冰蓄冷系統(tǒng)設計方案

嚴義軒 2022-10-24 發(fā)布于柬埔寨

展開全文

選擇什么樣的系統(tǒng)流程和蓄冰裝置（類型,、容量）：

1 空調逐時負荷的具體情況以及特點是選擇系統(tǒng)流程的核心因素,；

2蓄冰裝置較大程度地影響著系統(tǒng)流程的選擇；(蓄冰裝置的比較)

3 目前主流的系統(tǒng)流程是采用不完全凍結式蓄冰盤管的制冷主機上游的串聯系統(tǒng),，部分建筑因其負荷特點可考慮采用冰球的并聯系統(tǒng),；

4 受系統(tǒng)初投資以及機房占地的制約，目前主流的蓄冰系統(tǒng)為分量式蓄冰模式,；

5 目前各種品牌的蓄冰裝置基本上都能根據不同建筑的情況選擇適用的系統(tǒng)流程,，但是系統(tǒng)一些關鍵參數有所不同，在競爭過程中具體分析其優(yōu)勢及劣勢,，但是掌握公司目前主推的各種流程是基礎,，熟練之后就可舉一反三進行其他廠家的流程優(yōu)劣分析。

選擇什么樣的制冷主機：

冰蓄冷系統(tǒng)用冷水機組的選擇主要取決于機組可以獲得的出水溫度,、容量范圍,、效率和價格。此外,，制冷劑類型和自控系統(tǒng)也應考慮,。

1、容量因素：冷水機組有往復式,、螺桿式,、離心式,、蝸旋式以及吸收式等機組,，選擇冷水機組時考慮的主要因素是容量問題。

每種機型的典型容量范圍見下表：

典型容量選用范圍：

2,、效率因素：

制冷主機的制冷能力隨蒸發(fā)溫度的降低而降低,，隨冷凝溫度的降低而提高,。通常蒸發(fā)溫度每降低1 ℃，制冷能力約下降3%,，故在制冰工況下的容量約為額定容量的60 ~70%,。

3、出水溫度

在冰蓄冷應用中,，冷水機組出水溫度變化范圍一般為（-8~7℃）,，要求制冷主機的蒸發(fā)溫度經常變化。

上圖表示了主機在白天補充供冷和夜間制冰時的壓縮機吸氣溫度在24小時內的變化曲線,。在這個典型的冰儲冷過程中,，在制冰周期開始時，壓縮機的吸氣溫度是相當高的,，可運行在-2.2℃,；制冰過程中，吸氣溫度逐漸下降,；在制冰過程最后一個小時,，有些壓縮機的最終吸氣溫度可下降至-12.2 ℃。而空調時吸氣溫度維持在約3.3 ℃,。因此,，壓縮機的吸氣溫度在-12.2~3.3℃之間變化，這要求用于冰儲冷的壓縮機應是可變壓頭,。

壓縮機形式：

1,、螺桿式壓縮機（單螺桿、雙螺桿）

螺桿式壓縮機靠汽缸中一對螺旋形陰陽轉子相互嚙合旋轉,，陰陽轉子的齒槽在相對齒的填塞下,，使容積不斷變化，實現對制冷氣體的壓縮,。

A 容積效率高,，壓力比高；

B 對濕沖程不明顯,，無液擊危險,；

C 制冷量可通過滑閥無級調節(jié)；

D 適合制冰工況,。

2,、離心壓縮機

離心壓縮機是速度型壓縮機，制冷氣體經葉輪高速旋轉后獲得一定的壓力,，氣體的壓力能由動能轉換,。壓縮機進出口焓差與葉輪圓周速度有直接關系。制冰時由于蒸發(fā)溫度低,，故壓縮機進出口的焓差大,，這要求葉輪圓周速度要高,，而實際上葉輪允許的最高速度受材料強度及其它因素限制，因此單級離心機所能達到的壓比有限,，不適合用于制冰工況,，若用于制冰工況需采用多級離心機，而且,，多級離心機可避免在低負荷時的喘振現象,。

3、其它壓縮機

渦旋式壓縮機同螺桿式一樣,，具有保養(yǎng)方面的優(yōu)點,，因為它們對吸氣管道內帶液體制冷劑有較大的允許度，但容量較??；往復式壓縮機則有液擊危險；

溴化鋰吸收式冷水機組的出水溫度只能達到約4.4℃,，不能制冰,；氨吸收式冷水機組的出水溫度可低達-14.6℃，雖有制冰應用,，但不易得到組裝型設備,。

控制要求：

1 機組需同時滿足制冰和空調兩種工況要求；

2 在制冰工況下,，能隨外界負荷變化實現能量自動調節(jié),；

3 空調工況和制冰工況的切換，可以通過簡單的面板操作或外部遙控操作實現,；

4 機組微電腦控制系統(tǒng)的信息顯示,、載冷劑的溫度控制、系統(tǒng)控制,、系統(tǒng)保護,、爬坡控制及遠距離監(jiān)視等功能必須同時滿足空調和制冰工況的要求；

5 載冷劑出口溫度范圍為-7.5~7℃,，且機組能自動跟蹤載冷劑出口溫度,，根據該溫度調整蒸發(fā)溫度，以實現溫度跟隨,，保證系統(tǒng)效率,；

6 無論在何種模式、何種工況下,，主機均能卸載運行,。

冰蓄冷系統(tǒng)制冷主機容量計算方法：

1 如果夜間低谷電期間存在相當數量的負荷，則基載主機的總容量為夜間負荷中的最大值，為了在過渡季節(jié)獲得更好的運行效率,，可考慮通過選定基載主機的數量將冷量進行拆分,。如果夜間有負荷,，但是負荷相對較小,，也可考慮不設基載主機，但是冰蓄冷系統(tǒng)流程必須具備制冰兼供冷功能,。如果無負荷則系統(tǒng)一般情況下不設基載主機,。在業(yè)主較為重視系統(tǒng)初投資的情況下，可以通過設置基載主機來減小雙工況主機的總容量以及系統(tǒng)總蓄冰量,，一般情況下,，通常確定的基載主機和雙工況制冷主機的制冷容量相同，有助于減小冷卻水系統(tǒng)的投資,。

2 低谷電時段有N小時運行制冰,，其他時段內由雙工況主機及融冰來承擔的系統(tǒng)總冷負荷為Σ（如果系統(tǒng)已設基載主機，則應將基載主機全天承擔的總冷量扣除）,，其余需要供冷的時段有X小時,，則雙工況制冷主機的總容量C計算公式為：

C=∑/（065N+X）。

特殊說明：

A 基本原則是主機提供的總冷量加上總融冰量等于全天冷負荷總量,，即負荷平衡,。

B 對于為減小投資而設基載主機的情況，應在EXCEL表內做負荷平衡的時候經過幾次試算來得出合適的主機容量,。

C 對于夜間存在很小的負荷并且由邊制冰邊供冷工況滿足的情況,，在按照以上公式計算的時候，應將夜間低谷電期間的總冷負荷加入以上公式的分子中,。

D 如果逐時負荷中出現部分時段內空調負荷相對較低,，即可能存在不需要全部的雙工況制冷主機都投入或全部投入但可能卸載的情況，這樣按照上述公式計算出的雙工況制冷主機的總容量需要修正,，可以先忽略,，然后在EXCEL表內做負荷平衡的時候酌情調整。

E 從上述公式中可以簡單分析出各地不同的低谷電時段對雙工況制冷主機制冷容量的影響,。對于江西,，N=6；對于江蘇,、福建,、深圳等區(qū)域，N=8,；對于安徽,，N=9；對于浙江， N=12（但有2小時在中午,，通常運行主機單獨供冷工況,，不記入制冰時間）。相對于標準的8,，N值越大則系統(tǒng)雙工況主機的總容量會減小,，反之則主機總容量會增加。

系統(tǒng)其他設備如何計算性能參數：

1 乙二醇泵：

A 并聯系統(tǒng)（冰球）：

初級乙二醇泵：制冷主機制冷容量（千大卡/小時）/5℃×1.1(m3/h),，揚程約18米,；

次級乙二醇泵：板換制冷容量（千大卡/小時）/5℃×1.1(m3/h)，揚程約20米,。

B 串聯單循環(huán)系統(tǒng)（盤管）：

乙二醇泵：流量＝MIN{制冷主機對應流量,，板換對應流量}，需簡單校核,；

揚程：主機蒸發(fā)器＋板換一次側＋蓄冰盤管＋管道,。

C 串聯雙循環(huán)系統(tǒng)（盤管）：

初級乙二醇泵：流量＝制冷主機制冷容量（千大卡/小時）/5℃×1.1(m3/h)；

揚程＝主機蒸發(fā)器＋蓄冰盤管＋相應管道,。

次級乙二醇泵：流量＝板換制冷容量（千大卡/小時）/5℃×1.1(m3/h),；

揚程＝板換一次側＋相應管道。

2 冷凍水泵：

基載冷凍水泵：基載主機制冷容量（千大卡/小時）/5℃(m3/h)

揚程＝基載主機蒸發(fā)器＋末端最不利壓差＋管道壓降,，通常約32米,；

板換冷凍水泵：基載主機制冷容量（千大卡/小時）/5℃(m3/h)

揚程＝板換二次側壓降＋末端最不利壓差＋管道壓降，通常約32米,；

3 冷卻塔：

1）冷卻塔的選擇與當地濕球溫度關系很大,，標準選塔參數為28℃。一般情況下,，應根據當地的濕球溫度結合冷卻塔樣本進行選擇,；

2）在南方地區(qū)，冷卻塔的流量（m3/h）略小于制冷主機的冷量（RT）,，在北方地區(qū),，冷卻塔可以更小一些。

4 冷卻水泵

1）冷卻水泵可以按照主機冷凝器設計流量的1.1倍選擇,；

2）冷卻水的揚程與樓高無關,，揚程＝塔體揚程＋主機冷凝器壓降＋管道壓降，一般揚程為24米,。對于無風機冷卻塔或閉式冷卻塔,，塔體揚程較高，應注意,。

5 板式換熱器

傳熱面積：F=Q/β·K ·△tm

F：傳熱面積,，m2,；

Q：總傳熱量，W,；

β：傳熱面積污垢修正系數,，一般0.7~1.0；鋼板換取0.7,，銅板換取0.75~0.8,。

K：傳熱系數，W/（m2 ·℃）,；（4000～5500）,；

△tm：傳熱介質和被傳熱介質的對數平均溫差,，℃,。

板換的成本由擋板、板片和墊片組成,。傳熱面積直接對應板片數量,，影響成本的權重較大！

對數平均溫差：

△tm= (△ta- △tb)/(ln △ta/ △tb)

△ta：熱交換器傳熱介質和被傳熱介質間最大溫差,；

△tb：熱交換器傳熱介質和被傳熱介質間最小溫差,。

對于給定板換，對數溫差越大,，熱交換量越大,。對于已知換熱量板換，對數溫差越大,，換熱面積越小,，越便宜。

對并聯系統(tǒng)板式換熱器選型參數一般為為一次側（冷劑側）為5℃/10℃,，二次側（冷凍水側）為7℃/12℃,。

對于串聯大溫差系統(tǒng)而言選擇合適的一次側供回液溫度是很重要的。

例如：對于二次側供回水溫度為3.3℃/12℃的低溫送風系統(tǒng)一次側供回溫度如何定,？首先確定一次側溶液泵流量,，即主機額定流量（按主機空調工況容量和5℃溫差而得）；然后根據板式換熱器換熱量和乙二醇泵流量確定板換一次側供回溫差,，比如為8.5℃,；則可根據蓄冰盤管的特性選擇盤管出口溫度即板換一次進口溫度。對于不完全凍結式內融冰盤管一般可取2.2℃,，則一次出口溫度為10.7℃,。當然降低進口溫度可降低板式換熱器投資，但提高了對蓄冰裝置的要求,，或者增加冰量才能滿足,。如果適當加大乙二醇流量，比如主機溫差為4℃，板換溫差為6.8℃,，則可降低板換及蓄冰裝置要求,，但系統(tǒng)管路系統(tǒng)及水泵投資又相應增加，因此對于較大型的冰蓄冷系統(tǒng)應該經過綜合經濟比較得出最優(yōu)的選型參數,。

對于末端為常規(guī)系統(tǒng)的板換冷劑惻進口溫度一般定為3.5℃,，較經濟。

6 蓄冰槽

冰球式系統(tǒng)的蓄冰裝置可采用閉式或開式蓄冰槽,。

圓形冰球（無配重）一般較適用于閉式立罐系統(tǒng),，若用于開式冰槽則需考慮配以防止冰球上浮的裝置，如在冰槽上部裝鋼制格柵,。內部水流方向宜設計為上下流,。左右流易形成短流，導致融結冰率較低,。

一般蕊芯冰球可適用于開式或閉式系統(tǒng),，內部流動方向根據情況可以為水平流或上下流。

蓄冰槽工藝：無論對于何種蓄冰槽,，保證零滲漏是首要問題,。應考慮-8℃~30℃的溫度范圍變化。

1）若為混凝土槽需注意：

一般為內保溫,，保溫內部須做防水層,，保溫與槽壁之間須做防潮處理。對蓄冰盤管,，槽體底部局部受壓點需特殊處理,，以防止保溫材料和防水層受損。

2）若為鋼制槽

一般為外保溫,，鋼槽內壁須考慮防腐處理,，保溫層外側須考慮防潮及外保護層。位于室外的槽體頂部外保護盡量采用淺色系,，以減輕日射得熱造成的冷量損失,。

7 乙二醇

1）冰球系統(tǒng)應采用25％體積比的乙二醇溶液，盤管系統(tǒng)可采用25％重量比的乙二醇溶液,。

2）對于冰球系統(tǒng),，乙二醇的使用量（噸）約為系統(tǒng)總蓄冷量（RTh）的0.9~1％。

3）對于盤管系統(tǒng),，乙二醇的使用量（噸）約為系統(tǒng)總蓄冷量（RTh）的2.5~3.5‰,。

4）系統(tǒng)蓄冰量越大相對乙二醇使用量會下降。

8 其他輔助設備（定壓,、水處理等）

對開式蓄冰系統(tǒng)而言,，蓄冰槽本身即可作為膨脹定壓裝置,，只是在設計時需考慮液位膨脹空間以及保證乙二醇泵吸端低于槽體最低液位和盡量使乙二醇系統(tǒng)所有管道低于槽體最低液位。

對于閉式系統(tǒng),，可采用開式膨脹水箱,，也可采用閉式膨脹水箱，采用閉式膨脹水箱流程管路上須設置安全閥,，其泄液應排至收集箱,，以便回收二次冷劑。

系統(tǒng)膨脹量計算：

于盤管式閉式系統(tǒng),，其膨脹量為系統(tǒng)總溶液量在不同溫度下的體積變化,，而且溶液體積是隨著結冰過程的進行而變小,；

對蕊芯冰球來說系統(tǒng)膨脹量主要是冰球結冰后體積變化量,，一般為總的冰球體積的10％左右

對圓形冰球由于其球內留有部分膨脹空間（約為冰球體積6%），結冰后球內的空氣被壓縮,，冰基本上充滿球體內腔,，然后再向外膨脹,，因此,，該系統(tǒng)膨脹量約為冰球總體積的4％左右。

對于后兩種情況溶液在結冰過程體積減小,，而冰球在結冰過程體積增大,，后者遠大于前者。因此前者可忽略不計,，可作為設計余量來考慮,。

系統(tǒng)的經濟性如何：

1 運行費用計算

基本方法：

STEP1：在設備配置表明確后，在EXCEL表內根據運行策略（不同的運行策略對應的投入運行的設備的種類和數量有所不同）做出每小時的運行費用,，最后進行統(tǒng)計即可,。

STEP2：確定總供冷天數以及不同設計日負荷下的天數。對于南方地區(qū)供冷周期通常為5個月,，即150天左右（5月15日至10月15日）,。推薦的不同負荷的天數比例如下表：

空調負荷全年分布表如下：

STEP3：根據不同負荷狀態(tài)下全天的運行費用乘以對應天數，再將不同負荷狀態(tài)下的運行費用進行統(tǒng)計之后即可獲得最終的結果,。

2 投資回收期計算

投資回收期分為靜態(tài)和動態(tài)兩種計算方法,。靜態(tài)投資回收期的計算方法為：靜態(tài)回收期（Ys）＝初投資增加（△P）/運行費用節(jié)省（△R）動態(tài)投資回收期的計算方法為：動態(tài)回收期（Yd）＝初投資增加（△P）（1＋Li）Yd/運行費用節(jié)?。ā鱎）

可以根據△P/ △R以及Li,，可以根據復利表查出Yd。如果手頭沒有復利表,，可以將以上公式簡化為Yd＝（1＋Li*Yd）Ys,，即Yd＝Ys/(1-Li*Ys),。

蓄冰通用流程說明：

1 蓄冰模式

供冷時不使用冷水主機，冷負荷完全由蓄冰系統(tǒng)供給,。

蓄冰槽和冷水主機的容量都比較大,，僅適用于負荷大，持續(xù)時間短的場合,。

初投資大,、運行費用省,；控制簡單,。

分量蓄冰：

① 主機優(yōu)先：主機滿負荷運行，冷量不足融冰補充,。

② 融冰優(yōu)先：蓄冰裝置優(yōu)先提供冷量,，不足部分由主機補充。

冰蓄冷系統(tǒng)流程分類：串聯流程,；并聯流程,。

供給冷量時，依據制冷主機與蓄冰裝置的相互關系分為：串聯流程和并聯流程兩種布置結構,。

串聯流程：按主機與蓄冰裝置的相對位置分：