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淺談冰蓄冷空調系統在辦公建筑的應用及經濟性分析

發布時間:2019-07-09
隨著我國經濟的飛速發展,空調的應用已越來越廣泛。據統計,國內部分大城市的高峰用電量中空調用電就占了30% 以上,且用電高峰與低峰間負荷差極大。蓄冷空調系統“削峰填谷”作用有助于電網運行的優化調配和節能,從而提高設備使用率,為電網的生產和供應帶來顯著效益。電力部門繼續大力推廣蓄冷空調技術,充分運用價格杠桿鼓勵用戶采用蓄冷空調。

目前,蓄冷空調種類較多,按蓄冷介質分類,可以有水蓄冷、冰蓄冷和多晶鹽蓄冷。本文僅討論以乙二醇為基礎的冰蓄冷空調系統。

一、冰蓄冷空調系統介紹

冰蓄冷系統包括制冷側、用戶側,制冷側如下圖所示,本文重點介紹蓄冰裝置。

1. 蓄冰裝置

根據制冰方式的不同,可分為靜態型制冰和動態型制冰兩種。靜態型:在換熱器上結冰與融冰,最常用的為冰盤管式、封裝式;動態型:將生成的冰連續或間斷地剝離,最常用的是冰片滑落式、冰晶式。下表詳細介紹這幾種蓄冰裝置。

四種常用蓄冰裝置的技術特點

蓄冰裝置分類

蓄冰盤管材質:

總結,市場上蓄冰盤管主要為鋼制盤管、復合材質盤管。鋼制盤管換熱性能好,承壓大,融冰性能好,耐腐蝕性差,需做好全面防腐措施,并注意后期水質管理。復合材質盤管目前市場應用很多,盤管導熱性能不及鋼盤管,承壓能力稍弱,但管材防腐性能好,對水質沒有嚴格要求。

(左)不完全凍結式金屬盤管

(右)完全凍結式塑料盤管

不完全凍結式復合材質盤管

二、冰蓄冷空調系統及經濟性分析

1.冰蓄冷系統流程圖

冰蓄冷系統流程圖

2.經濟性分析

對某辦公建筑,總建筑面積為16萬平米,采用冰蓄冷中央空調系統進行經濟性分析。本項目設計日最大冷負荷為11497KW(3270RT)。

三、冰蓄冷空調系統優缺點、

后期維護及適用性分析

1.冰蓄冷空調系統優點

(1)利用低谷段電力,具有平衡峰谷用電負荷,緩解電力供應緊張。

(2)冰水主機的容量減少,節省增容費用。

(3)總用電設施容量減少,可減少基本電費支出。

(4)利用低谷段電價的優惠可減少運行電費。

(5)冰水溫可低至1~4℃,減少空調設備風管的費用。

(6)冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔容量減少。

(7)電力高壓側及低壓側設備容量減少。

(8)室內相對濕度低,冷卻速度快,舒適性好。

(9)制冷設備經常在設計工作點上平衡運行,效率高,機器損耗小。

(10)充分利用24h有效時間,減少了能量的間歇耗損。

(11)充分利用夜間氣溫變化,提高機組產冷量。

2.冰蓄冷空調系統缺點

(1)系統相對復雜

冰蓄冷空調除了通常的制冷系統和空調設備外,還配備蓄冰裝置,蓄冰裝置包括蓄冷槽、乙二醇溶液泵、熱交換器等設施。

(2)占地面積大

由于系統復雜,尤其蓄冰裝置占用空間是業主與設計者應重點考慮的內容,特別是高樓林立的都市地區,寸士即寸金,有時為增加停車位,而放棄采用蓄冷空調系統,因此蓄冷設備的單位可利用蓄冷量所占用體積或面積是衡量蓄冷設備的一項重要指標,應優先考慮占用空間少,布置位置靈活的蓄冷設備。

(3)系統運行控制復雜

以往的冰蓄冷系統運行控制往往采用兩種比較簡單的控制策略,一種以制冷機組優先供冷為主,另一種以蓄冰裝置優先放冷為主,其他不足部分互為補充。以制冷機組優先供冷為主的控制策略無法充分發揮冰蓄冷系統的“轉移負荷”能力;蓄冰優先供冷控制策略不僅蓄冰裝置中的冰存在提前用盡的可能,而且制冷機組負荷會長時間工作于低負荷狀態,這些因素均致使系統運行不經濟、不合理。

目前有冰蓄冷廠家采用負荷預測軟件對當前負荷進行分析,結合系列控制算法確定冰蓄冷系統運行工況的最佳組合方式,同時根據系統溫度及壓力等參數,調整系統內不同執行機構(電動閥門以及變頻器)等及時動作,確保系統能夠及時跟隨空調負荷的變化,保證空調供冷效果,并以最可靠、穩定的方式運行,整個系統達到最經濟的運行狀態,提高系統的自動化水平,提高系統的管理效率和降低管理勞動強度。

有冰蓄冷廠家服務業務全面轉向“互聯網+”商業模式!全方位打造“線上+線下”三位一體的綜合服務體系。接入對多個項目實時數據,實現現場能效分析系統和自控系統的數據會廠家數據中心進行同步,中心內有專業運維人員對系統及數據進行綜合分析,提交分析并反饋客戶,提供系統優化、節能運行建議。

3.后期維護

針對鋼制盤管,需要按要求對水質進行維護,使蓄冰裝置內的水PH值、硬度、堿度等達到要求的范圍,以防止水質對鋼盤管進行腐蝕,如蓄冰槽中水的PH值大于8.3,應定期對剛盤管進行鈍化處理以防止白銹、白色沉淀物以及鋅腐蝕物質的產生。
銹蝕的鋼盤管

4.冰蓄冷空調系統適用性

在執行峰谷電價且峰谷電價差較大的地區,具有下列條件之一,經經濟技術比較合理時,宜采用蓄冷空調系統:

(1)建筑物的冷負荷具有顯著的不均衡性,低谷電期間有條件利用閑置設備進行制冷時。

(2)逐時負荷的峰谷差懸殊,使用常規空調系統會導致裝機容量過大,且經常處于部分負荷下運行時。

(3)空調負荷高峰與電網高峰時段重合,且在電網低谷時段空調負荷較小的建筑。如:寫字樓、綜合樓、餐廳、體育館、影劇院、酒店等。

(4)有避峰限電要求或必須設置應急冷源的場所。

(5)采用大溫差低溫供水或低溫送風的空調工程。

(6)采用區域集中供冷的空調工程。

四、結語

(1)與常規系統相比,冰蓄冷空調系統減少冷水機組裝機容量,以及減少了相應的冷凍、冷卻水泵等,大大減少了配電系統裝機容量。其具有移峰填谷、均衡用電負荷、提高電力建設投資效益等優點,能減少電廠和輸配電設備的建設,使用環保廉價能源以降低環境污染,高效率地使用已有發電設備,社會效益顯著。

(2)與常規系統相比,上述分析的辦公樓蓄冷空調系統的初投資增加391萬元,年運行費用節省75.4萬元,靜態回收期約為5.2年,如進一步提高峰谷電價比,大大降低了靜態回收期。

(3)采用冰蓄冷系統,響應LEED認證要求??伸`活滿足系統在部分負荷下的使用要求,提高了系統的安全及穩定性。

(4)冰蓄冷技術在空調系統中的應用已經得到了較為廣泛的認可,但其推廣應用還需電力優惠政策的跟進與技術進一步革新。

(5)冰蓄冷技術在執行峰谷電價且峰谷電價差較大的地區,經經濟技術比較合理時,才考慮采用。

(6)冰蓄冷空調系統占地面較大積大,特別是在寸士寸金的城市中心的辦公樓,應靈活布置蓄冰裝置,盡量少占用有效空間。

(7)城市中心辦公樓是否設置冰蓄冷空調系統,不僅需要進行經濟性分析,還需要綜合考慮機房占地、運行控制復雜、運行管理成本、舒適性等因素。