水蓄冷技术概述

水蓄冷技术概述郭豪2014_11_29技术原理利用夜间谷段电力的低电价，利用数据中心的冷水机组、冷水循环水泵、冷却循环水泵等设备的备用机组进行工作，将储水罐中的水制冷到5℃以下，并在白天电价较高的峰段电力期间将蓄藏的低温冷冻水释放出来供空调系统制冷使用，对电网来说达到削峰填谷的目的，对数据中心来说达到降低电费的目的。实施水蓄冷的基本条件水蓄冷和冰蓄冷的对比项目冰蓄冷系统水蓄冷系统蓄冷槽容积小（仅为水蓄冷槽的10%~35%）大冷机冷冻水出水温度1~3℃4~6℃冷机耗电较高较低蓄冷系统初投资较高较低蓄冷冷源需要能独立运行的制冰机组或双工况冷机可利用现有系统冷源设计及运行技术要求高，运行费用较高技术要求低，运行费用较低制冷性能系数COP低（比水蓄冷低10%~20%）较高其他用途无可结合消防水池等现有建筑空间一并使用，冬天可以作为蓄热系统使用水蓄冷相比冰蓄冷在数据中心运用中的优势水蓄冷系统可与原空调系统“无缝”连接，无需再额外配置蓄冷冷源或对原系统用冷水机组进行调整；水蓄冷系统的冷水温度与原系统的空调冷水温度相近，可考虑直接使用，不需设额外的设备对冷水温度进行调整；水蓄冷系统控制简单，运行安全可靠；在出现紧急状况可及时投入使用，即可以考虑兼作容灾备份冷源使用。水蓄冷储水形式迷宫式储水及其水路图多水罐/水槽式储水自然分层式储水法隔板法：类似自然分层式储水法，在蓄水罐内部安装一个活动的柔性膈膜或一个可移动的刚性隔板来实现冷热水的分离，通常隔膜或隔板为水平布置。这样的蓄水罐可以不用散流器，但隔膜或隔板的初投资和运行维护费用与散流器相比并不占优势。自然分层式储水的优势与技术关键一般来说，自然分层法储水既无迷宫法容易产生用水死区导致蓄冷量减少的问题，也无隔板法机械活动机构的故障隐患，是最简单、有效和经济的储水方法，如果设计合理，蓄冷效率可以达到85%-95%。自然分层式储水的技术关键在于散流器/布水器，将水平稳地引入罐中，依靠密度差而不是惯性力产生一个沿罐底或罐顶水平分布的重力流，形成一个使冷热水混合作用尽量小、厚度尽量薄的斜温层，要求通过散流器的进出口水流流速合理，以免造成斜温层的扰动破坏。最适合自然分层的蓄水罐的形状为直立的平底圆柱体。与立方体或长方体蓄水罐相比，圆柱体在同样的容量下，蓄冷罐的面积容量比最低，热损失就越小，单位冷量的基建投资就越低。散流器/布水器的形式蓄冷罐的设计要素蓄冷罐的容积V的计算公式为：V=3600*Q/Δt*ρ*Cp*FOM*av其中除ρ蓄冷水密度（1000kg/m3）、Cp冷水比热容（4.18kJ/kg*℃）为定值外，其余均为直接影响蓄冷罐最终容积的变量，如Q蓄冷量（RT）、Δt放冷回水温度与蓄冷进水温度间的温差、FOM蓄冷罐保温效率、av蓄冷罐容积效率。板式换热器的使用由上一页的计算公式可推算得知，当蓄冷罐一定时，蓄冷量与放冷回水温度与蓄冷进水温度间的温差成正比关系，而采用板式换热器需要一、二次侧保证一定的温差用于换热，假设换热器需要温差1℃，那在蓄冷罐温差普遍只有6~7℃的现状下，蓄冷量将减少约14%；使用板式换热器的初衷其实是为了保证水质，但开式蓄冷罐的水质也有其他办法可以解决，因此，建议无需为了水质问题在蓄冷系统配置板式换热器；至于如果采用地下水池式冷槽必须使用板式换热器的，或者北方使用了免费冷源的机房已经使用了板式换热器的，则无需讨论。开式蓄冷罐的水质保障措施开式蓄冷水罐虽然与大气接触，但只通过一透气口，与罐外空气接触面很小，冷冻水中的含氧量变化很小，加上水罐水体量相对于原空调系统的水量来讲大得多，只要保证初始补水水质合格，以后的水质更容易保持；即使担心开式蓄冷水罐的水质保持问题，还可以采用氮气密封系统，这种系统广泛应用于石化行业，用于隔离罐内物质免受大气氧气作用，而且普遍都是持压罐体，所以应用在我们这种微正压的蓄冷水罐是可行的。氮封系统原理图通过在蓄冷罐外立面采用结构装饰件，除了起到美观作用外，还可以一定程度上掩盖蓄冷罐的功能性、减轻周边人员的抵触感水蓄冷罐的串联形式数据中心应用中，水蓄冷罐串联接入一般是用于空调系统的容灾备份，蓄冷罐内的冷水持续流动以保证随时保有备用蓄冷量供应，蓄冷罐通常采用承压闭式罐形式。水蓄冷罐的并联形式在并联接入中，蓄冷罐既作为冷机的负荷端（蓄冷模式），也作为末端负荷的供冷源（放冷模式），根据不同状况切换，如下三页所示。常规空调系统运行原理简图水蓄冷系统夜间蓄冷运行原理图水蓄冷系统白天放冷运行原理图