蓄冰模式的选择.doc

蓄冰模式的选择1.1.1.1 全量蓄冰模式主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的全部冷量。在白天电力高峰期，所有主机停运，所需冷负荷全部由融冰来满足。优点：a.最大限度的转移了电力高峰期的用电量，白天系统的用电容量小。b.白天全天通过融冰供冷，运行成本低。缺点：a.系统的蓄冰容量、制冷主机及及相应设备容量较大。b.系统的占地面积较大。c.系统的初期投资较高。1.1.1.2负荷均衡的分量蓄冰模式主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的部分冷量；主机在设计日以满负荷运行，不足部分由融冰补充。优点：a.系统的蓄冰容量、制冷主机及相应设备容量较小。b.系统的占地面积较小。c.初期投资最小，回收周期短。缺点：a.仅转移了电力高峰期的部分用电量，白天系统还需较大的配电容量。b.运行费用较全量蓄冰高。本工程采用负荷均衡的分量蓄冰模式，即在空调负荷最高的时候由制冷主机结合蓄冰装置融冰共同满足建筑空调负荷合理配置主机容量和蓄冰容量，使系统技术经济最优。1.1.2 蓄冰流程的选择目前常见的内融冰系统流程主要为主机与蓄冰装置并联方式和主机与蓄冰装置串联方式。冰蓄冷系统采用何种系统流程与采用何种蓄冰装置密切相关。串联系统中蓄冰装置多采用制冰及融冰性能更佳的不完全冻结式蓄冰盘管，而冰球（封装式蓄冰装置，完全冻结方式）因制冰效率低，并且融冰速度衰减较快，为保持较高融冰速度多将供冷板换回液直接进入蓄冰装置，因此冰球式蓄冰装置多采用蓄冰装置和制冷主机并联的系统流程。在串联系统中采用完全冻结式的冰球，并不能有效解决制冰效率低以及融冰速度不稳定的缺陷。经过以上分析，在本次投标中，我司的冰蓄冷系统流程采用在全球数千工程实例中得到广泛应用的主机上游蓄冰装置下游的串联系统，蓄冰装置也采用制冰融冰性能更佳的不完全冻结式的蓄冰装置。我公司亦有百余项类似冰蓄冷工程的应用经验。图2为典型单级泵主机上游串联冰蓄冷流程示意图。1 双工况制冷主机 2 蓄冰装置 3 乙二醇泵 4 板式换热器5 冷冻水泵 6 温度传感器 7 电动调节阀图2 单级泵主机上游串联冰蓄冷流程示意图目前，制冷主机上游的串联冰蓄冷流程在国内外不同冰蓄冷系统中的应用最为广泛，具有以下明显的优点：（1）从板换回来乙二醇溶液先进入制冷主机降温后再进入蓄冰装置，制冷主机能够在较高的蒸发温度下运行，制冷效率更高，有利于提高整个冷源系统的能耗比。（2）经过制冷主机降温的乙二醇溶液，一路再进入蓄冰装置降温，另一路直接旁通，通过两个支路上的电动调节阀联合调节可以保证进入板换的乙二醇溶液稳定在3.5，便于板换直通以及旁通管路上两只电动调节阀根据冷冻水供水温度进行温度调节。（3）载冷剂在系统中经两次换热，可以取得较大温差，满足相同的空调负荷需要的乙二醇溶液的流量较小，节省输送能耗，更经济。（4）制冷主机位于蓄冰装置的上游，可以通过远程设置制冷主机的蒸发器出口温度，从而实现对融冰速度的精确控制，这对系统实现合理的融冰分配提供了先决条件。下表具体分析串联系统及并联系统各自的特点比较内容并联系统（105，5温差）多采用冰球为蓄冰装置串联系统（3.5供液，79温差）多采用盘管为蓄冰装置融冰性能从板换回来乙二醇溶液直接进入冰槽，蓄冰装置入口温度高（10），相同流量的情况下融冰速度稍高。从板换回来乙二醇溶液先进入制冷主机降温后再进入冰槽，蓄冰装置入口温度低（约6），相同流量的情况下融冰速度略低于冰球。调节性能乙二醇溶液从板换换热后，一路进入主机降温，另一路进入冰槽降温。但由于是一次换热，很难得到较低的出口温度。并且蓄冰装置出口温度不稳定，上升较快，不利于电动阀调节以控制冷冻水供水温度。乙二醇溶液从板换换热后，全部进入主机降温，一路再进入冰槽降温，另一路旁通，可以保证恒定的低温乙二醇出口温度3.5。冰槽融冰性能非常稳定，容易实现对冷冻水供水温度的控制。经济性载冷剂在系统中经主机或蓄冰装置一次换热，取得较小温差，满足相同的空调负荷需要的乙二醇溶液的流量较大，水泵输送能耗较大，经济性较差。载冷剂在系统中经两次换热，可以取得较大温差，满足相同的空调负荷需要的乙二醇溶液的流量较小，节省输送能耗，更经济。优化设计不能取得较低的冷冻水温度，末端只能采用常规设计可以取得较低的冷冻水温度，末端可以采用低温大温差设计，节约末端的水输送系统的能耗，同时加强除湿能力提高空调品质。通过以上分析可以发现，蓄冰装置多采用冰球的并联系统系统虽然在融冰初期能获得较大的融冰速度。但是融冰速度衰减较快，蓄冰装置出口的温度同样上升较快，不利于系统调节冷冻水供水温度以响应空调负荷的变化。另外，并联系统难以实现对融冰速度的有效控制，也不利于系统优化控制的实现。并联系统能取得的运行温差也较小，满足相同的空调负荷需要更大流量的乙二醇溶液，对应管道系统的投资均较大，系统的经济性较差。1.1.3 蓄冰装置的选择目前在国内有应用实例的蓄冰装置有冰球式、动态式等，动态式系统因为国内应用极少、可行性尚未得到充分验证，在此不予考虑。冰球式虽有应用简单灵活的优点，但融冰温度高、乙二醇用量大、内部易短路、融冰不充分、制冰温度低、系统运行不经济等缺点。蓄冰术语:潜热蓄冰量：指蓄冰结束后融冰至冰刚全部融完、同时融冰出口温度仍然达到所需温度释放的冷量。（如果冰未融完而出口温度已高于所需温度，则该部分未融完的冰不包括在潜热蓄冰量中）显热蓄冰量：蓄冰装置的冰融完后为0的水，0的水换热同时冰槽出口温度仍然达到所需温度释放的冷量。蓄冰装置的优劣直接关系到冰蓄冷系统能否实现设计目标，对于面积较大的集中式供冷中央空调，要求稳定的低的融冰出口温度，对蓄冰装置的制冰性能、融冰性能和融冰率提出了较高的要求。因此所选用的蓄冰装置须达到如下要求：a.较高的制冰温度，保证制冰时具有较高的制冷主机运行效率；b.稳定的出口温度，且温度需能达到较低的水平；c.融冰末期的温度必须稳定，确保供水温度不会上升，满足空调系统的供冷需求；d.高的融冰率，保证所蓄冷量能够利用。蓄冰装置根据结冰的机理不同分为不完全冻结式和完全冻结式两种，不完全冻结式蓄冰装置内的水不全部结成冰，而完全冻结式则将水全部冻结成冰；根据蓄冰装置的结构形式分为盘管式（乙二醇管内流动、管外结冰）和冰球式（乙二醇球外流动、球内结冰）。A不完全冻结式蓄冰盘管融冰时存在特有的碎冰机理：制冰时盘管四周形成冰柱，制冰结束时冰柱之间不相连；融冰时由于冰比水轻，冰上浮，一直与盘管接触，接触处先融化并直至破碎，最后形成稳定温度（0）的冰水混合物，使盘管始终处于稳定的低的温度环境中直至融冰结束，可以保证稳定的、低的出水温度，及高的融冰率（100%），即使在融冰末期依然可以满足要求。（注：1 乙二醇 2 蓄冰盘管 3 冰 4 水）a.制冰结束融冰开始时的状态：制冰结束时冰槽中的水不全部结成冰，冰柱之间相互不连接；此时融冰与完全冻结式的盘管相同。由于制冰时冰层较薄，冰的热阻较小，因此制冰时制冷主机的出口温度较高，运行效率较高。管外结冰，无内应力，使用寿命长。b.融冰初期：冰融化后，冰环与盘管之有水，而冰比水轻冰上浮，冰环下部与盘管直接接触，换热效果好。c.融冰初前期：冰环下部与盘管一直接触，融冰速度高于冰环上部，因此下部的冰融完后冰环破裂，脱离盘管上浮后与上面的盘管接触，继续融冰。d.融冰中前期：冰环破裂后冰上浮碰到上面的盘管，接触部分融冰速度快，与过程c类似，接触部分融完破裂，形成更小的冰，形成温度为0的冰水混合物。e.融冰中、后期：经过过程c和过程d，冰破碎成小块，形成温度为0的冰水混合物，盘管浸没在冰水混合物中，换热稳定且可以得到较低的出水温度（2.53.3），满足系统的要求，直至融冰结束。由于盘管在槽内可以均匀的布置在每一个位置，因此不存在死角的问题；而乙二醇在管内流动，不存在流动死角和融冰死角的问题；特有的碎冰机理，可以保证稳定的融冰速度和融冰出口温度。因此，不完全冻结式蓄冰盘管在制冰和融冰上具有较好的性能，可以满足任何阶段的空调运行需求。因此可以应用于大温差低温送水的系统中。B完全冻结式蓄冰盘管制冰时盘管四周形成冰柱，制冰结束时所有的水均结成冰，因此在融冰过程中不存在冰柱上浮（冰为一整块，无法上浮），在融冰中后期由于热阻的增大使得供水温度有所上升，温度控制不易达到较低的出水温度。a.制冰结束融冰开始时的状态：冰与盘管直接接触，此时融冰与不完全冻结式的盘管相同。由于制冰时末期要将最后离管较远的区域也冻结，冰的热阻较大且冰与水的换热面积较小，因此制冰末期时制冷主机的出口温度较低，运行效率较低。b.融冰初期：冰融化后，冰环与盘管之有水，但由于冰为一整块，无法上浮，因此冰与盘管之间形成一层水环。c.融冰中后期：随着融冰的继续进行，冰与盘管之间的水环不断增厚，由于水的热阻大于冰，使得与盘管接触的水面温度慢慢会上升，不断增厚的水环使融冰速度减慢，换热效果变差，使得出口温度慢慢上升。d.融冰后期：随着冰与盘管之间的水环不断增厚，与盘管接触的水面温度越来越高，换热效果不断变差，当水的温度基本与盘管内的流体温度持平时，冰无法再融化，融冰率较难达到较高的水平（90%），在融冰末期出口温度无法控制在较低的温度。由于不能确保低而融冰出口温度，不能将蓄冰盘管布置在下游，因此不可以应用于大温差低温送水的系统中。C蓄冰冰球（完全冻结式）与前两种蓄冰盘管均为乙二醇水溶液管内流动、冰在管外不同，冰球内部装水制冰，冰球外为乙二醇水溶液，即冰球浸泡在乙二醇水溶液中，且冰球的形状和结构、蓄冰装置内的流动与盘管截然不同，因此冰球与盘管具有完全不同的特性。制冰时，冷的乙二醇水溶液（-6左右）在冰球外流动，通过冰球表面进行热交换，将冰球内的水结成冰；融冰时，热的乙二醇水溶液（10左右）在冰球外流动，通过冰球表面进行热交换，将冰球内的冰融化成水，乙二醇水溶液的温度降为5，将冷量通过热交换器交换出去。由于在融冰过程中随着冰量的减小、热阻的增加、冰换热面积的减小，融冰速度急剧下降，融冰出口温度上升，在融冰中后期由于热阻的增大使得供水温度上升，温度控制达不到所需要的出水温度，融冰率低。a.制冰结束融冰开始时的状态：此时冰球内的水全部结成冰，由于冰的厚度远远大于不完全冻结式盘管，因此制冰时制冷主机效率低于不完全冻结式的盘管；同时由于水结成冰体积膨胀，冰球会上浮，形成短路，必须采取措施解决上浮问题，但实际工程中始终存在短路现象。融冰开始时由于冰与球体直接接触，换热效率较高，因此融冰速度较快，出水温度可以保证。b.融冰初期：冰融化后，冰与球体之间有水，由于冰比水轻，上浮与球体点接触。由于融冰初期冰量较多，换热面积还是较大，因此融冰速度和融冰出口温度可以满足要求。c.融冰中期：冰继续融化后，冰与球体之间水增多，水的热阻很大，且冰的表面积进一步减小，冰上浮与球体点接触。由于冰量减少，换热面积减小，且水的厚度增加热阻增大，融冰速度减缓，融冰出口温度开始上升，勉强可以满足要求（融冰出口温度5）。d.融冰中后期：随着融冰的继续进行，冰与球体的水环不断增厚，冰的表面积很小，换热效果变差，融冰速度急剧下降，融冰出口温度上升，至出口温度不能满足要求。e.融冰后期：此时融冰的出口温度已经不能满足空调需求，冰不能全部融完，融冰效率较低（70-80%）。由于冰球在槽内是堆积浸泡在乙二醇水溶液中，乙二醇在球外流动，因此乙二醇在槽内的流动容易产生死区；同时由于普通的圆形冰球在槽内易上浮产生短路现象，更加增加了融冰的死角部分。如果采用蓄冰装置下游系统，则融冰性能更差，因此只能采用并联系统用于常规空调且对空调品质要求不高的场合。冰球与蓄冰盘管比较比较内容冰球蓄冰盘管传热机理冰球浸泡在载冷剂(25%乙二醇溶液)中，水在冰球内壁结冰。蓄冰槽流通面积大，槽内乙二醇溶液流速较低，换热系数低。冰球外壳采用普通塑料制成，导热系数为0.3W/m2K,导热性能低。盘管泡在水中，水在盘管外壁结冰。载冷剂在盘管内高速流动，形成高度紊流状态，换热系数高。盘管采用优质导热塑料制成，导热系数远高于普通塑料，导热性能很好。结冰性能冰球的传热性能相对较差，制冰结束时温度低，通常在7左右。主机制冰时蒸发温度低。制冷效率低。盘管的传热性能较好，盘管的制冰结束时温度相对较高，通常在5.5左右。主机制冰时蒸发温度相对较高。制冷效率同样相对较高。融冰性能从板换回来乙二醇溶液直接进入冰槽，蓄冰装置入口温度高（10），相同流量的情况下融冰速度高，融冰充分。但在融冰后期融冰速度下降较快。融冰过程不稳定，不利于系统控制。从板换回来乙二醇溶液先进入制冷主机降温后再进入冰槽，蓄冰装置入口温度低（约6），相同流量的情况下融冰速度相对较低。但融冰非常稳定，有利系统控制。冰量计量蓄冰量只能通过流量和冰槽进出口温差计算得出，流量传感器和温度传感器误差较大，加上系统连续运行的误差积累，测量的蓄冰量与实际的蓄冰量偏差很大。无法为系统经济运行提供依据。蓄冰量可通过液位变化准确的测量，为系统经济运行提供可靠依据，确保系统经济运行。乙二醇用量冰球浸泡在乙二醇溶液中，蓄冰装置内乙二醇溶液容量较大，通常是盘管系统的45倍乙二醇仅仅在小管径的盘管中循环，蓄冰装置内乙二醇溶液容量较小。BAC、FAFCO、CALMAC、源牌导热塑料蓄冰盘管比较项目BACFAFCOCALMAC源牌盘管结论结冰性能导热系数大小小中，与冰接近源牌盘管采用不完全冻结方式，导热系数与冰接近，结冰厚度适中，总体性能优结冰厚度结冰厚度大结冰厚度小中中冻结型式不完全冻结完全冻结完全冻结不完全冻结融冰性能换热面积小大较大较大源牌盘管采用不完全冻结，换热面积较大，导热系数适中，总体性能优冻结型式不完全冻结完全冻结完全冻结不完全冻结导热系数大小小中，与冰接近腐蚀性能易腐蚀不腐蚀不腐蚀不腐蚀维修性能难以维修难以维修难以维修方便维修占地空间不完全冻结，较大完全冻结，体积小圆形，布置不紧凑不完全冻结，较大安装性能重量大重量轻重量轻重量轻承压性能大小中中蓄冰装置性能综合比较表比较内容不完全冻结式盘管完全冻结式盘管普通圆形冰球制冰温度高，主机效率高较高，主机效率较高低，主机效率低融冰出口温度低而稳定开始低，后期会升高高，中后期升高较快融冰率100%8090%7080%融冰短路无无有流动死角无无有内应力无无有使用寿命不运动设备，长不运动设备，长不运动设备，长维护和维修无无无乙二醇用量少少多设计流程主机上游串联流程，主机进口温度高效率高主机上游串联流程、或并联流程并联流程蓄冰单元体积大，安装通道大大，安装通道大小，安装通道小蓄冰单元数量少少多应用场合任何冰蓄冷系统不能用于大温差低温送水系统工程规模任何冰蓄冷工程小系统小系统发展趋势市场占有率越来越大会被取代会被取代综上所述，本体投标中我司采用“源牌”不完全冻结式蓄冰装置。1.2 设备配置说明1.2.2 蓄冰装置根据本项目机房建筑结构的实际情况，我司采用了4套型号为HYCPC-2225的“源牌”不完全冻结式导热塑料蓄冰盘管，总潜热蓄冷量达到8900RTh，即31301kWh，显热作为备用，此次我司投标的蓄冷量超过要求的蓄冰量30000kWh约4.3%。设计日全天负荷总量约61229kWh，即蓄冰量占设计日全天负荷总量的51.1%（即为蓄冰率）。在实际负荷不大于51.1%设计日负荷时，即可实现全融冰供冷。因本项目蓄冰率较大，系统将来的运行费用将非常经济。1.2.2.1 不完全冻结式蓄冰盘管的工作原理不完全冻结式因其独特的蛇形盘管构和良好的导热性能，在制冰末期，水被冻结成冰层包裹在盘管外壁上，冰层之间仍有间隙，仍为0的水，没有冰桥。蓄冰盘管的融冰方式为内融冰，在融冰过程中，随着融冰比例的增加，冰层和盘管之间形成水环，冰层受到外界水的浮力作用，始终与盘管保持良好接触。在冰融化到20-30%时，冰层破裂均匀散落在水中，形成温度均衡的0冰水混合物。因此可以保证换热均匀，乙二醇出口温度恒定，并可控制取冷过程，取冰率可达100%。1.2.2.2不完全冻结式导热塑料蓄冰盘管的特点（1）盘管材质为经过特殊加工处理的导热塑料，热传导效率远高于普通塑料；（2）塑料盘管不被腐蚀，使用寿命长；（3）不完全冻结式，可提供稳定的低温载冷剂。适用于大温差低温送风系统；（4）传热面积大，结冰融冰速率稳定；（5）蓄冰盘管优化组合，同程连接，流量分配均匀；（6）外结冰，无内应力，使用寿命长；（7）结冰厚度薄，制冷主机运行效率高；（8）载冷剂管内循环，用量少，大大减少初投资；（9）槽体布置紧凑，节约空间；源牌导热塑料蓄冰盘管结冰、融冰性能好，不腐蚀，方便维修，易安装，综合性能处于优势，其优良的性能与产品质量已得到广大用户的认可，近年来市场占有率逐年提高。源牌导热塑料蓄冰盘管具有完全自主知识产权，已获得发明专利和实用新型专利各一项（专利号分别ZL 02 1 12481.7和ZL 02 2 17620.9 ）。经鉴定，源牌导热塑料蓄冰盘管性能达到国际先进水平。近年来源牌导热塑料蓄冰盘管获得浙江省科学技术二等奖、中国电力科学技术三等奖、中国华电集团科技进步一等奖、中国市场协会金桥奖等奖项，充分说明了此产品的先进性、可靠性等。此型号蓄冰盘管带保温箱体，箱体内部做防腐处理，以保证蓄冰槽内的水质。另外整个箱体进行了保温处理，根据项目实测，经过良好保温工艺处理好之后的保温箱体的冷量损失每24小时小于0.3，如现场运输条件限制，蓄冰盘管保温箱体可现场制作。在每个箱体上均设液位观察管，能够目视