基于冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計論其節(jié)能措施
關(guān)鍵詞:冰蓄冷；系統(tǒng)設(shè)計；節(jié)能；措施
1冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計
1.1空調(diào)負荷計算
采用“冷負荷系數(shù)法”，分別計算出圍護結(jié)構(gòu)、照明、設(shè)備、新風(fēng)等各項逐時冷負荷(每日24h的逐時冷負荷)，并準確提供典型設(shè)計日的日負荷圖。
1.2蓄冰系統(tǒng)選擇
1.2.1蓄冷模式選擇
(1)全蓄冷式：蓄冰時間與空調(diào)時間完全分開，設(shè)計日電力峰段的總冷負荷全部由蓄冰裝置提供。這種運行方式多用于間歇性空調(diào)場合，如體育館、影劇院、寫字樓等，但其制冷器容量大，初投資費用高[1]。
(2)部分蓄冷式：設(shè)計日電力峰段的總冷負荷，一部分由蓄冰裝置提供，另一部分由制冷機承擔(dān)，這種方式既能降低初投資，又能節(jié)省運行費用,因此被廣泛應(yīng)用于各種工程項目中。
1.2.2蓄冷主機選擇
根據(jù)所選定的蓄冷模式來確定蓄冷主機容量，全蓄冷式由于電力峰段的總冷負荷全部由蓄冷裝置提供。因此主機所需容量大，部分蓄冷式主機容量則要小許多，但部分蓄冷式主機選擇時，還要充分考慮和分析蓄冷比例。蓄冷比越大，蓄冰主機容積越大，運行費用越高；蓄冷比越小，蓄冷優(yōu)越性不明顯，且相應(yīng)的制冷機容量越大。因此，必須選擇合適的蓄冷比，才會實現(xiàn)既節(jié)能又節(jié)省初投資的最佳效果。一般，最佳蓄冷比以30%～70%為宜。空調(diào)蓄冰系統(tǒng)用冷水機組需要適應(yīng)空調(diào)工況和蓄冰工況，在設(shè)計蓄冰空調(diào)系統(tǒng)時，應(yīng)掌握冷水機組在不同工況下運行時的制冷量變化，制冷機容量也應(yīng)考慮5%～10%的余量。此外,必須確定蓄冰期載冷劑的供水溫度[2]。
1.2.3蓄冰裝置的選擇
據(jù)所選蓄冰主機容量及蓄冷比,可按下式計算蓄冰裝置容量:
Qx=Q•n•β,(1)
式中:Qx為蓄冰裝置容量，kW•h；Q為空調(diào)工況下主機容量，kW；n為蓄冰小時數(shù)，h；β為蓄冷比。
2冰蓄冷空調(diào)設(shè)計中的幾種節(jié)能優(yōu)化措施
空調(diào)冰蓄冷系統(tǒng)能很好地實現(xiàn)電網(wǎng)“移峰填谷”作用，從而可以獲得由電價差帶來的經(jīng)濟效益。然而，冰蓄冷系統(tǒng)的初投資較常規(guī)空調(diào)高許多，成為制約其發(fā)展的重要因素之一。如何使其最大限度地發(fā)揮節(jié)能優(yōu)勢，從而能更快地回收初期投資，是冰蓄冷空調(diào)技術(shù)及設(shè)計中的關(guān)鍵所在。鑒于此，筆者總結(jié)了以下一些行之有效的節(jié)能優(yōu)化措施。
2.1降低送風(fēng)溫度
將空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)溫度由常規(guī)的12℃降為4～12℃[3],使得相同冷負荷下的送風(fēng)量減少,從而減少風(fēng)機運行所消耗的功率，使系統(tǒng)節(jié)約能耗且運行費用降低。由流體力學(xué)風(fēng)機功率公式可推導(dǎo)得出，風(fēng)機所耗功率會隨送風(fēng)量減少呈三次方下降。此外，送風(fēng)量的減少意味著送風(fēng)管道尺寸的減小，從而使系統(tǒng)初期投資降低。由此可見，降低送風(fēng)溫度可以使冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在實現(xiàn)“移峰填谷”的同時更具節(jié)能性,且能降低系統(tǒng)的運行費用和初投資，實現(xiàn)可觀的經(jīng)濟效益。使用該措施需要注意:由于送風(fēng)溫度降低和送風(fēng)量減少，若直接進入空調(diào)區(qū)域,容易發(fā)生送風(fēng)裝置表面凝露,且低溫空氣會使人身上的溫差過大而產(chǎn)生不適。因此,必須采取特別的措施來有效地避免這種情況。譬如采用誘導(dǎo)器混合風(fēng)箱向室內(nèi)送風(fēng),用專用散流器向室內(nèi)送風(fēng)等。另外,還要對管道保溫材料及保溫層厚度等加以研究,做好風(fēng)管保溫,以防水蒸氣凝結(jié)帶來的損失。
2.2增加熱回收裝置
空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)中的余熱直接排放到大氣中，既造成城市的熱污染，又浪費了熱能。如果將排風(fēng)中的余熱(余冷)加以回收再利用，如加熱生活熱水、處理新風(fēng)等,則可提高系統(tǒng)的整體能源利用率，達到節(jié)能的目的，同時又可降低機組負荷,節(jié)省初期投資。熱回收裝置可分為兩大類:全熱回收裝置和顯熱回收裝置，全熱回收裝置用具有吸濕作用的材料制作，既能傳熱又能傳濕，可同時回收顯熱和潛熱；顯熱回收裝置則用不含吸濕作用的材料制作，只能傳熱，不能傳濕,只能回收顯熱。在設(shè)計中,對全熱回收裝置和顯熱回收裝置的選擇應(yīng)因地而宜，研究表明,廣州、深圳等冬冷夏熱且全年濕度較大的城市,全熱回收裝置的熱回收效果要高于顯熱回收裝置。而像哈爾濱、沈陽等北方城市,則顯熱回收效果要比全熱回收效果好。因此,在設(shè)計中要結(jié)合各地氣候條件綜合考慮；另外,如果全熱回收裝置排風(fēng)道與送風(fēng)道之間不嚴密,可能出現(xiàn)送排風(fēng)滲混的情況。因此,當排風(fēng)中存在有毒、有害氣體時,不宜采用全熱回收裝置。
2.3采用熱管技術(shù)
熱管作為傳熱元件，因其優(yōu)良的傳熱特性，越來越多地被推廣應(yīng)用到各種項目工程中。將熱管應(yīng)用于冰蓄冷系統(tǒng)中,可以改善冰蓄冷空調(diào)的傳熱性能,提高能源的使用效率[4]。
2.3.1直接式熱管冰蓄冷
將熱管冷凝段置于制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器中,熱管的蒸發(fā)段置于蓄冰池中直接蓄冰,稱為直接式熱管冰蓄冷系統(tǒng)。這種系統(tǒng)由于熱管自身有熱變換功能,因而克服了由管長引起的制冷劑壓力降低及回油難、因管路腐蝕而發(fā)生制冷劑泄漏現(xiàn)象等缺點,融冰過程由外向內(nèi)融化,溫度較高的冷凍水回水與冰直接接觸,可以在較短的時間內(nèi)制出大量的低溫冷凍水,提高了能源的利用效率,因此特別適用于短時間內(nèi)要求冷量大、溫度低的場合。該系統(tǒng)存在的問題主要有:若儲存的冰沒有完全融化而再度制冰,則會增加制冷設(shè)備電耗量；系統(tǒng)的設(shè)計安裝難度較大。
2.3.2間接式熱管冰蓄冷
采用二次冷媒將制冷系統(tǒng)與蓄冷系統(tǒng)進行連接，熱管蒸發(fā)段置于蓄冷池中，冷凝段置于蓄冷池之上。二次冷媒經(jīng)制冷機組蒸發(fā)器降溫后流經(jīng)熱管冷凝段進行換熱,利用熱管高效的傳熱特性對蓄冷池直接蓄冷。采用熱管技術(shù)在設(shè)計研究中應(yīng)當注意:在熱管冰蓄冷過程中，冰直接凝固在熱管上，隨著冰層厚度增加，傳熱熱阻加大,將導(dǎo)致結(jié)冰速度緩慢，降低能源的使用效率；若能使熱管在結(jié)冰達到一定厚度后冰層自動從熱管蒸發(fā)段脫落，使熱管總是維持在一個傳熱熱阻較小、換熱性能較高的水平,這樣將會顯著提高整個蓄冷系統(tǒng)的效率,減少設(shè)備投資容量,也更為節(jié)能。
3結(jié)束語
冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中的其他優(yōu)化措施尚有:
(1)充分考慮系統(tǒng)流程布置方式。如串聯(lián)系統(tǒng)中,冷水機下游布置方式可以降低成本,改善蓄能槽放熱特性；
(2)合理配置冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)末端裝置。合理的末端裝置有利于降低運行能耗,提高系統(tǒng)有效利用率；
(3)選擇合理的控制策略。常用的控制策略主要有:制冷主機優(yōu)先、蓄冰槽優(yōu)先和優(yōu)化控制，無論選擇何種控制策略,均要在制冷周期時使制冷機在最大限度能力下運行,并且在從制冰到制冷機常規(guī)運行程序的轉(zhuǎn)換時須持續(xù)進行,同時要確保制冷機安全可靠地運行。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)中采用熱管技術(shù),在實現(xiàn)“移峰填谷”的同時,能夠提高能源利用效率,也更為節(jié)能。如果能夠有效地解決以上所述存在的問題,熱
管冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)將會擁有更為可觀的發(fā)展空間。
參考文獻:
[1]馮兵軍.冰蓄冷技術(shù)在空調(diào)中的應(yīng)用[J].山西科技,2006,28(5):1222123.
[2]陳軍,梁勇.冰蓄冷空調(diào)技術(shù)應(yīng)用與經(jīng)濟分析[J].能源研究與利用,2007,20(1):34237.
[3]蔣小強.冰蓄冷與低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與分析[J].低溫與特氣,2007,25(3):23225.
[4]熊國華,周向陽.熱管冰蓄冷研究初探[J].江西能源,2007,24(1):32234.
