冰蓄冷系统:技术优势与设计策略详解

文摘   2024-09-08 00:01   重庆  

在现代建筑的能源管理中,冰蓄冷系统因其高效节能的特性而受到广泛关注。本文将深入探讨冰蓄冷系统的收益、冷水机组的控制策略、载冷剂的选择、系统方案的对比以及控制策略的优劣,为工程设计提供参考。

1. 冰蓄冷系统的收益

冰蓄冷系统通过在电力需求低的夜间制冰,储存冷量,以满足白天高峰时段的冷负荷需求,从而实现能源的优化配置。该系统带来的收益包括:

  • 电网负荷平衡:通过转移高峰电力需求,减少电网的峰谷差,提高发电效率。

  • 减少新建电厂投资:降低对新增发电设施的需求,节约投资成本。

  • 环境效益:减少环境污染,促进生态平衡。

  • 经济效益:用户可通过节省运行费用、减少设备容量和初投资,以及利用政府优惠政策获得经济收益。

2. 冷水机组的控制策略

冷水机组在空调工况和制冰工况下有不同的控制策略:

  • 空调工况:主机根据负载大小调节容量,保持出口温度在设定值。

  • 制冰工况主机强制满载运行,直到冰槽充满或达到非制冰时段,如果系统设计得好,那么主机到了-5.6摄氏度时,整个蓄冷系统就正好完成制冰,从而主机可以一直满载运行。这里其实也给主机的配置也提供了一定的启示,但从冰蓄冷工况,机组是没必要做变频的。当然有时候对于离心机,如果空调工况下转速不够高,导致冰蓄冷工况可能发生喘振的话,那么就可能会采用变频机组。

通常由于制冰工况由于蒸发温度较低(通常在-7摄氏度左右),低蒸发温度也就意味着低蒸发压力,根据气体状态方程不难知道此时密度也低,因此质量流量降低,制冷量下降,通常对于定频机组冰蓄冷工况下的制冷量约为常规空调工况下的65%左右。

3. 常用载冷剂的选择

载冷剂的选择对冰蓄冷系统的效率和安全性至关重要。常用的载冷剂包括乙烯乙二醇和丙烯乙二醇,它们通过降低水的冰点来实现低温下的冷量传输。选择时需考虑:

  • 冰点要求:根据系统的设计温度选择合适的载冷剂浓度。

  • 毒性和环保性:丙烯乙二醇相对于乙烯乙二醇毒性更低,更适合对环境和健康要求较高的场合。

4. 常见冰蓄冷系统方案及设计注意事项

冰蓄冷系统有多种设计方案,包括串联和并联系统。每种方案都有其特点和适用场景:

  • 串联系统:结构简单,适用于小型项目,但泵的能耗相对较高。

  • 并联系统:控制灵活,适用于大型项目,能有效降低泵的能耗。

设计时需注意:

  • 系统平衡:确保主机与冰槽的容量和流量匹配,以达到最佳效率。

  • 安全性:确保系统设计满足安全规范,特别是防冻和防腐处理。

5. 控制策略的比较:融冰优先与冷机优先

  • 融冰优先:优先使用冰槽融冰满足负荷,减少主机运行时间,适用于电价高峰时段较长的地区。特点是出水温度较高,主机工作效率高;蓄冷装置利用率高;但控制较主机优先复杂。

  • 冷机优先:优先启动主机,适用于电价高峰时段较短或主机效率较高的情况。特点是在部分负荷时,主机出水温度下降,效率降低;蓄冷装置利用率低,但整个系统控制简单。

每种策略都有其优势,选择时需根据实际电价政策和系统特性综合考虑。

对于主机位于下游的机组,要想实现融冰优先比较难,需要通过控制流量来实现冰蓄冷系统的充分利用,但流量有一定的变化范围以及速率限制,否则会影响主机的可靠运行。而主机位于上游,则可轻松实现主机优先或者融冰优先的控制策略。

另外在特灵的资料中也提到了为了降低水泵的能耗,通常采用大温差小流量设计,比如他们对比了8摄氏度温差和5摄氏度温差时的水泵能耗差异,水泵能耗降低能降低一半,这里需要注意的是很多时候对于主机而言,如果改为小流量,主机的换热可能会恶化,主机厂家为了让cop更有竞争力可能会选择做3流程设计,此时水阻上来了,能耗不一定有很大收益。一定要跟主机厂家核实好,在2流程的前提下,建议的最大温差是多少。

最后大家有兴趣的可以参考特灵的设计指南,会更加详细,这里仅抛砖引玉。

部分图片及参考资料来源:特灵-冰蓄冷系统 中央空调节能系统设计指南(三)

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