1、筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！冰蓄冷空调设计介绍1.概述：近几年来，因国家用电政策的推动作用和国外蓄冰技术的大量引进，蓄冰空调逐渐成为中央空调发展的一个新趋势。目前在国内推广的蓄冰空调技术主要有冰球式、冰桶式、冰槽式、蕊心冰球等等。我们认为从近几年市场的接受率来看，STL 冰球式蓄冰系统由于其结构简单、性能可*、蓄、放冷速度快、价格低、管理方便等优势，比较适合我国夏季由于农忙用电高峰和夏季城市降温用电高峰造成的用电紧张局面。我国大部分地区夏季为了支持农业生产，不同程度地要求城市的用电大户采取积极措施在上午 11点前让电于农村，因此选换热效率高的冰球式蓄冰系统不但适合均匀放冷，更适合
2、夏季避峰（8:0010:30）等应急场合。我们根据几十个工程的方案和十几个工程的设计、施工所积累的经验，本着抛砖引玉的思想，着重介绍了 STL冰球式系统的基本概况和特点并以某工程为实例介绍了 STL冰球蓄冰系统在方案设计、施工图设计和施工这三个阶段中应如何去做及须注意的一些问题，供从事这方面工作和关心这方面工作的同志参考。以法国 CIAT为代表的冰球蓄冰系统的核心部分是一只装满我们称之为“蓄冷球”的长圆形的储冰罐。蓄冷球的外壳由高密度聚合烯烃材料制成，内盛有具有高凝固溶化潜热的储能溶液。蓄冷球的直径有 95mm（C 型）和 77 mm（S 型）两大系列，其相变温度有3327等多种规格。舒适性空
3、调中常用的为 C00 型和 S00 型两种，其主要参数如下：蓄冰球类型相变温度 Ts 相变潜热Ql Kwh/m3 显热比热系数 Kwh/ m3固态 Qss 液态Qsl换热系数 Kw/ m 3凝固 Kvcr 溶化Kvfu重量 PNKg/m3S00 00 48.4 0.7 1.1 1.6 2.2 558C00 00 48.4 0.7 1.1 1.15 1.85 560当然，单一只储冰罐还无法构成蓄冰空调系统，它只相当于一只“冷量筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！仓库” ，还需要水泵来搬运冷量、需要一个冷源来不断地生产冷量，需要一台换热器来把我们的冷量交换出去。这样，蓄冰罐、制冷机、水泵、换
4、热器就构成了一个简单的蓄冰空调系统。冰球式蓄冰系统按制冷机与蓄冰罐的相对位置可分为并联系统和串联系统，串联系统又分主机在上游和储冰罐在上游两种形式。1.1 下面以并联系统为例，简单介绍一下这个系统是如何工作的：1.1.1夜间蓄冰： 主机、蓄冰罐、与水泵Pd1之间构成循环；abcda1.1.2白天主机单供冷；主机、板式换热器与水泵 Pd1和 Pd2构成循环daighefjd abghcdefj筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！1.1.2白天主机单供冷；主机、板式换热器与水泵 Pd1和 Pd2构成循环daighefjd 1.1.4主机与蓄冰罐共同供冷；主机、蓄冰罐、板式换热器与水泵 Pd1
5、和 Pd2构成循环。efjdaighe筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！ cb 1.1.5主机边蓄边供；当三通调节阀直通支路的流量小于水泵 Pd1的流量时，构成主机放冷的同时，对蓄冰罐进行蓄冰。bcdda ighefjd1.2 法国 CIAT STL冰球蓄冰系统与其它几种蓄冰方式比较，有以下几个主要的特点： 1.2.1 简单易行的蓄冰罐：冰球式储冰系统的储冰罐为普通钢制低压容器，常用材料为 16MnR，其制作简单，普通压力容器厂均可制作；其大小、长度、直径均可根据现场实际地形调整，对检修空间没有要求，能最大程度地利用有效空间；安装简单（附卧式罐和立式罐示意图） ；（注：并联流程中蓄冰时
6、 流动方向为由下至上，融冰时为由上至下，上图为蓄冰流动状况）筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！1.2.2 高可*性的蓄冷球：蓄冷球的外壳为高强度聚烯烃材料，蓄冷介质为稳定相变溶液，这就保证了冰球 50年以上的使用寿命。而且因蓄冰球为内结冰（与盘管不同，盘管为外结冰，如盘管破损则会引起乙二醇溶液泄漏） ，即使蓄冷球出现个别破损对系统也基本没有影响。 （附图）1.2.3 较大的蓄、放冷速率：冰球因具有较高的换热系数，从而使之非常适合于用电避峰及应急冷源的场合，如中国杭州政府规定夏季用电高峰8:0010:30 内不准开电制冷机。1.2.4 罐体无论是卧式还是立式，罐内均流装置均为上下布置，使
7、冷媒上下方向流动以与蓄冰球充分接触换热。设置的均流装置必须根据流量、流速、罐体大小及放冷要求进行专门匹配。1.2.5 由于储冰单元少，没有复杂的管路连接和繁多的接口，所以进出管路不需设平衡阀。1.2.6 系统管理方便：冰球蓄冰系统较其它蓄冰系统而言，系统简单、可*，操作、维护工作量小。冰球式蓄冰系统适用于写字楼、商场、体育馆、展览馆等日冷负荷峰、谷差较大的建筑物。特别适用于要求短时间内大量放冷的场合。2、工程方案的设计：我们拿到一个工程项目,首先要做的工作就是冷负荷计算.蓄冰空调首先需要知道建筑物 24小时的负荷分布情况。计算逐时负荷是一件非常烦琐的工作，好在现在已有一些软件可以帮助我们减轻工
8、作负担，这里就不详述。逐时负荷算出来后，我们可以对之稍作分析，如果峰谷差较大，我们就可以考虑采用蓄冰空调。这就需要我们进一步深入下去来确定蓄冷量、制冷机制冷量、冰球型式选择、蓄冰罐容积计算等一系列工作。2.1现简单举例如下：假设现在有这样一个建筑物，其逐时负荷分布情况为：时间小时 01 12 23 34 45 56 67 7889 910 1011 1112 冷负荷 KW 0 0 0 0 0 0 0 0 1000 9009501000 筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！时间 小时 1213 1314 1415 1516 1617 1718 18191920 2021 2122 2223
9、 2324 冷负荷 KW 1100 1200 1150 1100 1000 0 0 0 0 0 00 从上表可知：其最大冷负荷 P m=1200Kw（即常规需选制冷机冷量） 最大日总负荷 Q j=9400Kwh我们假设蓄冰系统进出板式换热器温度 ：T df/Tdr=5/10(大楼系统供回水温度为 7/12，换热器两侧温差为 2）允许蓄冰时间为晚上 22:008:00，共 10个小时我们选用 S00型蓄冰球（C00 亦可，两者区别在于蓄、放冷速率） ，相变温度Tst0设制冷机的白天制冷能力为 Pr ，晚上制冷能力为 Pr，考虑蒸发温度下降（蒸发器出水温度从 5降至6） ，取效率降低系数为 65。
10、 （这个系数与蒸发温度的下降幅度和不同的压缩机形式有关，一般可用于制冰的制冷机其产品样本上均标明在不同工况下的制冷量，可直接套用 P r，这里为假设）则 P r0.65P r，因为日总负荷为定值，应有Pr 9P r10Q j 即： P r 90.65P r10Q j 如此可以计算出， P r 9400（96.5）606（Kw）蓄冷量 Q st0.65P r103939（Kwh）蓄冷时温差 Tc0.6550.653.25（制冷机效率下降，而通过蒸发器的冷媒流量不变，导致两端温差减小）取蓄冷温度 T cf/Tcr6.0/2.75（STL 冰球系统要求蓄冰最低温差为 5,即冷媒入口温度最高为5,一般
11、我们取6.0）则每立方米蓄冷球可蓄冷量为：D48.40.70（2.75）1.1（50）55.8（Kwh/m 3）（潜热水的显热冰的显热 总蓄冷量）蓄冷球的体积为：V Q st /D3939/55.871 m 3 筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！蓄冰罐的容积为：VV（19）77 m 3(蓄冷罐的体积比蓄冰球的体积要多 610的系数）现在我们需要反过来检验一下上述选型是否满足主机与蓄冰罐匹配这一条件：2.1.1主机蓄冰工况时可提供冷量 P r =0.65606394(Kw）蓄冷时冷媒与蓄冰球间的对数温差为( 62.75)/ln(6/2.75)4.166蓄冷时换热量 P st711.64.
12、166473.3Kw394 Kw这就说明主机所提供冷量蓄冰罐可完全吸收。2.1.2放冷时，我们需要蓄冰罐提供的最大冷量为：1200606594 Kw放冷时蓄冰球与冷媒之间的对数温差为( 105)/ln(10/5)7.2放冷时换热量 P dst712.27.21124.6 Kw594 Kw这就说明蓄冰罐冷量可满足放冷要求。通过检验以上两个条件，我们可以认为上述选型即为此假设工程的合适的蓄冰空调选型。但上述计算过程仍较复杂，不够直观，为此，法国 CRISTOPIA公司专门为冰球蓄冰系统设计了一个计算和选型软件“STOCKAID 3.0” ，现将其几个主要画面摘下，供大家参考： l 此图为建筑物负荷
13、曲线图，蓄、放冷量及速率均可反映出来。筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！上图为此软件主画面，基本参数、设备选型等均可反映出来。2.2 以上讨论了蓄冰方案的技术可行性，而对建设单位来讲，更关心的可能是经济的可行性。但经济可行性分析是一个较难量度的问题，各地的电力政策不同，其采用蓄冰空调的合理性也不一样。现就杭州市目前的电力政策，以现已采用冰球蓄冰中央空调的某工程为例作一简单分析：基本情况：建筑面积 19913平方米，夏季设计冷负荷 1919Kw，冬季设计热负荷为 1302Kw，原设计采用风冷热泵，后因电力制约等因素改为冰蓄冷中央空调。2.2.1原工程设计风冷热泵机组与现冰蓄冷空调的经济性
14、能比较表：筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！注：空调年使用费按 250元/Kw 月计,风冷热泵按 6个月计，冰蓄冷按 3个月计；增容费按国家 400元/Kw，地方 350元/Kw 元计，冰蓄冷空调地方增容费可免电费：峰电 8:0022:00 为 0.81元/度，谷电 22:008:00 为 0.27元/度风冷热泵不用冷却水，但因节约水费比较少，故在此未考虑2.2.2回收年限：由上表看出，本工程增加一次性投资为：187.5 万元，年运行费每年可节省99.7万元，如不考虑利率因素，回收年限为：187.599.71.88（年） 。在 2年内可完全收回投资增加部分，故此工程适合采用蓄冰空调技术
15、。3、冰球蓄冰空调设计现以方案中提及的某工程为例来具体地介绍整个设计过程，供大家参考：3.1 工程概况：筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！该工程为某银行办公大楼，地下二层、地上十三层，总建筑面积 19913m2原设计采用风冷热泵，建设单位考虑到国内及当地的电力状况和电力政策可能带来的影响，经过多方论证决定采用冰蓄冷中央空调夏季供冷，冬季供热暂时采用油锅炉，待城市热网供热系统建成后采用热网供热。空调负荷详细计算：通过相应软件，计算得出其逐时负荷曲线图如下：由图可知，该大楼夏季最高小时冷负荷值为：P m=1919KW，出现在 15:00， 当日总冷负荷 Qj=17960Kwh (见图)3.
16、2 蓄冷比例确定及设备选型3.2.1 确定蓄冷比例：蓄冷比例就是蓄冷罐最大蓄冷量与夏季最高全天总冷负荷的百分比。按蓄冷比例分，冰蓄冷空调可分为全蓄冷和部分蓄冷。全蓄冷充分利用低谷电，白天可不开主机，运行电费可降低，但初投资大，同时主机的配电容量下降不多，故办公大楼蓄冰设计中一般很少采用；部分蓄冷有多种方式，一般可按下列方式确定蓄冷比例：3.2.1.1 晚间谷电时间（杭州为 22:008:00）开主机蓄冷，白天由蓄冷罐和主机同时提供冷量，这样可充分利用谷电的低价；3.2.1.2 除了空调供冷外，全天的其余时间全部用于蓄冷，这样可使主机的容量减少至最小值。蓄冷比例的确定是非常重要的一个环节，在方案
17、设计中一般先初步选择较典型筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！的几个值（如 30等） ，经设备初选型，根据当地有关的电力政策并计算初投资、运行费、并考虑其它因素最后选定较佳的比例值。3.2.2 板式换热器选型由于板式热交换器具有换热效率高可以实现低温差传热、清洗维护方便等优点，在暖通工程中的应用越来越广泛。在冰蓄冷空调系统中，空调水侧进出温度按常规取为 127；为了使主机在白天供冷时的制冷效率下降不至太多，乙二醇溶液侧的进出温度一般取得较高为：510。温度选定后，即可计算换热面积。F=Q/(Kt m)公式中 Q为总换热量；K 为换热系数；t m 为对数平均温差；该工程采用的板式换热器的型
18、号为法国 CIAT PW55，换热系数 K=4KW/m 2 t m2F=1919/( 42 )=240M2F 总 =F1.1(附加系数)=264m 2选用两台 PW55型，板片材质为不锈钢，每台换热面积 132m2。3.2.3 流程选择由于串联流程和并联流程具有各自的优点，设计人员可根据工程的特点、实际情况进行选择。本工程采用并联流程，流程原理图如下：V1- 电动两通（开关） 筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！V2- 电动两通（可调）V3- 电动两通（开关）V4- 电动两通（开关）V5- 电动两通（开关） FV- 电动三通调节阀3.2.4 主机选型和蓄冰罐计算冰蓄冷系统中，冷水机组要求
19、能分别在两种工况下运行。由于螺杆压缩机能达到较大的单级压缩比，在两种工况下运行较有利；并适合于长期连续运行，故我们决定选用先进的单螺杆制冷机组：由蓄冷计算软件可得：主机所需制冷量： 冷冻液进出温度 10/5，1098.5KW-2.6/-6，736.0KW蓄冰球体积 129.5M 3根据产品样本选型，选用单螺杆水冷冷水机组 LBI661两台，单机制冷量：冷冻液出 5，冷却水出 37，566KW；冷冻液出-6，冷却水出 35，386KW。取蓄冷罐容积 V=138M3，蓄冷罐设计蓄冷罐可以根据现场的实际情况设计成各种形状，常见形状有立式圆柱状、卧式圆柱状等。罐体多采用 16Mn钢板制作。罐体内的均流
20、管使流体在内部均匀分布至整个罐体，形成层流，与罐体内的蓄冷球发生充分热交换。本工程采用钢制卧罐，体积：138m 3 ，直径为：3.8m 总长为：12.5m(含封头） ，板厚：18mm3.2.5 水泵冰蓄冷系统中，由于乙二醇价格较高，对水泵的密封性能要求较高。一般建议采用带机械密封的水泵，可以减少漏液或几乎不漏液。水泵选型：根据流程，确定满足各种工况下的最大阻力和流量；为达到筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！节能的目的，尽量选用多台泵。该工程采用并联流程，初级泵流量Q/Ct=100m 3/h扬程 P(估算)=P 主机 +P 蓄冷罐 +P 管道 +P 阀门=8+2.5+2+5=17.5(m
21、)次级泵流量=170m 3/h扬程 P=P 换热器 +P 蓄冷罐 +P 管道 +P 阀门=10+2.5+2+10=24.5(m)以上计算仅为初算，限于篇幅，详细校核计算不再列出。水泵选型后，还需与自控专业配合，校核各工况下的流量和阻力分配，以及三通阀的调节能力能否满足工况要求等。最后选定：初级泵 2台，流量 110 m3/h，扬程 24m,电机 11Kw次级泵 2台，流量 220 m3/h，扬程 25m,电机 22Kw空调泵 2台，流量 300 m 3/h，扬程 34m,电机 55Kw , 一用一备冷却泵 2台，流量 300 m 3/h，扬程 34m,电机 55Kw, 一用一备3.2.6 主要
22、设备材料表筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！3.3 保温层厚度：在乙二醇溶液侧，夜间蓄冷时溶液温度低至6，因此保温层厚度与常规空调管道保温层厚度有所不同。由于聚氨酯现场发泡保温具有导热系数低、施工方便、保温后管道整洁美观，且费用与常规保温材料相比相差不多等特点，已逐渐被较多用户所接受。聚氨酯发泡材料外包白铁皮或铝皮。经计算，管道内流体在6时，保温层防结露的厚度如下：（环境干球温度 34，相对湿度 83）蓄冷罐 70mm管道 DN250 以上 60mmDN125DN200 55mmDN100以下 50mm3.4 系统自控3.4.1自控方案的提出：对于冰蓄冷系统，系统的自控也是比较关键的一
23、部分。系统自控的程度直接影响整个系统的运行效果。较为完善的自控，可以使整个系统依据每天不同的外界环境和以往的经验，合理地进行蓄冰和放冷，使系统在满足全天负荷的前提下，运行费用达到最低。同时，自控也可以减轻空调管理人员的负担，减少工作失误，及时反映系统各部分设备的运行工作情况，在出现故障时及时报警，以便使工作人员迅速采取相应措施。由于投资方面的原因以及业主对自控方面的认识等原因，加上冰蓄冷空调在国内使用发展的时间还较短，自控在冰蓄冷空调方面的应用还很少。但随筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！着冰蓄冷技术的发展和业主使用要求的提高，冰蓄冷空调（主要在机房这一部分）采用自控系统必将成为一大趋
24、势。根据业主的实际用途要求，冰蓄冷系统一般需达到以下几种工况：主机单独供冷、主机制冷供蓄冷罐蓄冰、蓄冷罐单独供冷主机、蓄冷罐同时供冷，主机一边蓄冰一边供冷，3.4.2 冰蓄冷系统自控的一般要求：3.4.2.1 根据夏季空调运行要求或用户指令自动进行各种工况的切换，包括阀门的开、关、调节， 主机的开、停、空调工况和制冰工况的切换，水泵、冷却塔的开、停等。3.4.2.2 在各种工况下运行时，根据各参数采集点反馈的信号，通过阀门调节或设备开停，保证系统运行的稳定，并及时向用户反映有关的参数；显示系统及设备的运行状态；对系统及设备出现的故障也要及时发出信号。3.4.2.3 记录收集有关参数，结合往年经
25、验参数，确定每天的蓄冰量和主机工作时间。3.4.2.4 用户可以根据自身条件简化以上要求或提出更高的要求。3.4.3 本工程自控系统的设计冰蓄冷系统的自控设计，一般由空调设计人员根据系统的使用要求和工艺要求，提出相应的条件，由自控专业负责设计。本工程系统自控的主要功能及要求（见附图）：l 主机的开、停，空调、制冰工况的切换，故障报警；l 各水泵、冷却塔的开、停及故障报警；l 各电动阀门的开、关及调节；l 系统主要部分的压力、温度、流量的监测；l 系统各种工况的切换（可按时间自动切换或根据人工指令切换）l 监测室内温度（典型房间区域取样） 、室外温度；l 记录每日耗电l 监测系统运行状况，可定时
26、或根据需要打印运行报告。筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！4、冰球罐体的施工蓄冷空调成功与否，除了设计的因素外，施工也有着举足轻重的地位。蓄冰空调与常规空调相比，设备上主要增加了蓄冰罐安装这一块。有关和常规空调相同的设备的施工，可参考有关工程建设施工规范，我们仅就与常规不同部分作几点说明，仅供参考：4.1 蓄冰罐安装位置的选择及注意的几个问题：4.1.1 安装位置的选择：按建筑物的结构特点和周边环境情况，有以下几种安装位置可供选择：4.1.1.1 室内安装：4.1.1.2 室外安装：室外安装又可分为室外地面安装、室外地下安装和屋顶安装：a、室外地面安装具有安装简单、方便，易行、节省工程
27、造 价等优点。如果把罐体设计成一个建筑标志物在外表稍加装修以与周围环境融为一体，也不失为一道风景。b、室外地下安装：室外地下安装具有节约占地面积、增加建筑物的有效使用面积等优点，c、屋顶安装：屋顶安装同样具有节约占地面积，增加建筑物内有效使用面积的优点。 （参见附录不同安装位置的实物照片）快车下载：筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！4.2 冰球的投放及乙二醇的投放及浓度检测：4.2.1 冰球的投放：据实际情况因地制宜。我们施工中常用的方法是：先给罐体充水至约 50容积状态，由人孔向水里投放冰球，同时从蓄冰罐排水管排水，降低罐体内液位，此法减少了投放过程中对罐体的撞击，并使冰球排列均匀。
28、4.2.2 乙二醇投放：由于乙二醇价格较高，多投导致造价偏高；少投则冰点升高系统运行就较危险，所以正确确认乙二醇用量在实际施工中也是十分关键的。4.2.2.1 乙二醇用量的估算：GV 14028V 228G乙二醇用量（吨） V 1蓄冰罐的体积，V 2系统管道及设备容量4.2.2.2 实际测量：乙二醇实际测量必须等空调工程施工完成后，将系统中的水排尽，在系统进水口串联一只水表（水流量计），然后往系统中放水，测出总的水量即为测量水量 V ，则乙二醇实际用量为：GV284.2.2.3 运行中的浓度测试：由于制冷机在蓄冰时一般控制在56，所以控制冰点，保证系统正常、安全运行也极为重要。在第一次投入一定
29、数量的乙二醇并用冷媒泵循环 46 小时后，开始对其进行反复测试，到达规定浓度并确认系统已完全混合均匀后方可开机蓄冰。4.1.2 罐体施工中注意的问题：4.1.2.1 做好地下防水和排水：室外地下安装时，一般均采用混凝土做一个槽体，内做防水处理，并设有集水井、通风口等；4.1.2.2 罐体与基础连接处要有防冷桥措施，一般采用橡胶作隔热垫。如图：4.1.2.3 建筑结构对罐体承重的考虑：罐体放在室内、室外及室顶上均要正确计算其基础承重量。罐体运行重量罐体重量蓄冷球重量载冷剂重量保温重量。不少建筑考虑承重问题有时往往可把一个罐体分解成若干个罐以减少单体重量，另外尽量考虑罐体对地的承受面积，使其尽可能
30、均衡受力。4.1.2.4建筑沉降的考虑：罐体与机房若分二个建筑体，最好在连接处增设管道补偿装置，如金属软管。4.1.2.5 罐体试压及防腐：罐体加工完毕后要求做探伤检验，并做好试水、试压工作（一般试验压力为 6kg） 。罐体内防腐一般采用环氧树脂或按玻璃钢要求做厚度2mm“二布四遍树脂法” 。4.1.2.6 罐体清洗：系统在投入运行前必须进行严格的清洗，决不能有什么泥沙、杂物等留在罐体系统内。一般清洗最好在三四遍以上，要求循环泵开 6小时以上放水见清为止。4.1.2.7 罐体保温：由于罐体工作温度较低，保温工作十分重要。一般可采用聚氨酯发泡外包白铁皮或铝皮作为保护壳，保温层厚度一般为 100mm，或采用聚乙烯等其它保温材料，但必须与罐体贴实。筑龙网 筑龙网水暖电资料全部免费下载了！测试依据：在常温下，乙二醇溶液的比重随浓度变化呈一定规律。测试工具：比重计、大量筒、乙二醇比重浓度对照表
