一、空调系统的蓄冷方式根据空调系统蓄冷介质的不同,蓄冷方式可分为冰蓄冷系统、水蓄冷系统及共晶盐相变材料蓄冷系统。其中,冰蓄冷应用较为广泛,冰蓄冷同时利用水的潜热及显热负荷,单位蓄冷能力大,但其系统复杂,投资增加较多,回收期长,一般情况同时使用低温供冷系统;当不需要低温供冷时,可采用共晶盐相变蓄冷方式;水蓄冷只利用水的显热,蓄冷温差为6℃～10℃,单位蓄冷能7kWh/m3～11.6kWh/m3,与冰蓄冷相比,系统简单,制冷机可采用普通冷水机组,性能系数COP值高,投资增加少,回收期短。当工程设有消防水池时,可以将其改造成蓄冷水池,与常规空调系统相比,水蓄冷通常可减少制冷设备的25%～35%,经技术经济比较后可应用于空调系统。
二、水蓄冷空调系统的设计步骤(1)需掌握的基本资料:当地电价政策、建筑物类型及其使用功能,可以放置水池的空间或室外场地。(2)确定建筑物设计日的空调逐时冷负荷及设计日冷负荷。(3)依工程实际情况,确定蓄能类型及运行参数。(4)依工程实际情况,确定水蓄冷水槽类型及大小(5)确定制冷机组和蓄冷设备的容量。(6)确定蓄冷系统的运行模式与控制策略。(7)进行经济技术分析,计算出水蓄冷系统的投资回收期。
三、水蓄冷空调系统及设备配置的形式(1)水蓄冷系统设备配置有3种形式:第一,冷水机组在蓄冷水池下游的串联形式;第二,冷水机组在蓄冷水池上游的串联形式;第三,冷水机组与蓄冷水池的并联方式。(2)串联形式用在用户要求供冷温差较大的场合,一般情况下采用并联方式。
四、水蓄冷系统的工作模式及自控系统(1)一般水蓄冷系统的工作模式有以下5种:第一,制冷机组蓄冷;第二,制冷机组供冷;第三,蓄冷设备放冷;第四,制冷机组供冷与蓄冷设备同时放冷;第五,制冷机组蓄冷与蓄冷设备同时放冷。因此自控装置必须满足水蓄冷系统不同工作模式的自动切换和相关设备、阀门的启停,开关等的控制。(2)自控系统根据空调负荷的变化,完成制冷机和蓄冷装置间的供冷负荷分配。
五、工程应用实例现结合一个工程实例,对水蓄冷系统做一分析。某工程为商住综合体,其中空调面积包括酒店及商场超市两部分,酒店面积为1.5万m2,商业面积为2.15万m2。
两部分空调负荷特点不同,酒店有24h连续负荷,商业为间歇性负荷。根据负荷特点,可以将两部分负荷分开考虑。由于商业部分满足下列条件:第一,太原地区执行峰谷电价,且差价较大(峰电1.1913元/kWh,平电0.76元/kWh,谷电0.3503元/kWh);第二,冷负荷高峰与电网高峰时段重合,且在电网低谷时段空调负荷较小;第三,最大冷负荷高出平均负荷较多且装机容量大,但经常处于部分负荷运行的场所;第四,有较大的蓄冷水池(本工程消防用水容积为864m3,适当扩大并做好保温处理即可作为蓄冷水池)。由于商业部分满足上述条件,经技术经济比较后可以采用水蓄冷装置,而酒店不完全满足条件,不太适合水蓄冷系统,仍采用常规空调系统。综上所述,提出下列空调方案:商业部分采用全部负荷水蓄冷模式,酒店部分采用常规电制冷空调系统。制冷机选用一大一小两台机组,小机组容量为375kW,作为基载制冷机,满足酒店夜间负荷的要求;大机组按酒店负荷与商业部分充冷负荷大者选取。制冷机连续运行,白天高峰时段两台机组对酒店供冷,夜间低谷段大机组对蓄冷水池充冷,基载冷机对酒店供冷,白天高峰时段由蓄冷水池释冷对商业部分供冷。
下面简要介绍一下水蓄冷的设计要点。采用蓄冷空调系统时,根据空调设计日逐时气象参数,进行设计日的逐时空调负荷计算,酒店最大小时冷负荷为1500kW,商业最大小时冷负荷为2150kW,条件不足时可根据逐时冷负荷系数计算逐时冷负荷:qi=Kiqmax,商业为全部负荷蓄冷,确定建筑物设计日总负荷:Qc=∑K.iqmax=22338.5kWh,满足蓄冷充冷要求的冷水机组容量为qc=Qnck=2820kW。
其中:qc为冷水机组的制冷量;Qc为设计日空调负荷总负荷;K为冷损失附加率,n为晚间蓄冷运行时间,Ki为逐时冷负荷系数。冷凝温度每降低1℃,冷机产冷量提高1.5%左右,冷水机容量修正后为2450kW,水蓄冷池体积V=η.ρQ..sΔKtcdp.τ=2945m3。
式中:V为蓄冷水池容积;Qs为总蓄冷量;Kd为冷损失附加率,一般取1.01～1.02;η为水池容积率,一般取0.96～0.99;ρ为蓄冷水密度,取1000kg/m3;Δt为蓄冷水池进出水温差,取6℃～10℃;Cp为水的定压热容量;τ为蓄冷水池完善度,考虑放冷斜温层影响,一般取0.9～0.95。
可以看出,采用全部蓄冷模式时所需蓄冷水池体积,较消防水池大许多,不利于改造。
水蓄冷温差较大,可以考虑采用温湿度独立控制的热泵式溶液全空气机组(HVA—SR),由于机组所需冷冻水供回水温度为14℃～19℃,所需流量较小,可以采用较小的冷水机组及较小的蓄冷水池。本工程末端需采用14台HYA—SR—20机组,冷冻水流量为191.8m3/h,全天所需冷冻水流量为2096m3/d。若加大供回水温差,冷水机组通过板换提供9℃冷冻水,所需冷水水量为1048m3。蓄冷水池可采用分层法,蓄冷水池的容积计算方法如下:V=Vη.o.Kτd=1140m2。式中:Vo为所需全天冷水量;Kd为冷损失附加率,一般取1.01～1.02;η为水池容积率,一般取0.90～0.99;τ为蓄冷水槽完善度,一般取0.9～0.95。可以看出,所需蓄冷水池与消防水池要求容积相近,可以比较容易改造。水池蓄冷量Q=GCΔt=13258kWh,所需制冷机出力为q=Qnck=1674kW,修正后冷水机组负荷为1455kW,基载冷机负荷为375kW。由于热泵式溶液全空气机组负担室内湿负荷及新风显热负荷,冷机只需负担室内显热负荷,大幅缩小了冷机负荷,且与酒店的冷负荷相近,冷机匹配很好,全天冷机都在高效区运转,更加节能高效。商业部分常规空调模式、全部水蓄模式冷模式、温湿度独立控制的水蓄冷模式的3种情况对比分析见表1。根据静态投资回收法,1.93年即可收回投资,因此具有很高的性价比。(责任编辑:薛培荣)表13种模式对比分析水池制冷机末端电负荷容量/kW日运行费/元初投资/万元消防水池864m2,闲置2150kW,1500kW两台制冷机组合式空调机组87410896.9430.2全部水蓄冷模式2945m3蓄冷水池,兼做消防水池2450kW,375kW两台制冷机组合式空调机组9485537557.5温湿度独立控制的水蓄冷模式1140m3蓄冷水池,兼做消防水池1455kW,375kW两台制冷机热泵溶液全空气机组HVA—SR5977707522.5常规空调模式注:峰电(08:00—11:00,18:00—23:00)1.1913元/kWh;平电(07:00—08:00,11:00—18:00)0.76元/kWh;谷电(23:00至次日07:00)0.3503元/kWh。水蓄冷在工程中的应用@张原$太原市建筑设计研究院!山西太原,030002介绍了空调系统的蓄冷方式,论述了水蓄冷空调系统的设计步骤、设备配置的形式和工作模式,举例说明了水蓄冷系统在工程中的应用。水蓄冷系统;;蓄冷方式;;供冷负荷
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