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    【百科】基于冰蓄冷空調系統設計論其節能措施

    發布時間:2021-05-28 點擊量:534
      1冰蓄冷空調系統的設計
      1.1空調負荷計算
      采用“冷負荷系數法”,分別計算出圍護結構、照明、設備、新風等各項逐時冷負荷(每日24h的逐時冷負荷),并準確提供典型設計日的日負荷圖。
      1.2蓄冰系統選擇
      1.2.1蓄冷模式選擇
      (1)全蓄冷式:蓄冰時間與空調時間完全分開,設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,這種方式既能降低初投資,又能節省運行費用,因此被廣泛應用于各種工程項目中。
      1.2.2蓄冷主機選擇
      根據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,蓄冷優越性不明顯,且相應的制冷機容量越大。因此,必須選擇合適的蓄冷比,才會實現既節能又節省初投資的最佳效果。一般,最佳蓄冷比以30%~70%為宜??照{蓄冰系統用冷水機組需要適應空調工況和蓄冰工況,在設計蓄冰空調系統時,應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為空調工況下主機容量,kW;n為蓄冰小時數,h;β為蓄冷比。
      2冰蓄冷空調設計中的幾種節能優化措施
      空調冰蓄冷系統能很好地實現電網“移峰填谷”作用,從而可以獲得由電價差帶來的經濟效益。然而,冰蓄冷系統的初投資較常規空調高許多,成為制約其發展的重要因素之一。如何使其最大限度地發揮節能優勢,從而能更快地回收初期投資,是冰蓄冷空調技術及設計中的關鍵所在。鑒于此,筆者總結了以下一些行之有效的節能優化措施。
      2.1降低送風溫度
      將空調系統的送風溫度由常規的12℃降為4~12℃[3],使得相同冷負荷下的送風量減少,從而減少風機運行所消耗的功率,使系統節約能耗且運行費用降低。由流體力學風機功率公式可推導得出,風機所耗功率會隨送風量減少呈三次方下降。此外,送風量的減少意味著送風管道尺寸的減小,從而使系統初期投資降低。由此可見,降低送風溫度可以使冰蓄冷空調系統在實現“移峰填谷”的同時更具節能性,且能降低系統的運行費用和初投資,實現可觀的經濟效益。使用該措施需要注意:由于送風溫度降低和送風量減少,若直接進入空調區域,容易發生送風裝置表面凝露,且低溫空氣會使人身上的溫差過大而產生不適。因此,必須采取特別的措施來有效地避免這種情況。譬如采用誘導器混合風箱向室內送風,用專用散流器向室內送風等。另外,還要對管道保溫材料及保溫層厚度等加以研究,做好風管保溫,以防水蒸氣凝結帶來的損失。
      2.2增加熱回收裝置
      空調系統排風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。如果將排風中的余熱(余冷)加以回收再利用,如加熱生活熱水、處理新風等,則可提高系統的整體能源利用率,達到節能的目的,同時又可降低機組負荷,節省初期投資。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。在設計中,對全熱回收裝置和顯熱回收裝置的選擇應因地而宜,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,在設計中要結合各地氣候條件綜合考慮;另外,如果全熱回收裝置排風道與送風道之間不嚴密,可能出現送排風滲混的情況。因此,當排風中存在有毒、有害氣體時,不宜采用全熱回收裝置。
      2.3采用熱管技術
      熱管作為傳熱元件,因其優良的傳熱特性,越來越多地被推廣應用到各種項目工程中。將熱管應用于冰蓄冷系統中,可以改善冰蓄冷空調的傳熱性能,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的蒸發器中,熱管的蒸發段置于蓄冰池中直接蓄冰,稱為直接式熱管冰蓄冷系統。這種系統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、因管路腐蝕而發生制冷劑泄漏現象等缺點,融冰過程由外向內融化,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要求冷量大、溫度低的場合。該系統存在的問題主要有:若儲存的冰沒有完全融化而再度制冰,則會增加制冷設備電耗量;系統的設計安裝難度較大。
      2.3.2間接式熱管冰蓄冷
      采用二次冷媒將制冷系統與蓄冷系統進行連接,熱管蒸發段置于蓄冷池中,冷凝段置于蓄冷池之上。二次冷媒經制冷機組蒸發器降溫后流經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。采用熱管技術在設計研究中應當注意: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,將導致結冰速度緩慢,降低能源的使用效率;若能使熱管在結冰達到一定厚度后冰層自動從熱管蒸發段脫落,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的效率,減少設備投資容量,也更為節能。
      3結束語
      冰蓄冷空調系統設計中的其他優化措施尚有:
      (1)充分考慮系統流程布置方式。如串聯系統中,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系統末端裝置。合理的末端裝置有利于降低運行能耗,提高系統有效利用率;
      (3)選擇合理的控制策略。常用的控制策略主要有:制冷主機優先、蓄冰槽優先和優化控制,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運行程序的轉換時須持續進行,同時要確保制冷機安全可靠地運行。冰蓄冷空調系統中采用熱管技術,在實現“移峰填谷”的同時,能夠提高能源利用效率,也更為節能。如果能夠有效地解決以上所述存在的問題,熱管冰蓄冷空調系統將會擁有更為可觀的發展空間。

      來源:暖通空調在線百科

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