阐述冰蓄冷空调系统的设计与施工

孙成维

孙成维

上海建科工程咨询有限公司

摘要：建筑行业作为我国当前社会发展中最为重要的载体之一，其发展方向与发展模式对于整个社会的城乡建设发展都比较关键。目前国内电力供应状况是高峰不足与低谷过剩的矛盾，若通过空调冰蓄冷等调整用电时间至非高峰时间段，可以有效平衡此矛盾，即所谓“削峰填谷”。空调冰蓄冷技术，是通过利用在电力负荷低的夜间用电低谷期采用电动制冷机制冷，由此使蓄冷介质结成冰，利用蓄冷介质的潜热显热将冷量储存起来；在用电高峰期，蓄冷介质会融冰，释放出储存的冷量，由此可以满足我们的实际需要。通过对某大型城市需求侧调控案例，分析冰蓄冷空调系统的设计与施工环节。

关键词：冰蓄冷；空调系统；设计；施工

前言

随着国内社会经济发展，我国城乡建设发展势头迅猛，成绩一日千里，但能源短缺的问题也随之凸现，在发展的过程中，建设节约型经济社会已经迫在眉睫。建筑行业作为我国当前社会发展中最为重要的载体之一，其发展方向与发展模式对于整个社会的城乡建设发展都比较关键。

1工程概况

笔者参与的某大型剧院工程位于该超大型城市北侧，该工程集办公、歌舞演出剧场为一体，用地总面积30235平方米，总建筑面积54934平方米。本冰蓄冷系统主要是为整个建筑物提供空调冷冻水，由地下一层的蓄冰空调系统的冷冻机房和100平方米的蓄冰槽，通过晚间的用电低峰储存冷冻量，用以在白天用电高峰期时释放后缓解空调的制冷负荷，藉此来合理规划用电，降低用电整体负荷，最终降低制冷用电成本，达到节能减排降耗增效的目的。

2设计系统设备参数

3系统设备设计

这项工程系统设计将乙二醇制冷主机置于整个循环回路蓄冰装置上游，采取串联单循环回路方式。其中2台板式热交换器用来隔离冰蓄冷系统中的乙二醇回路和通往空调负荷的水，以保证乙二醇不因为流经各空调负荷回路而导致损耗或泄漏，每台热交换器换热量为用1850KW。设置4个电动调节阀在乙二醇回路中：设置两个调节阀调节进入蓄冰装置的乙二醇流量，在实际操作中根据冷负荷变化，控制乙二醇侧温度恒定且始终满足冷负荷要求；另外，工程采用二级泵系统的空调冷冻水回路，运行费用得以大大降低。工程设计的最大蓄冰容量为4140RTh，由5个冰槽组成，槽内净高为2.2m，冰槽是外保温结构，由内向外分别是放水涂刷层——聚氨酯发泡保冷层。施工中，根据现场空间将冰槽做成长方体标准型，以减少冰槽占地面积，充分利用建筑空间。为便于设备和检修人员出入，在顶板上方预留恰当大小的设备入口和检查孔。为了达到在供冷过程中的“削峰填谷”良好效果，我们采取了以融冰代制冷的办法，即在电力高峰段由双工况冷水机组和基载冷水机组满负荷运行，不足冷量由融冰输出供给。由于不可预知情况工程设计时考虑到备用设备，备用基载冷水机组在任一台机组发生故障时满足空调供冷的需求；或者代替发生故障的双工况冷水机组满足第二天空调供冷的需求；备用基载冷水机组也可以在任一分区蓄冰槽发生故障时满足空调供冷的需求。

在春秋过渡季节空调供冷时，仅通过输出融冰供冷便可满足空调需求，可以停开冷水机组。通过控制电动调节阀来使得乙二醇溶液避开双工况冷水机组，降低运行成本。对蓄冰槽单独供冷的情况下的乙二醇溶液泵，以变频技术降低大量水泵能耗。

4冰蓄冷空调运行方案调整

根据当地每日实时电价情况和全日冷负荷曲线来设计冰蓄冷空调的运行方案。针对各时段电价高低和冷负荷的需求，采取符合均衡部分蓄冷的方案，在满足全日空调冷负荷的需求的同时有效降低运行成本。在夜间电价低时储存冷量，并在白天电价高电力高峰时最大限度的满足空调冷负荷需求。

5冰蓄冷空调方案的选择

（1）蓄冰模式

根据不同冰蓄冷工程项目的实际情况，通常有两种蓄冰模式可供选择，一种称之为全量蓄冰模式，与之相对称之为分量蓄冰模式。

全量蓄冰模式与分量蓄冰模式最大的差异在于蓄冰率的高低，全量蓄冰模式蓄冰率达100％，转移电量最多，运行费用最低，但在制冷机组、蓄冰装置上投入过多，不经济。目前国内绝大多数冰蓄冷工程项目均采用分量蓄冰模式。由于全年空调负荷存在不均衡性，在负荷逐渐下降时，分量蓄冰系统的蓄冰率会逐渐上升，避免了全量蓄冰模式在部分负荷下系统设备闲置过多的问题。采用制冷主机上游、蓄冰盘管下游的单级泵串联系统流程，本系统形式效率高、控制简单可靠、使用灵活。

（2）蓄冰槽结构

蓄冰槽是冰蓄冷系统的核心设备，本工程设计总潜热蓄冰量不小于4140RTh；选择单台蓄冰量为828RTh的不完全冻结式（分量蓄冰）内融冰蓄冰装置5台，在制冰及融冰过程中乙二醇溶液需在5台盘管内进行分配，存在蓄冰盘管之间的流量分配平衡的问题。为解决水力平衡问题，本工程采用同程接管的方案。

6工程设计施工中需重视的问题

（1）布置设计上的问题。若蓄冰槽容量过大，必须通过增加槽的壁厚并进行加固处理以免蓄冰槽因自重变形，这就必然会增加运输安装成本。另外一方面，蓄水槽扩散管排布过于密集会浪费大量空间，影响冰冻和融冰效果。

（2）安装上的问题。一般在-2.19℃/-5.56℃内乙二醇溶液蓄冰，在蓄冰过程中与周围的温差太大或者隔热绝热不够，会造成实际运行的大量能源浪费。由此，在实际安装时，应对槽及其支撑做隔冷处理避免形成局部冷桥，并对槽本身做绝热保温措施，以此减少更多的冷损失。为了更好的达到预期效果和减少冷损失，在设计蓄冰槽本体保温层时，除了要严密，保温温厚度应以大于标准工况冷冻水的保温厚为标准。

结束语

多年以来，我们沿用的是高消耗、高投入、高污染、低产出的传统生产方式。当前，我国城市化进程不断加速，传统的建设思路与资源消耗之间的矛盾也日益突出，长此以往势必会影响到住宅建设的可持续发展。因此，切实改变传统的住宅生产建造方式成为工作的重头戏。采用冰蓄冷空调的节能型建筑设计完全符合我国国情，也符合时代潮流。

参考文献：

[1]秦永平.冰蓄冷空调系统的安全监测系统设计.湖南农机，2012（3）.

[2]王爱萍.大型中央空调系统的新技术应用.劳动保障世界，2013（6）.