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冰蓄冷设计应用手册基本原理和配置ITS省钱VSD节能ITS+VSD省钱+节能VSDice前言无论您是在寻求造就成功业务的办公区域还是舒适的居住环境，我们都会认真倾听您的需求。我们了解客户的实际情况，并为其提供最佳的解决方案。我们提供完整的环境和能源捆绑式解决方案，为客户提供真正可持续的舒适环境，而且经济效益高。对于所有产品和系统，我们由经过严格培训、反应快速的技术服务团队为客户提供咨询、维护、维修和更换的服务。只要您找到我们，我们就会努力使您的业务更加方便、让您的生活更加舒适。江森自控的建筑空调设施遍布全球各地，为在其中工作和生活的人们提供了一个舒适的环境，让他们清新每一天。我们还帮助数千家企业提供制冷解决方案，这些对其业务而言至关重要。在许多情况下，最好的解决方案往往是江森自控和约克品牌产品结合的产物。我们的产品和服务非常容易集成到一个简单的解决方案中，以充分满足客户的需要。无论客户有何要求，我们都会为其提供灵活的选择。蓄冰空调系统的设计是利用在晚上低电费时制冰，再运用冰的冷量在日间满足冷却的需求，以减低高峰时所要支付的电费。本手册中包含了冰蓄冷系统的基本原理，系统分类及特点，设计指南等；并可作为独立的工具，对江森自控的冰蓄冷机组进行快速选型。无论建筑的用途、大小和处于何种气候条件，我们都可以为其提供最佳的空气环境。综合的专业化服务,专为您的业务需求量身定制我们关注您的业务需求, 了解每个行业有其独特的要求。我们全方位的维护服务能满足您在经济和技术方面的所有需求, 包括日常设备检查和预测性维护常规工作以及系统性能检测和每年的停工检修等。图1-1-1 普通空调系统负荷图第一章 冰蓄冷系统基本知识图1-1- 蓄冰空调系统负荷图蓄冷技术是转移高峰电力、开发低谷用电，优化资源配置，保护生态环境的一项重要技术措施。冰（水）蓄能技术在中国0世纪0年代通过引进和发展，作为电能应用的一项成熟技术，已在大型商场、办公楼、商住楼、宾馆、饭店、体育场馆、金融大楼、医院、学校等场所得到了广泛的应用，效果显著，有着广泛的发展前景。 1.1冰蓄冷空调的基本原理冰蓄冷空调系统，即是在电力负荷很低的夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将冷量以冰的形式贮存起来，在电力负荷较高的白天，把贮存的冷量释放出来，以满足建筑物空调负荷需要的空调系统。1.2系统基本构成如图1--1所示，完整冰蓄冷系统主要由以下几个基本部分构成： 冷冻水泵 板式换热器 乙二醇水泵 双工况主机 蓄冰装置 工况阀组 基载主机图1--1 典型冰蓄冷空调系统设备配置图4.5°C12.0°C7.0°C6.0°CBuildingLoad建筑�荷6.0°C基载主机双工况主机板式换热器蓄冰装置13.0°C目录第一章 冰蓄冷系统基本知识 1.1 冰蓄冷空调的基本原理 1. 系统基本构成 1..1 蓄冰装置 1.. 制冷设备 1.. 载冷剂与蓄能介质 1.. 板式换热器 1.. 控制系统 1.. 末端装置 1. 系统的分类 1..1 全蓄冰系统 1.. 部分蓄冰系统 1. 冰蓄冷系统的优势第二章 部分冰蓄冷系统的设计 .1 蓄冰空调系统的适用条件 . 部分冰蓄冷系统的设计流程 ..1 根据建筑物负荷的分布情况，确定蓄冰系统设计的基本依据 .. 确定冰蓄冷系统的配置 .. 确定系统运行各类关键点的参数，画出系统图 .. 确定双工况主机的机型和数量 .. 确定蓄冰装置的型号和数量 .. 确定是否需要增加基载主机 .. 确定采用的末端系统 .. 确定系统的控制策略，以提供控制系统选型和编程的依据 .. 系统的经济性分析第三章 江森自控冰蓄冷项目实例第四章 江森自控应用于冰蓄冷系统的设备 .1 离心式蓄冷机组系列 . 螺杆式蓄冷机组系列55566889910101010111111111217191919191924253333391.2.1蓄冰装置蓄冰设备特点一般来说，用在乙二醇蓄冰系统中的蓄冰装置也叫静态冰槽。静态冰槽因为没有运行部件而得名，是一个封闭式的容器，里面贮存的冰是蓄能的介质。蓄冰装置实际上是一种高效的换热器，冰的贮存及与乙二醇的换热都是在同一个容器内进行的，蓄冰装置在蓄冰及融冰的时候也是充当乙二醇与冰之间的换热器。各个厂家生产的静态冰槽的材料、结构、尺寸都不一样，典型的蓄冰装置是由钢、聚乙烯或丙乙烯等材料制作，结构上看有盘管式和封装式两大类。不同的蓄冰装置的热工性能表现也不一样，各有各的融冰曲线与制冰曲线。蓄冰装置的性能由于静态冰槽不能象冷水机组那样可以由控制中心来控制恒定的出水温度，所以蓄冰装置的热工性能更象是换热器，只是这个换热器的其中一侧为冰水混合物，其温度一直维持在0℃。所以蓄冰装置的热工性能主要是由以下因素决定的。 蓄冰装置的材料及结构 蓄冰装置的换热面积 进入冰槽的乙二醇的温度 乙二醇的流速对于给定的蓄冰槽要控制融冰及结冰速率，只能通过调节进入冰槽的乙二醇的温度及流速来进行控制。一般来说进入冰槽的乙二醇流量越大，温度越高，则融冰的速率越快，而对于结冰来说， 乙二醇流量越大，温度越低，则结冰的速率越快。融冰及蓄冰的温度蓄冰结束时进入冰槽的温度定义为蓄冰温度，融冰时冰槽的最高出水温度定义为融冰温度。影响融冰温度的因素 冰槽的结构、材料 冰槽换热面积 冰槽内的剩余冰量 对于给定的冰槽，其结构材料换热面积已经固定，它的融冰温度主要由冰槽内贮存的冰量与融冰的速率决定。如果控制冰槽的出口温度在某个值的话，需要控制融冰的速率不超过设定值，同时还要控制冰槽内贮存的冰量不能太少。影响蓄冰温度的因素影响蓄冰温度的一个至关重要的因素是冰层厚度，因为冰就象隔在乙二醇与水之间的保温层，在结冰的初期冰层的厚度很薄，对换热的影响也很小，到了蓄冰的末期随着冰层厚度的增加，冰对换热的影响就非常的明显了，这时需要更低的乙二醇的进口温度来维持住蓄冰的速率。不同的蓄冰装置的换热面积相差很多，冰层的厚度也相差非常大，因而蓄冰的温度也不相同，可以从-.℃到-.℃。1.2.2制冷设备在蓄冷系统中，采用同一台主机白天制冷、夜间制冰，这种主机叫双工况主机。采用双工况主机，可明显降低系统的初期投资。常用的单冷冷水机组和双工况机组，从外观看是一样的，但系统的控制有所不同。双工况主机的基本要求：a) 双工况主机压缩机必须具备足够的压头范围：在夜间蓄冰状态，冷冻水的出水温度比较低，系统的压差就比较高，如果压缩机主机不能提供足够的压头，机组就不能正常的工作。一般来说，容积式压缩机的压比范围更加宽广一些，也能更好的适用于冰蓄冷系统。b) 双工况主机压缩机必须能长期稳定的运行于变压头的情况：在两个工况运行时，主机的蒸发温度和冷凝器温度不同，系统所需要的压头也不同，而且由于夜间蓄冰过程是一个动态的过程，载冷剂的出水温度随着蓄冰的进程在不断变化，这就要求双工况主机的压缩机具备很好的变压头的调节性能。离心式压缩机属于速度式压缩机，压比的范围相对比较小，而且本身对变压头的适应能力也差一些，之前在冰蓄冷系统中应用相对比较少。但是随着大型冰蓄冷项目的日益增多，制冷能力范围相对较小的容积式压缩机已不太能满足需求，而制冷能力范围较大的离心式压缩机应用于冰蓄冷系统就成了必然，随着技术的发展，目前对于一些蓄冰温度比较高的应用，离心式主机也可以满足要求。但是由于整个制冷蓄冰的过程中工况变化比较复杂，为了保证机组在整个制冷蓄冰过程中安全稳定的运行，离心式机组需要采取一些保护性的措施，这些保护措施有： 增加压缩机的工作余量，在冷却水入口温度在1℃或以上时，保证离心机在恶工况运行时不发生“喘振”。 增加热气旁通装置：保证离心式主机在卸载时不发生“喘振”。 增加水冷油冷：保证压缩机在恶劣工况运行有充分的冷却。制冰工况对主机制冷量的影响：冷水机组的冷量是压缩机吸入的制冷剂流量的函数。螺杆式压缩机进口处的体积流量是不变的。所以当制冷剂密度减小时，压缩机从蒸发器吸入的制冷剂质量流量减小，导致机组冷量的降低。在制冰模式下，冷量减小的比例几乎和制冷剂密度减小的比例相同，制冰模式下的冷量是正常空调制冷模式的％左右。离心压缩机是通过将动能转化成势能来提升制冷剂气体的压力。对给定尺寸的叶轮式离心压缩机来说，以立方英尺/分钟（ft/min，L/s）表示，其最大体积制冷剂流量是固定的，由于体积流量不变，所以当制冷剂蒸汽的密度减小时，从蒸发器吸入压缩机的制冷剂的制冷流量也会降低。冷量减小与否，取决于制冷工况下的温度条件。如：制冰温度伟－℃（1.˚F）时，一般离心式制冷剂约为0.0，螺杆式制冷剂约为0..制冰工况对主机效率的影响：在制冰工况时，由于冷冻水出水温度较低，需要很低的制冷剂的蒸发温度及蒸发压力，这就加重了压缩机的负担，压缩机要做更多的功来满足需求，另外由于制冷量也同时出现衰减，两方面的影响使得主机在制冰工况下的效率要比空调工况下的效率要低得多。对于容积式压缩机来说，由于其对压头的适应能力较强，因而其做为双工况主机时，空调工况下的效率与标准单工况主机的效率是接近的。但是对于速度型压缩机（离心式压缩机）来说，压头可调节性较差，当叶轮直径确定后，设计压头就取决于设计转速，而对于双工况主机来说，要使机组能够蓄冰，设计压头是必须按照蓄冰工况时所需的压头来确定的，而蓄冰工况的压头要比空调工况的压头高的多，也就是说，离心式压缩机的设计转速要比空调工况实际所需的转速要高的多，这就导致离心式压缩机组即使是在空调工况下运行时，压缩机的能耗也很高。图1-- 典型冰蓄冷系统图4.5°C12.0°C7.0°C13.0°C6.0°CBuildingLoadㆉ䷠微嘆6.0°Cส䖭ѫᵪৼᐕߥѫᵪ+VSDᶯᔿᦒ✝ಘ㫴ߠ㻵㖞900TRA/CPerformanceCurve(ARIUnloading)01002003004005006007001009080706050403020InputPower(kw)Partload%StandardVSDLoad%CEFT°CCSDinputkwVSDinputkwEnergySaved1009080706050403020NPLV32.029.326.523.821.118.318.318.318.313.8%20.3%26.9%33.9%40.3%46.7%52.9%52.7%53.2%6225324533813152552422011585.76753642433125218813611495749.835图1-- 空调工况, VSD双工况主机节能0%Load%CEFT°CCSDinputkwVSDinputkwEnergySaved100100100100100100100100100NPLV302826242220181614-0.9%0.8%2.7%5.0%7.3%10.2%13.1%15.9%19.1%5345074834614414234063903764.5235395034704384093803533283045.259625TRBuildIcePerformanceCurve(100%)0100200300400500600302826242220181614CEFTCInputPower(kw)StandardVSD图1-- 制冰工况, VSD双工况主机节能% 对于直接传动的离心式压缩机来说，转速是确定时，则设计压头就取决于叶轮直径，而叶轮直径则更加不具可调性，所以机组的设计叶轮要比空调工况实际需要的叶轮要大的多，同样也会导致压缩机的功耗要高很多。那么有没有办法来改善这一状况呢？实际上解决这个问题的方法也很简单，就是在离心式双工况主机上加配变频驱动装置，通过减小压缩机转速来适应空调工况的压头，从而大大的节省空调工况下的能耗，年节能超过30%，而且由于冷却水温随气候变化，加配变频装置后，在蓄冰工况，也能享受到低冷却水温所带来的节能效果，年节能超过