比较

初投资

项目

电制冷＋蓄冰

电制冷

制冷机组

1000万元

1500万元

蓄冰盘管

150万元

土建蓄冰槽

100万元

循环水泵

400万元

250万元

冷却塔

100万元

150万元

换热器

200万元

补水定压装置

50万元

30万元

自动控制

200万元

60万元

施工费用

250万元

100万元

机房面积

800平方米

500平方米

小计

2690万元

2240万元

机房面积按3000元/平方米计算

电力负荷

约4000KVA

约7500KVA

电力设备

400万元

750万元

电力贴费

800万元

1500万元

投资小计

3890万元

4490万元

系统初投资差额

600万元

由以上统计可见，采用蓄冰技术的初投资较常规电制冷系统增加450万元，约占总投资的20%，但由于采用蓄冰技术导致的电力负荷降低可节约的电力扩容费及设备初装费等约1050万元，因此采用蓄冰技术总的初投资较常规电制冷系统节省约600万元。

2、运行费用比较：

运行费用

项目

时段

电制冷＋蓄冰

电制冷

100%

负荷

40天

23：

00-7:

63981÷3.5×0.280元×40天=20.4万元

00-11:

12000÷4.5×0.806元×40天+25383÷40×0.806元×40天=10.6万元

37383÷4.5×0.806元×40天=26.8万元

18:

00-23:

10500÷4.5×0.806元×40天+25383÷40×0.806元×40天=9.6万元

35560÷4.5×0.806元×40天=25.4万元

00-8:

6079÷40×0.543元×40天=0.4万元

6079÷4.5×0.543元×40天=3万元

11:

00-18:

78000÷4.5×0.543元×40天+19103÷40×0.543元×40天=38.6万元

97103÷4.5×0.543元×40天=46.8万元

小计

79.6

102

60%

负荷

70天

23：

00-7:

63981÷3.5×0.280元×70天=35.8万元

00-11:

22429÷40×0.806元×70天=3.1万元

22429÷4.5×0.806元×70天=28.1万元

18:

00-23:

21336÷40×0.806元×70天=3.0万元

21336÷4.5×0.806元×70天=26.8万元

00-8:

3647÷40×0.543元×70天=0.3万元

3647÷4.5×0.543元×70天=3.1万元

11:

00-18:

31500÷4.5×0.543元×70天+24010÷40×0.543元×70天=28.8万元

55510÷4.5×0.543元×70天=46.9万元

小计

104.8

30%

负荷

250天

包含过渡季节及冬季内区制冷

23：

00-7:

48988÷3.5×0.280元×250天=97.9万元

00-11:

11215÷40×0.806元×250天=5.7万元

11215÷4.5×0.806元×250天=50.2万元

18:

00-23:

10668÷40×0.806元×250天=5.4万元

10688÷4.5×0.806元×250天=47.8万元

00-8:

1824÷40×0.543元×250天=0.6万元

1824÷4.5×0.543元×250天=0.6万元

11:

00-18:

32778÷40×0.543元×250天=11.2万元

32778÷4.5×0.543元×250天=98.8万元

小计

120.8

197.4

总计

271.4

404.2

由此可见，冰蓄冷系统比常规电制冷系统每年可节省运行费用132.8万元。

七、施工图设计中应注意的问题

1、制冰主机的选择：

应选择二工况制冷机组；同时在计算制冰量时，应充分考虑制冷机组在低温工况下的衰减，随着出口温度的降低，制冷量应有所衰减。

2、乙二醇泵的选择：

由于浓度为25%的乙二醇水溶液其密度、粘度均大于水，而比热小于水，因此在选择以清水为设计参数的水泵时，其流量、扬程均应考虑附加系数，查阅相关资料，确定系统中乙二醇泵的流量附加10%-15%，扬程附加20-25%；泵体材料应选择为不锈钢。

3、自动控制：

冰蓄冷系统的自动控制系统在运行中尤为重要，自控系统设计应满足暖通专业提出的运行策略要求，在不同时段采用不同的运行方式；对蓄冰量的检测也很重要，要根据蓄冰余量的变化及时调整运行方式，以期达到高电价时充分利用融冰供冷，平电价时以融冰为主辅以主机制冷的完美运行方式。

八、结论

该项目自2005年动工，2007年正式投入使用，经过一年的试运行，对蓄冰系统、控制系统的调试、完善，调整实际负荷与计算负荷的偏差，完善运行策略。

系统于2008年完成调试运行，转入正式运行，效果较为理想。

冰蓄冷系统作为平抑峰谷用电具有实际意义，但是从能量的角度看，该系统并不节能，因其在蓄冰和融冰阶段均有不同程度的能量损失，同时增加了循环水泵，并需设置小温差的换热器，会带来设备投资的增加，机房面积的扩大，因此设计使用冰蓄冷系统一定要求结合项目的实际情况，经过严谨的计算，综合权衡利弊后方可实施。

参考文献

1、严德隆、张维君《空调蓄冷应用技术》中国建筑工业出版社

2、潘云钢《高层民用建筑空调设计》中国建筑工业出版社

3、陆耀庆主编《使用供热空调设计手册》中国建筑工业出版社

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