水蓄冷技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用

胡 寧

廣東省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司 廣東 廣州 510000

【摘 要】在城市建筑能耗加速增長的背景下，中央空調(diào)采用蓄冷技術(shù)對電網(wǎng)負荷移峰填谷正在逐漸地受到市場的重視。文章主要對水蓄冷技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用進行了探討。

【關(guān)鍵詞】水蓄冷技術(shù)；暖通空調(diào)；應(yīng)用

引言

目前的蓄冷技術(shù)研究方向較多，在實際工程應(yīng)用中，冰蓄冷和水蓄冷技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛。水蓄冷由于其技術(shù)簡單，一次性投入較少而得到業(yè)界的青睞，但只有在地方蓄冷電價合理的情況下，發(fā)展水蓄冷才有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，對運行電費成本的節(jié)約才有更為顯著的效果。海南三亞JW萬豪酒店機電工程中應(yīng)用了水蓄冷技術(shù)，文章主要對水蓄冷技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用進行了探討。

1水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)概述

水蓄冷中央空調(diào)是指建筑物空調(diào)時間所需要冷量的部分或全部在非空調(diào)時間利用蓄冷介質(zhì)的顯熱等特性，將能量儲存起來，然后根據(jù)空調(diào)負荷要求釋放這些冷量，這樣在用電高峰時期就可以少開甚至不開主機。水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點表現(xiàn)在：（1）經(jīng)濟。水蓄冷系統(tǒng)的容量只需按照日平均負荷選擇即可，通過利用消防水池、原有蓄水設(shè)施或建筑物地下室等作為蓄冷容器在避免“大馬拉小車”的同時降低了初投資，使用期間單位蓄冷投資隨著水蓄冷設(shè)備的體積的增大而降低。對于新建項目水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)初投資比常溫系統(tǒng)的低，一般可低10%～20%。而改造項目與常規(guī)空調(diào)相比，水蓄冷系統(tǒng)的初投資只增加約5%-10%的費用，由于運行成本的減少，初投資增加的成本費用一般在3-4年內(nèi)即可回收。水蓄冷系統(tǒng)制冷主機容量一般應(yīng)比非蓄冷系統(tǒng)的小，可以減少30%～60%，增加的費用只是換熱器及蓄冷裝置設(shè)備的投資，其他都可與非蓄冷系統(tǒng)的投資單價相接近。（2）實用。可以使用常規(guī)冷水機組，適用于常規(guī)供冷系統(tǒng)的擴容和改造。對常規(guī)空調(diào)主機改動小，初投資費用低。（3）節(jié)能。夜間氣溫降低，制冷效率隨之提高6-8%，系統(tǒng)滿負荷運轉(zhuǎn)時間大幅度增加，主機利用率提高，從而使空調(diào)系統(tǒng)的總節(jié)電率達10%-22%。（4）合理。作為備用冷源，增加了空調(diào)系統(tǒng)的可靠性；結(jié)合低溫送水和低溫送風(fēng)，降低了設(shè)備的噪音；主機在最佳狀態(tài)下運行，提高主機利用率；滿負荷運行時間增加，部分負荷運行時間減少，節(jié)省維護保養(yǎng)費用。

2空調(diào)水蓄冷技術(shù)的應(yīng)用條件

中央空調(diào)水蓄冷系統(tǒng)實際應(yīng)用應(yīng)當(dāng)具備以下幾個方面的條件，如果在無法達到下列條件的情況下使用水蓄冷技術(shù)進行制冷，不僅無法實現(xiàn)節(jié)約能耗的目的，而且還有可能使得成本上升：其一，采用水蓄冷技術(shù)的地區(qū)必須能夠取得一定的電價優(yōu)惠，也就是說需要當(dāng)?shù)仉娏Σ块T有所配合，給予一定的優(yōu)惠政策，主要是對用電高峰時段以及用電低谷時段。其二，在使用水蓄冷技術(shù)的中央空調(diào)系統(tǒng)中盡可能的配備兩臺主機，其中一臺作為備用，避免某一臺主機長時間運行，造成主機損壞。其三，應(yīng)當(dāng)修建或者預(yù)留出一定的空間，對水蓄冷所需要的冷凍水進行儲存。其四，在中央空調(diào)主制冷機房內(nèi)，必須要在修建或者設(shè)計的時候預(yù)留出盡可能多的空間，使得后期設(shè)備改造也能夠妥善安置。

3水蓄冷技術(shù)的實際應(yīng)用

（1）蓄冷形式的選擇?？紤]經(jīng)濟適用性能以及建造施工難度，海南三亞JW萬豪酒店機電工程的蓄冷系統(tǒng)采用自然分層水蓄冷形式。一般來說，自然分層法儲水既無迷宮法容易產(chǎn)生用水死區(qū)導(dǎo)致蓄冷量減少的問題，也無隔板法機械活動機構(gòu)的故障隱患，是最簡單、有效和經(jīng)濟的儲水方法，如果設(shè)計合理，蓄冷效率可以達到85%-95%。自然分層式儲水的技術(shù)關(guān)鍵在于散流器/布水器，將水平穩(wěn)地引入罐中，依靠密度差而不是 慣性力產(chǎn)生一個沿罐底或罐頂水平分布的重力流，形成一個使冷熱水混合作用盡量小、厚度盡量薄的斜溫層，要求通過散流器的進出口水流流速合理，以免造成斜溫層的擾動破壞。最適合自然分層的蓄水罐的形狀為直立的平底圓柱體。與立方體或長方體蓄水罐相比，圓柱體在同樣的容量下，蓄冷罐的面積容量比最低，熱損失就越小，單位冷量的基建投資就越低。

（2）蓄冷池布水系統(tǒng)的設(shè)置。自然分層系統(tǒng)主要是利用冷熱水密度的不同，使溫度低的冷水向下運動，溫度高的熱水向上運動，從而實現(xiàn)冷熱水的分層。從熱力學(xué)原理我們可以知道，兩個溫度不同的物體放在一起它們之間會有熱傳遞，蓄冷池水層也一樣，會在冷熱水層中間形成一個溫度過度層，我們叫它斜溫層，這個斜溫層一方面會把我們的冷水冷量傳遞給熱水（由于傳遞速率不大，冷量流失不多），另一方面又能起到一個冷熱區(qū)域隔離的作用，因此蓄冷效果的好壞直接受到斜溫層的影響，斜溫層越穩(wěn)定，那么我們的冷熱區(qū)域熱量混合就越少，所以自然分層蓄水池的關(guān)鍵是在冷熱水層間建立穩(wěn)定的斜溫層。

（3）板式換熱器的使用。當(dāng)蓄冷罐一定時，蓄冷量與放冷回水溫度與蓄冷進水溫度間的溫差成正比關(guān)系，而采用板式換熱器需要一、二次側(cè)保證一定的溫差用于換熱，假設(shè)換熱器需要溫差1℃，那在蓄冷罐溫差普遍只有6～7℃的現(xiàn)狀下，蓄冷量將減少約14%；使用板式換熱器的初衷其實是為了保證水質(zhì)，但開式蓄冷罐的水質(zhì)也有其他辦法可以解決，因此，建議無需為了水質(zhì)問題在蓄冷系統(tǒng)配置板式換熱器。

（4）開式蓄冷罐的水質(zhì)保障措施。開式蓄冷水罐雖然與大氣接觸，但只通過一透氣口，與罐外空氣接觸面很小，冷凍水中的含氧量變化很小，加上水罐水體量相對于原空調(diào)系統(tǒng)的水量來講大得多，只要保證初始補水水質(zhì)合格，以后的水質(zhì)更容易保持；即使擔(dān)心開式蓄冷水罐的水質(zhì)保持問題，還可以采用氮氣密封系統(tǒng)，這種系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)，用于隔離罐內(nèi)物質(zhì)免受大氣氧氣作用，而且普遍都是持壓罐體，所以應(yīng)用在我們這種微正壓的蓄冷水罐是可行的。

（5）水蓄冷罐的串聯(lián)形式。數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，水蓄冷罐串聯(lián)接入一般是用于空調(diào)系統(tǒng)的容災(zāi)備份，蓄冷罐內(nèi)的冷水持續(xù)流動以保證隨時保有備用蓄冷量供應(yīng)，蓄冷罐通常采用承壓閉式罐形式。

4水蓄冷系統(tǒng)性能問題

（1）水蓄冷系統(tǒng)在蓄冷時改變了原有空調(diào)系統(tǒng)的運行工況，需要使出水溫度降低到4℃來進行蓄冷，而有些情況下，原有空調(diào)系統(tǒng)的出水溫度達不到4℃，達不到設(shè)計要求，這就使水蓄冷的通用性就變差；另外，水蓄冷系統(tǒng)在蓄冷時，使原有空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度降低，蒸發(fā)溫度每降低1℃，主機效率降低3-5%，由此可知，水蓄冷在蓄冷時，主機效率降低10%左右。水蓄冷在放冷時，回水溫度會受用戶端負載的變化而發(fā)生變化，而由于回水溫度不可控，例如設(shè)計回水溫度為14℃，實際回水溫度要小于14℃，按蓄冷溫差8℃來算，回水溫度每降低0.1℃，蓄冷量減少1.25%，也就是實際蓄冷量要小于設(shè)計蓄冷量。

（2）放冷泵功耗大，電價高峰段移峰能力差。水蓄冷在放冷的時候需要開啟放冷泵，由于溫差較小，水流量較大，所以放冷泵的功耗不能忽略，且在電價高峰段運行，使得節(jié)能費用降低，高峰移峰能力降低。

（3）保溫性能差，冷損失大。蓄冷系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)在設(shè)備配置上最明顯的不同是增加了蓄冷設(shè)備，蓄水槽、蓄冰槽必然存在能量損失，其絕對值不大，但累計全天24h，也是不容忽視的，這個能量損失在計算蓄冷設(shè)備容量時可以認為是蓄冷設(shè)備容量的減小。對于冰蓄冷設(shè)備，冷損失占全天總蓄冷量的1%以下左右，蓄冷水池則高達3%～5%。如果保冷效果不好，或者環(huán)境溫度過高、蓄冷設(shè)備露天放置都將使冷損失加大。精確計算可以通過蓄冷設(shè)備表面積、傳熱系數(shù)、蓄冷介質(zhì)溫度、環(huán)境溫度求出。蓄冷水池的能量損失之所以如此之高，一方面是通過池壁傳導(dǎo)散熱，單位冷量所占有的容積水蓄冷是冰蓄冷的8～10倍之多，其表面積也大大超過冰蓄冷；另一方面水池內(nèi)冷溫水間的混合擾動和熱量傳遞、沿絕熱較差的壁面水溫發(fā)生變化從而產(chǎn)生自然對流都使得水蓄冷冷損失大大增加。

結(jié)束語

采用水蓄冷技術(shù)不僅能夠減少高峰時段用電量，降 低制冷系 統(tǒng) 運行費用，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益，每年節(jié)約運行電費，同時能平衡電網(wǎng)負荷，移峰填谷，保障電網(wǎng)安全，提高電能利用效率，為本項目獲得了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]郭永佾.海南某大廈智能水蓄冷節(jié)能中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計[J].建筑節(jié)能，2009（10）：23-27.