冰蓄冷设计

东华大学环境学院冰蓄冷设计姓名：何燕娜班级：建筑1202学号：1214302052014年12月1.1项目概述本项目为浙江某办公楼建设项目的双工况冰蓄冷系统应用。1.2冰蓄冷系统在本项目中的应用冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量，它代表着当今世界中央空调的发展方向。本文就对冰蓄冷系统设计进行详细阐述，并和传统的风冷系统进行初投资和运行成本的综合比较。1.3冰蓄冷系统的工作模式冰蓄冷系统的工作模式是指系统在充冷还是供冷，供冷时蓄冷装置及制冷机组是各自单独工作还是共同工作。蓄冷系统需要在几种规定的方式下运行，以满足供冷负荷的要求，常用的工作模式有如下几种：（1）机组制冰模式在此种工作模式下，通过浓度为25%的乙二醇溶液的循环，在蓄冰装置中制冰。此间，制冷机的工作状况受到监控，当离开制冷机的乙二醇溶液达到最低出口温度时制冷机关闭。此种工作模式的示意图如图1-2所示。图1-2机组制冰工作模式示意图（2）制冰同时供冷模式当制冰期间存在冷负荷时，用于制冷的一部分低温乙二醇溶液被分送至冷负荷以满足供冷需要，乙二醇溶液分送量取决于空调水回路的设定温度。一般情况下，这部分的供冷负荷不宜过大，因为这部分冷负荷的制冷量是制冷机组在制冰工况下运行提供的。蓄冷时供冷在能耗及制冷机组容量上是不经济合理的，因此，只要此冷负荷有合适的制冷机组可选用，就应设置基载制冷机组专供这部分冷负荷，该工作模式示意图如图1-3所示。图1-3制冰同时供冷模式示意图（3）单制冷机供冷模式：在此种工作模式下，制冷机满足空调全部冷负荷需求。出口处的乙二醇溶液不再经过蓄冰装置，而直接流至负荷端设定温度有机组维持。该工作模式示意图如图1-4所示。图1-4单制冷机供冷模式示意图（4）单融冰供冷模式：在此工作模式下，制冷机关闭。回流的乙二醇溶液通过融化储存在蓄冷装置内的冰，被冷却至所需要的温度。在全部蓄冷运行策略下，融冰供冷是基本的运行方式它的运行费用是最低的，但是要求有足够大的蓄冷装置的容量，初投资费用会较大。该工作模式示意图如图1-5所示。图1-5单融冰供冷模式示意图（5）制冷机与融冰同时供冷：在此工作模式下，制冷机和蓄冰装置同时运行满足负荷需求。按部分蓄冷运行策略在较热季节需要采用该种工作模式，才能满足供冷要求。该工作模式又分成两种情况，即机组优先和融冰优先。①机组优先：回流的热乙二醇溶液，先经制冷机预冷，而后流经蓄冷装置而被融冰冷却至设定温度。下该种工作模式示意图如图1-6所示图1-6机组优先②融冰优先：从空调负荷端流回的热乙二醇溶液先经蓄冷装置冷却到某一中间温度而后经制冷机冷却至设定温度。该种工作模式示意图如图1-7所示。图1-7融冰优先2.1国家相关设计规范和标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019－2003；《公共建筑节能设计标准》GB50189－2005；《全国民用建筑工程设计技术措施——暖通空调·动力》；《建筑给水排水设计手册》中国建筑工业出版社第二版；2.2室内外设计参数2.2.1室外气象参数夏季空调室外计算干球温度：34.8℃夏季空调室外计算湿球温度：28.1℃冬季空调室外计算干球温度：-4℃冬季空调室外计算相对湿度：79%夏季通风室外计算干球温度：30.6℃冬季通风室外计算干球温度：-1.1℃主导风向和风速：夏季SSE，2.4M/S；冬季NNE，2.7M/S大气压力：夏季，1001.5hPa；冬季，1027.9hPa2.2.2室内设计参数房间名称室内参数新风量夏季冬季℃%℃%某住宅26±2〈6520±2≥30一次换气3.1负荷计算及分析3.1.1空调冷热负荷计算由于是初步设计，我们对空调冷热负荷进行估算，包括建筑维护结构的传热、照明及电气设备的发热、食物的散热、人体的散热、门窗渗透新风的热量等。浙江地区属于夏热冬暖地区，以供冷为主，冬季采暖时间较短，这里对冷、热负荷分别进行了估算。经过估算可知，夏季峰值冷负荷3963kW3.2负荷分析根据建筑使用功能及室外气象参数资料对全年的冷、热负荷进行分配和统计。使用时间暂按8点至晚上18点考虑，设计日逐时负荷分配见下表：时间冷负荷（kW）时间冷负荷（kW）00:00-01:00012:00-13:00369301:00-02:00013:00-14:00396302:00-03:00014:00-15:00396303:00-04:00015:00-16:00369304:00-05:00016:00-17:00342305:00-06:00017:00-18:00315306:00-07:00018:00-19:00007:00-08:00019:00-20:00008:00-09:00315320:00-21:00009:00-10:00331521:00-22:00010:00-11:00342322:00-23:00011:00-12:00369323:00-24:000由以上计算可以看出，日负荷呈参差不齐状，差别较大，结合杭州市一般工商业的用电峰谷所在时间表（表3.2）：表3.2杭州市的电力峰谷分布表可见，冷负荷均分部在用电的峰段。且最大值∑Qmax=3963KW,出现在13：00—15：00这个时段。因此，用蓄冷模式对大楼的冷负荷进行调节比较合适。3.3蓄冷系统的运行策略和工作模式以及工作流程3.3.1蓄冷系统运行策略蓄冷空调系统将转移多少高峰负荷应储存多少冷量才具有经济效益,首先取决与采用哪一种运行策略.运行策略的选择需要考虑的因素很多的.主要有建筑物空调负荷分布,电力负荷分布,电费计价结构,设备容量及储存空间,具体需要以实际情况为依据。所谓的运行策略是指蓄冷系统以设计循环周期(如设计日或周等)的负荷及其特点为基础将电费结构等条件对系统以蓄冷容量,释冷供冷或以释冷连同制冷机组共同供冷做出最优运行安排考虑.一般可归纳为全部蓄冷策略和部分蓄冷策尖峰段高峰段谷段时间19：00——21：008:00-11：00；13:00-19：00;21：00-22：0022：00——8：00;11：00-13：00电度电价1.3421.0470.541略.（1）全部蓄冷策略:其蓄冷时间与空调时间完全错开,在夜间非用电高峰期,启动制冷机进行蓄冷,当冷量达到空调所需的全部冷量时,制冷机停机;在白天空调时,蓄冷系统将冷量供给空调系统.空调期间制冷机不运行.全负荷蓄冷时.蓄冷设备要承担空调所需要的全部冷量.故蓄冷设备的容量较大初次投资费用高.该运行策略适用于白天供冷时间较短的场所或峰谷电差价很大的地区。（2）部分蓄冷策略:部分蓄冷策略是在夜间非用电高峰时制冷设备运行.储存部分冷量.白天空调期间一部分空调负荷由蓄冷设备承担.在设计计算日(空调负荷高峰期)制冷机昼夜运行.部分蓄冷制冷机利用率高.蓄冷设备容量小,制冷机比常规的空调制冷机容量小30%—40%，是一种更经济有效的运行模式。根据本建筑的日负荷曲线应采用部分负荷蓄冷，它不仅使蓄冷装置容量减少，其装机容量也大幅度减低，尤其适合于全天空调时间长、负荷变化大的场合，是一种经济有效的蓄冷设计模式。3.3.2冰蓄冷空调设计模式的选定蓄冷系统工作模式是指系统在充冷还是供冷，供冷时蓄冷装置及制冷机组是各自单独工作还是共同工作。蓄冷系统需要在规定的几种方式下运行，以满足供冷负荷的要求，常用的工作模式有：机组制冰模式，制冰同时供冷模式，单制冷机供冷模式，单融冰供冷模式，制冷机与融冰同时供冷。部分蓄冷策略有制冷机优先供冷和蓄冰优先供冷控制策略。制冷机优先控制策略实施简便，运行可靠，能耗低，制冷机组一直处于满负荷运行，机组利用率高，机组和蓄冰槽的容量最小，投资最节省。蓄冰装置优先控制策略能尽量发挥蓄冰装置的释冷供冷能力，有利于节省电费，但能耗较高，在控制程序上复杂。故本设计采用制冷机组优先策略。3.3.3冰蓄冷空调系统的流程配置由于本空调系统采用的是不完全冻结式蓄冰盘管的制冷主机上游的串联系统。3.4设备的确定3.4.1制冷机组的确定由《蓄冷空调实用技术》一书中可知其主机容量可用下式来确定：R2=*NDQRH3-1R1=η*R2式中：RH——在设计日中建筑物所需的总冷负荷（KW）；Q——蓄冷槽热损失（KW），其值约为0.04-0.08倍的RH；D——白天使用空调的时间(h)；N——晚间制冰时间(h)；R2——制冷机组在空调工况下制冷量（KW）；R1——制冷机组在制冰工况下制冷量（KW）；η——压缩机容量变化率，一般为0.65-0.70。本设计中根据用电谷峰所在时间段及负荷分布情况确定，白天空调的使用时间D=10h，夜晚制冰的时间N=10h。总的制冷量∑Q=35472KW=RH。则其主机空调工况的容量为：R2=KWNDQRH7.224366.0*101005.0*3547235472*1480.8kw2243.7*0.66R*η=R213.4.2蓄冷设备容量确定由《蓄冷空调工程实用技术》一书中可知部分蓄冷策略主机优先模式下其蓄冷设备容量可按下式确定：Qi=N*R1=N*R2*η3-2式中：Qi——蓄冷设备蓄冷量（KWh）；N——夜间蓄冰时间（h）；R1——制冷机组在夜间制冷工况下制冷量（KW）；R2——制冷机组在白天空调工况下制冷量（KW）；η——压缩机容量变化率，一般为0.65-0.70。在设计高峰负荷时，从蓄冷设备融冰供冷量为：Qimax=Qmax-R23-3式中：Qimax——设计高峰时最大融冰供冷量（KW）；Qmax——建筑物高峰设计负荷（KW）；R2——制冷机组在空调工况下制冷量（KW）；其蓄冷设备容量为：Qi=N*R1=N*R2*η=10*2243.7*0.66=14808.5(KWh)3.5机组运行情况的确定由建筑物的冷负荷在各个逐时的数值和长沙市的电力分布情况制冷机组的容量以及蓄冷设备的容量可编制出机组运行负荷表（表3.3）如下：表3.3机组运行负荷表时间冷负荷（KW)机组供冷（KW)融冰供冷（KW)蓄冷负荷(KW)00:00-01:000001480.801:00-02:000001480.802:00-03:000001480.803:00-04:000001480.804:00-05:000001480.805:00-06:000001480.806:00-07:000001480.807:00-08:000001480.808:00-09:0031532243.7909.3009:00-10:0033152243.71071.3010:00-11:0034232243.71179.3011:00-12:0036932243.71449.3012:00-13:0036932243.71449.3013:00-14:0039632243.71719.3014:00-15:0039632243.71719.3015:00-16:0036932243.71449.3016:00-17:0034232243.71179.3017:00-18:0031532243.7909.3018:00-19:00000019:00-20:00000020:00-21:00000021:00-22:00000022:00-23:000001480.823:00-24:000001480.8总计35472224371303514808由机组的运行负荷表（表3.3）可得出空调负荷的分配图如下所以：3.6蓄冷介质与蓄冷系统形式选择3.6.1蓄冷介质的选取众所周知，许多的工程材料都具有蓄热（冷）特性，材料的蓄热（冷）特性往往伴随着温度的变化、物态变化以及化学反应过程而体现出来。目前，用于空调的蓄冷方式较多，按储能的方式可分为显热蓄冷和潜热蓄冷两大类；按蓄冷介质可分为水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷和气体水合物蓄冷四种方式。水、冰具有比热高，潜热高，导热性能好，融点在1.6℃左右，无毒、安全、低造价等优点，所以是理想的蓄冷介质。水蓄冷具有投资省、技术要求低、维修费用低，可以使用常规空