中机能源动态冰蓄冷空调工程板冰冷水机组.doc

中机西南能源科技有限公司远见卓识，雄心壮志 中机能源板冰/冷水机组选型手册 目录前 言4一、动态冰蓄冷综述51.1冰蓄冷概述51.1.1冰蓄冷原理51.1.2冰蓄冷的作用51.1.3冰蓄冷的应用发展史61.1.4冰蓄冷的应用领域61.1.5冰蓄冷的形式分类61.2板冰/冷水机组71.2.1板冰/冷水机组的组成及工作原理71.2.2动态冰蓄冷在冰蓄冷技术中的优势8二、系统方案设计92.1设计要点92.2设计步骤112.2.1计算制冷负荷112.2.2选择蓄冰模式112.2.3配套设备的设计选型计算112.2.4经济效益分析16三、蓄冰系统运行模式说明173.1制冷主机蓄冰173.2制冷主机与蓄冰槽融冰联合供冷173.3蓄冰槽单独供冷173.4制冷主机单独供冷18四、设计实例184.1板冰/冷水机组应用于冰蓄冷空调系统184.2板冰/冷水机组应用于供应冷水系统234.3板冰/冷水机组应用于海水淡化244.4板冰/冷水机组应用于滑雪场244.5板冰/冷水机组应用于高温深进冷却25五、板冰/冷水机组安装及接管尺寸26六、安装及维护296.1设备安装296.2设备维护29七、售后服务30前 言致中机能源用户：尊敬的客户，您好！感谢您使用中机能源板冰/冷水机组！为使本设备发挥更好的性能，经久耐用，使用前请详阅本手册，遵循各项注意事项。中机西南能源科技有限公司是中国农业机械化科学研究院和重庆远雄实业（集团）公司共同出资成立的股份制企业，是专业设计、制造、销售商用制冰和工业用制冰成套设备的企业，是中国农业机械化科学研究院蓄能装备及换热设备的生产制造基地。公司下设专业设计、制造商用制冰机和工业用制冰机成套设备的基地，以及冰蓄冷空调工程中心，具有设计、制造、施工及安装国家甲级资质。公司享有自营进出口权，具有ISO9001国际质量管理体系认证。公司建有技术研发中心、产品展示中心、网络信息中心、博士后工作站、专家公寓等，成立了能源投资公司，占地面积近1000亩。公司研发的制冰系统有几十种机型，日产冰量从几十公斤到几百吨，可满足各类商业用冰和工业用冰需求。产品广泛应用于渔业、食品保鲜和加工、发酵降温、乳制品生产、化工染料、生物制药、科学实验、矿井降温、混凝土降温、水电站、核电站、冰蓄冷工程及人造滑雪场等领域。公司具有强大的非标定制能力，可根据客户的需求，设计制造特定的制冰、储冰、输冰、精确计量系统等各种特殊产品，为客户提供全方位的系统工程解决方案。主要研究方向为制冰设备的高效节能换热器研究，动态冰蓄冷蓄热技术的研究，制冷系统节能优化研究，新型换热领域的研究，取得了多项技术专利。本公司秉承诚信、专业、创新的精神，以军工品质为根本，以市场需求为导向，以为客户创造价值为己任。凭借一流的产品质量，合理的市场定位，完善的售后服务，良好的公司信誉赢得了国内外客户一致好评。为了使板冰/冷水机组达到最好的使用效果，工程设计人员及操作管理人员应充分理解其工作原理，设计选型原则、方法等。板冰/冷水机组即可输出冷水也可直接输出冰，因此，在多数能够应用冷水及冰的地方均可使用板冰/冷水机组。板冰/冷水机组在冰蓄冷空调行业应用非常成熟，属于动态冰蓄冷形式，本手册也着重说明其在冰蓄冷空调行业中的应用。本手册从动态冰蓄冷的综述开始，主要描述了板冰/冷水机组的工作原理，系统运行特性及工程设计、设备选型方法，并以板冰/冷水机组在冰蓄冷空调及家禽屠宰冷水供应的实际工程设计计算为例，对其实际应用选型设计计算做了详细演示，便于用户参考。仔细阅读完本手册后，相信您能从中得到满意的答复。一、动态冰蓄冷综述1.1冰蓄冷概述1.1.1冰蓄冷原理冰蓄冷是指在制冷负荷较低或用电低谷、廉价电费时段制冰蓄冷，在制冷负荷较高或用电高峰与平价时段融冰释冷，满足制冷负荷需求。冰蓄冷在蓄冷分类中属于潜热蓄冷，相对于水蓄冷等显热蓄冷方式，单位体积的蓄冷容量大，蓄冷设备体积小，占地面积小，保温面积小，整体能量损失小。1.1.2冰蓄冷的作用1)移峰填谷，改善国家用电结构应用冰蓄冷技术，可以在夜间满负荷运行制冷机组，将常规用电负荷从白天的高峰期移入夜间的低谷期，缓解了日益增长的电力需求对现有电力设备的压力，将对电力供应和国民生产带来显著的效益。2)可扩大系统供冷量以现有的空调系统为例，有的仅在白天供冷，如写字楼、工厂及商场等，在这种情况下，对想扩大空调区域使用面积的用户，只需设置与送冷负荷相匹配的蓄冷设备，并利用低谷时段进行蓄冷，就能达到不增加制冷机组而又能扩大空调区域使用面积的目的。对于食品快速冷却行业也是同样的道理。3)减少制冷机组容量，提高制冷效率由于一般制冷设备容量都是根据最高制冷负荷设计的，而制冷高负荷期相对整个制冷周期又较短，故此，多数制冷机组的负荷率都较低，效率较低。采用冰蓄冷后，尤其是制冷负荷比较集中或波动较大的场合，制冷机组装机容量可大幅减小。又由于蓄冰时制冷机组满负荷运行，现有运行状况可得以改善，提高制冷效率，降低能耗，整个制冷系统运行状态将更加稳定。而且，夜间环境温度的降低会使制冷设备的制冷量有所提高、能耗有所降低。4)可以应对紧急停电事故冰蓄冷系统在紧急停电时可做为应急备用冷源，只需自备发电设施发电启动用电量很小的水泵融冰即可继续供冷，使整个制冷系统受到停电事故的影响有限。5)经济效益显著采用冰蓄冷，不仅由于减小制冷机组装机容量而减小电力设备投资，如变压器、配电柜及自备发电设施等，整套制冷系统的辅助设备及辅件也都减小，制冷机房面积减小。综合比较后，相对于常规设备配置，冰蓄冷系统的初投资增加有限。按电力公司分时计价的电价结构，设计合理的模式运行冰蓄冷系统，电费节省可观；制冷设备总体配置减小，制冷系统运行维护费用降低；紧急停电时自备发电量很少，节省了高额的自备发电费用；由于融冰时温度较低，配合大温差系统时，空调系统设备、风道投资降低可观。长年运行，企业用户综合运营成本将大幅降低，经济效益十分可观。6)节能减排，符合国家大政方针2009年12月718日在丹麦首都哥本哈根召开的世界气候大会使全球气候恶化的问题更加突出的呈现在世人面前，中国在本次会议中做出了高调承诺。由于冰蓄冷对空调电力使用的“移峰填谷”，使整个电网负荷趋于均衡化，夜间电站发电量使用率大大提高，减少了低谷电力的浪费，等效于节省了能源、减少了二氧化碳温室气体和硫化物等污染性气体的排放。1.1.3冰蓄冷的应用发展史美国早在1930年就开始把冰蓄冷应用在空调系统。到20世纪80年代初，冰蓄冷开始得到广泛应用。20世纪90年代，日本开始大力发展冰蓄冷，并使之迅速替代了水蓄冷在蓄冷领域的领先地位。除美国、日本之外，在英国、加拿大、德国、澳大利亚等国，冰蓄冷技术都得到了广泛应用。我国对冰蓄冷的发展始于20世纪80年代中期，最早始于1984年，在台湾建成第一个冰蓄冷空调系统。现在，国内对冰蓄冷系统的发展和应用越来越广泛，技术逐渐成熟并在某些方面达到了国际领先水平。1.1.4冰蓄冷的应用领域1)商业、民用建筑空调如：办公室 、商店、电影院、学校、大学、宾馆、医院、博物馆、机场、制造车间等。2)大型区域集中供冷如：冷站集中布置，用冷区域及用冷时间较分散的行业。3)工业冷冻、食品加工，特别是加工过程冷却，短时间内制冷、冷负荷波动大的地方如：小型酿酒厂、牛奶车间、牛奶农场、奶酪车间、饮料车间、食品加工车间、低温房间、食品快速冷却、化工厂、制药厂等。4)电力发电工程1.1.5冰蓄冷的形式分类从制冷系统构成上分类，可分为直接蒸发式和间接冷媒式。所谓直接蒸发式，是指制冷系统的蒸发器直接用作制冰元件，如盘管外结冰、制冰滑落式等；所谓间接冷媒式，是指利用制冷系统的蒸发器冷却冷媒，再用冷媒进行制冰。根据制冰方式的不同，可分为静态制冰和动态制冰两种。静态冰蓄冷系统冰的制备和融化在同一位置进行，蓄冷设备和制冰部件为一体结构，具体形式有冰盘管式、完全冻结式、密封件式等多种形式；动态冰蓄冷系统冰的制备和融化不在同一位置进行，制冷机和蓄冰槽相对独立，如滑落式制冰和冰晶式系统。中机能源发开的“板冰/冷水机组”用在冰蓄冷系统时为直接蒸发式的动态制冰，是动态冰蓄冷系统。1.2板冰/冷水机组1.2.1板冰/冷水机组的组成及工作原理中机能源板冰/冷水机组蒸发器的设计采用了降膜蒸发的理念，换热表面水是降膜流动的方式。将多块特制的蒸发板垂直安装，并与制冷阀件、管道等一并组装成“蓄能模块”，将制冷主机与油分离器、低压循环桶、氟利昂泵和制冷阀件、管道等一并组装成“主机模块”，将一组或多组蓄能模块与主机模块、蓄冰槽、循环水泵、板式换热器及管道等连接起来即成为一个“蓄冷、冷水供应系统”；将一组或多组蓄能模块与主机模块、冰槽、螺旋输送装置及管道等连接起来即成为一个“片冰供应系统”。制冷循环：制冷剂由制冷系统进入蒸发板夹层内蒸发制冷，与蒸发板表面上的水或冰层进行热交换，吸收热量而蒸发为气态，再被制冷机组吸入、压缩、冷凝和节流，重新进入蒸发板蒸发制冷，完成制冷循环。制冰循环：水在循环水泵的作用下由贮水箱进入蒸发板模块上部的布水器，通过布水器的均匀分配，沿降膜蒸发板表面呈膜状均匀流下，被蒸发板内侧的制冷剂快速冻结成板状冰。未被冻结成冰的水流回贮水箱，重新被水泵抽出进入蒸发板模块上部的布水器完成制冰循环。融冰循环：当冰层在蒸发器上逐渐冻结至一定厚度时，由主机模块引高温排气进入降膜蒸发板夹层内，蒸发模块内温度升高，与蒸发板表面接触的冰由于受热失去附着力，同时沿蒸发板表面喷淋的水在冰层与蒸发板之间形成水膜，冰层依靠重力滑落到蒸发板下部蓄冰槽内，破碎成较小的片状冰。通过以上过程制取的冰，可以直接用于快速冷却降温（如用于远洋捕捞、海鲜处理、混凝土工程冷却），也可以用来融冰提供冷水（如用在空调系统、食品行业供用冷水）。板冰/冷水机组的工作原理1.2.2动态冰蓄冷在冰蓄冷技术中的优势1)制冷效率高，经济可靠a、动态冰蓄冷有效的控制了冻结冰层的厚度，每次仅形成较薄的片冰，提高了制冷机的蒸发温度，比间接蓄冰蒸发温度高3-5，制冷效率高10%-15%。b、由于制冷剂直接蒸发制冷，无需乙二醇中间换热，融冰释冷时也无二次换热，该过程也可提高制冷机效率1015%；降膜换热器的流道设计改变了传统的蛇型层流流道理念，采用了蜂窝状紊流流道的设计理念，强化了流体内在的换热效率，减小了流体流动的阻力；降膜换热器的换热表面采用了降膜流动方式，流体在换热器表面呈膜态流动，过流面积大。因此，系统换热效率较一般制冰系统高。2)运行稳定，可靠动态蓄冷装置的运行特性与蓄冰槽内冰的数量无关，在整个蓄冷循环中保持不变，蓄冷过程稳定。同时，对于制冷负荷峰谷差非常大的系统，采用动态冰蓄冷可实现日蓄冰、周蓄冰甚至月蓄冰的模式，蓄冰多少只受蓄冰槽体积的限制，如此，可以大大减小装机容量。融冰时出水温度可维持在1左右，直至融冰接近结束，出水温度恒定，整套空调系统运行稳定。3)释冷速度快由于片状板冰具有大的表面积，可获得较高的释冷速度；对于尖峰用冷及快速冷却，如工业快速冷却和渔业冷却，动态冰蓄冷也有其超常的优越性，。4)应用范围更广由于系统制冰与蓄冰装置分离，所蓄板冰除可进行融冰提供冷水外，也可直接输出提供片冰，使制冷温度更低，速度更快。除适用于冰蓄冷外，尚适用于海水淡化、滑雪场人工造雪、煤矿深井冷却、工艺冷却等行业。5)可实现冷热同槽由于制冰与蓄冰分离，蓄冰槽中储存的只是冰和水，蓄冰槽既作为夏季蓄冰槽，也可作为冬季的蓄热槽。冬季空调系统中，利用夜间低价电力蓄热也是较为经济的运行方式。二、系统方案设计2.1设计要点1)收集设计所需的基本资料收集设计所需的基本资料，有助于完成制冷、电力负荷计算及经济效益分析。这些资料包括：a.工程的使用功能不同使用功能的制冷工程冷负荷分布不同。对于负荷比较集中，且负荷发生在用电高峰的建筑物，采用蓄冷系统可以充分利用低谷电价，因此很适合采用蓄冷空调系统。b.可利用空间建筑物结构、制冷机的位置、放置蓄冰槽的空间大小及位置均影响蓄冷设备的选择，不同的蓄冷设备对放置空间有不同的要求。c.具体设计参数制冷负荷详细准确的计算需要具体的设计参数，包括当地气象参数，如为空调，则需收集建筑物围护结构、空调面积、空调机房、水源、电源及内部负荷等详细资料，另外，还应了解建筑物将来的使用状况、设备的运行情况等。如为制冷加工，则需收集制冷加工工艺的具体资料。d.电价当地电价政策是决定是否采用冰蓄冷系统的重要因素，同时是经济效益分析的重要数据。峰谷电价差越大，采用冰蓄冷系统越有利。当峰谷电价比为2:1时就可以考虑采用冰蓄冷系统；峰谷电价比为3:1时，可以大胆采用冰蓄冷系统。e.对于改扩建项目，应收集的资料尽量收集上述基本资料的同时，还应了解原系统的基本情况，包括：对原有机房的场地空间进行实地观测，初步确定蓄冷槽的安装位置；原有制冷主机的品牌及型号；核察原有制冷机的容量、水泵的流量及扬程是否适合改建后的系统，了解原有管路及电力控制系统等，考虑如何与新系统衔接；夏季的最大冷负荷、峰谷负荷的差距、制冷系统使用时间及功能等；了解原有系统的用电情况及电力系统在这方面的优惠政策，以便进行经济性评估。如能收集到原有全套工程设计图纸则更好。2)可行性分析在进行某项冰蓄冷工程设计之前，需要预先进行可行性分析，其主要内容包括技术可行性分性和经济可行性分析，以便对多种选择方案做出最优决策。在可行性分析中，要考虑的因素包括：制冷工程使用特点、使用单位意见、设备性能要求、经济效益、可利用空间以及操作维护等问题。3)确定典型设计日的制冷负荷在常规制冷系统设计中，以每年高峰负荷发生时间的最大负荷量作为设计值，设备容量的选择均满足此标准，因此选取的都是最大值。冰蓄冷系统的设计除了需要知道最大负荷外，还要详细计算每天每小时的负荷量逐时冷负荷，以及全天逐时负荷总和，以此为计算依据。4)根据实际制冷要求和企业投资情况，选择适当的蓄冰模式原则上，全量蓄冰时初投资大，但可以实现只在低价电力时段开制冷主机，平价或高价电力时段不开制冷主机的模式，长期运行经济效益高；分量蓄冰初投资小，但在系统总体制冷负荷较高时，还需开启制冷主机与融冰相配合以满足系统冷负荷需求，可能会使用部分平价或高价电力进行制冷，如此，长期运行经济效益相对要低一些。如果在整个制冷运行周期（如一年在整个生产周期）内，计算日逐时制冷总负荷变化不大，或每日各时段制冷负荷波动较小时，可考虑全量蓄冰；相反，可考虑分量蓄冰。5)准确计算实际制冷负荷，适当选择蓄冷设备，不致过大或过小需要详细了解所收集到的具体资料，了解制冷工艺具体情况，进行详细的选型计算。6)综合考虑各方因素，保证系统的灵活性、可靠性和经济性应充分分析各时段制冷负荷情况，结合当地电价结构和优惠政策，以满足制冷需求为前提，综合考虑，在尽量不增加初投资的情况下，尽可能使用电价优惠时段电力进行蓄冰，蓄冰时间越长，制冷机组装机容量越小，效益越显著，投资回收期越短。7)优化设计应根据实际情况，对系统的流程、运行模式、操作模式和控制模式综合考虑，最终做到对整个系统的优化设计和配置，以达到经济效益最大化。8)配合大温差系统由于冰蓄冷释冷温度较低，可配合大温差系统，使整个系统设备尺寸减小，减小初投资，提高长期运行经济效益。2.2设计步骤2.2.1计算制冷负荷冰蓄冷蓄冰需要根据日逐时制冷负荷进行计算和选择。根据实际制冷的类型、功能和峰值负荷，计算设计日逐时负荷曲线；根据当地夏季气象参数，分析四季制冷负荷变化情况，计算设计逐月负荷曲线；计算出最大日逐时总负荷。2.2.2选择蓄冰模式蓄冰系统一般分为两种：全量蓄冰模式和分量蓄冰模式，各有优点，适用于不同的场合。1)全量蓄冰模式制冷机组只在电力谷荷段运行，制冷蓄冰。在电力平荷段和峰荷段，制冷机组不运行。全天所需冷负荷全部由融冰释冷来满足。全量蓄冰模式下，制冷主机在电力平荷段和峰荷段不运行，最大限度地转移峰荷时段用电量，运行费用达到最低限度，但系统的贮冰容量、主机及配套设备均较大，系统的初投资较高。2)分量蓄冰模式制冷机组在电力谷荷段运行，制冷蓄冰。全天冷负荷由制冷主机和融冰释冷共同提供，制冷主机尽量选在在电力平荷段运行。分量蓄冰模式时蓄冰系统的贮冰容量、制冷机组及配套设备均较小，系统的初期投资较低，但相对于全量蓄冰模式转移的峰荷时段电量不多，节约的运行费用有限。根据控制目标的不同，分量蓄冰的运行模式分为两种：制冷主机优先和融冰优先。制冷主机优先指制冷负荷优先由制冷主机提供，不足部分由融冰释冷提供。制冷主机优先控制系统简单，但缺点是不能充分利用夜间所蓄冷量，运行费用较高。融冰优先指制冷负荷优先由融冰释冷提供，不足部分由制冷主机提供。融冰优先能最大限度地利用夜间所蓄冷量，充分利用夜间低廉的电力，运行费用较低。缺点是控制系统复杂，需要进行冷负荷预测和冷负荷计算。2.2.3配套设备的设计选型计算1)确定蓄冰时间一般情况，电力谷荷时段全部用来进行蓄冰比较好，这样，即减小了装机容量，又最大限度的利用了谷荷时段廉价的电力。、2)蓄冰容量计算，选择板冰机组板冰机组直接制冷工况标定容量 式中，R机组在直接制冷工况下的标定容量，kW；Hs机组制冰蓄冷运行时间，h；Hc机组直接供冷运行时间，h；机组在蓄冰工况下的制冷量与直接制冷工况下的制冷量之比。对照下表，选择一台或多台板冰机组，使其制冷工况制冷量总和与计算板冰机组直接制冷工况下的标定容量值R相匹配。中机能源板冰/冷水机组技术参数表项目 参数YBX655FS/F3YBX890FS/F4YBX1060FS/F5空调工况制冷量（kW）6558901060蓄冰工况制冷量（kW）460630747电制380V/50HZ380V/50HZ380V/50HZ工质R22R22R22压缩机类型半封闭螺杆压缩机半封闭螺杆压缩机半封闭螺杆压缩机功率（kW）空调工况130178217蓄冰工况118160196冷凝器类型高效换热壳管式高效换热壳管式高效换热壳管式水阻力（kPa）505050水流量（m3/h）141193230蒸发器类型降膜蒸发板片降膜蒸发板片降膜蒸发板片水阻力（kPa）404040水流量（m3/h）110153182主机模块长（mm）360036004000宽（mm）180018002250高（mm）300030003000运输重量（kg）400046005800运行重量（kg）500058007300蓄能模块长（mm）270036004500宽（mm）230023002300高（mm）260026002600运输重量（kg）280037504700运行重量（kg）495066008200连接管路供液管径（mm）8989108回气管径（mm）133133159热氟管径（mm）575776供水管径（mm）DN125DN150DN200项目 参数YBX1305FS/F6YBX1518FS/F7YBX1780FS/F8空调工况制冷量（kW）130515181780蓄冰工况制冷量（kW）92010701255电制380V/50HZ380V/50HZ380V/50HZ工质R22R22R22压缩机类型半封闭螺杆压缩机半封闭螺杆压缩机半封闭螺杆压缩机功率（kW）空调工况260301355蓄冰工况236272321冷凝器类型高效换热壳管式高效换热壳管式高效换热壳管式水阻力（kPa）505050水流量（m3/h）282328385蒸发器类型降膜蒸发板片降膜蒸发板片降膜蒸发板片水阻力（kPa）404040水流量（m3/h）220260306主机模块长（mm）400043004300宽（mm）225022502250高（mm）300030003000运输重量（kg）670076008400运行重量（kg）8400950010500蓄能模块长（mm）540063007200宽（mm）230023002300高（mm）260026002600运输重量（kg）560065007400运行重量（kg）99001160013200连接管路供液管径（mm）108108133回气管径（mm）159159219热氟管径（mm）767676供水管径（mm）DN200DN200DN200项目 参数YBX2008FS/F9YBX2175FS/F10YBX2428FS/F11空调工况制冷量（kW）200821752428蓄冰工况制冷量（kW）141515301711电制380V/50HZ380V/50HZ380V/50HZ工质R22R22R22压缩机类型半封闭螺杆压缩机半封闭螺杆压缩机半封闭螺杆压缩机功率（kW）空调工况399432485蓄冰工况361390438冷凝器类型高效换热壳管式高效换热壳管式高效换热壳管式水阻力（kPa）505050水流量（m3/h）435470526蒸发器类型降膜蒸发板片降膜蒸发板片降膜蒸发板片水阻力（kPa）404040水流量（m3/h）345375418主机模块长（mm）430048004800宽（mm）225022502250高（mm）300030003000运输重量（kg）9000960010200运行重量（kg）112501200012750蓄能模块长（mm）810090009900宽（mm）230023002300高（mm）260026002600运输重量（kg）8300920010200运行重量（kg）154001640018000连接管路供液管径（mm）133159159回气管径（mm）219273273热氟管径（mm）767676供水管径（mm）DN250DN250DN300项目 参数YBX2670FS/F12空调工况制冷量（kW）2670蓄冰工况制冷量（kW）1884电制380V/50HZ工质R22压缩机类型半封闭螺杆压缩机功率（kW）空调工况533蓄冰工况481冷凝器类型高效换热壳管式水阻力（kPa）50水流量（m3/h）578蒸发器类型降膜蒸发板片水阻力（kPa）40水流量（m3/h）460主机模块长（mm）4800宽（mm）2250高（mm）3000运输重量（kg）11000运行重量（kg）13500蓄能模块长（mm）10800宽（mm）2300高（mm）2600运输重量（kg）11000运行重量（kg）19500连接管路供液管径（mm）159回气管径（mm）273热氟管径（mm）76供水管径（mm）DN300注： 表中所标识，空调工况下，冷却水进水温度32度，冷冻水进水温度12度；蓄冰工况下，冷却水进水温度30度。3)蓄冰槽设计计算板冰机组蓄冰量E=RHs板冰的密度为550kg/m3，水的密度为1000 kg/m3，因此，片冰有一部分浮在水面上，浮在水表面之上的部分占板冰体积为：（1000-550）/1000=45 蓄冰槽中蓄冰率（所蓄冰量占蓄冰槽总容积的百分比）一般取40%50%。蓄冰槽体积V=E0.024 m3式中，0.024单位蓄冰量的重量，m3kW-1h-1。考虑到落冰所需距离和无冰空间，取10%20%的余量。蓄冰槽内板冰所堆积而成的小冰山的安息角（小冰山的坡面与水平面的夹角，称为“安息角”，）为15，安息角上部的空间为无冰空间。蓄冰槽的尺寸、形状，蒸发器在蓄冰槽上的位置都能影响到无冰空间的大小，从而决定了蓄冰槽蓄冰量的多少。为了减少无冰空间，应该在可能的条件下尽量提高蓄冰槽的高度。如果条件允许，蓄冰槽可以穿越多层建筑。如下图所示：（a）蓄冰槽底面面积越大，蓄冰槽内的无冰空间就越大；（b）如果增加蓄冰槽的高度，在蓄冰量体积相同的条件下，无冰空间大幅度减少。当蒸发器容量较大时，可将蒸发器分成两台或多台，让落冰口均匀布置在蓄冰槽上部。单台蒸发器的落冰口尽可能布置在蓄冰槽的中间。最初的水面高度也影响到无冰空间的大小，当水面高度适中时，水面上的片冰重量将冰推向蓄冰槽的低角。水位过高，冰片将迅速堆积致板冰机下部落冰口，阻碍继续制冰，蓄冰槽的低角形成无冰空间；水位过低，在蓄满冰之前蓄冰槽内的水被用光，导致水泵缺水。蓄冰槽最初的水面高度由经验决定，一般视蓄冰槽的直径大小，在制冰之前将水充注至蓄冰槽高度的50%65%，试车后，再确定水面最终高度。蓄冰最后的水面高度由水位开关控制，当蓄存的冰碰到水位开关，板冰机停止制冰，这时蓄冰槽内水位不应低于300mm，使水泵不至缺水。当蓄冰槽的高度受到建筑物高度限制时，可以采用辅助机械手段降低冰的安息角，减少无冰空间。例如采用回水通过喷嘴形成高速射流冲击冰面，或采用螺旋推进器将冰面推平。3)其它配套设备设计计算主要为附属设备的设计计算，如泵、冷却塔及热交换器的计算选择。2.2.4经济效益分析冰蓄冷系统经济分析评价范围包括整个冰蓄冷系统与整个常规空调系统的比较，有多种评价方法和评价指标。评价方法主要分为动态经济评价和静态经济评价；评价指标为投资回收期。静态经济评价方法主要考虑设备的成本和运行费用，一般认为，投资回收期少于 5 年为经济可行。这种方法使用最为简单和直观，因而得到了广泛的应用。影响冰蓄冷经济效益的因素主要是：不同地区的电价政策，系统的初投资和年运行费用。静态经济评价方法如下：1) 冰蓄冷空调系统增加的初投资费用I = IS IC式中，IS 为冰蓄冷空调系统的初投资，元；IC 为常规空调系统的初投资，元。2) 冰蓄冷空调系统全年节省的运行费用P = PC PS式中，PS 为冰蓄冷空调系统全年运行总电费，元；PC 为常规空调系统全年运行总电费，元。3) 投资回收期n = I / P三、蓄冰系统运行模式说明3.1制冷主机蓄冰由冰蓄冷的原理可知，冰蓄冷主机应在用电谷荷电力低价时段充分运行蓄冰。在蓄冰阶段，制冷主机是满负荷运转的，其制冷效率比直接制冷工况时低。当蓄冰量达到要求时，制冷主机自动停止。3.2制冷主机与蓄冰槽融冰联合供冷在制冷负荷峰荷段，为了尽量减少系统的运行费用，可以使制冷主机与蓄冰槽融冰联合供冷。此时，蓄冰系统为分量蓄冰模式。在该时段内制冷主机直接制冷，蒸发温度较高，制冷效率较高。在制冷负荷低于标准设计值时，通过优化控制蓄冰槽的有效融冰并保证系统内制冷负荷需求。该种模式下，应充分利用低价电力进行蓄冰，以使供冷时尽量减少使用高价电力。3.3蓄冰槽单独供冷在系统制冷低负荷时段，蓄冰槽所蓄冰量可满足系统制冷全部需求，只在用电谷荷电力低价时段蓄冰，无需在用电谷荷以外的时段开制冷主机。此时，系统转化为全量蓄冰模式。制冷主机效率比直接制冷工况时低。当蓄冰量达到要求时，制冷主机自动停止。3.4制冷主机单独供冷为了将所蓄冷量尽量用于电力高峰时段，在用电平荷电力平价时段内的冷负荷由制冷主机单独提供。此时，系统蒸发温度较高，制冷效率较高。四、设计实例4.1板冰/冷水机组应用于冰蓄冷空调系统北京某15000 m2酒楼设计实例4.1.1供电政策峰荷时段：9:0012:00 17:0022:00 电价：1.194元/kWh平荷时段：8:009:00 12:0017:00 22:0023:00 电价：0.816元/kWh谷荷时段：23:00次日8:00 电价：0.336元/kWh 4.1.2负荷计算计算酒楼逐时负荷如表所示： 单位：kW时段星期日星期一星期二星期三星期四星期五星期六0:008:0000000008:009:005524964964964964965529:0010:0096088788788788788796010:0011:00144012981298129812981298144011:0012:00156013251325132513251325156012:0013:00180016591659165916591659180013:0014:00204018791879187918791879204014:0015:00168014901490149014901490168015:0016:0084076876876876876884016:0017:001080907907907907907108017:0018:00144013151315131513151415144018:0019:00156013421342134213421542156019:0020:00148813201320132013201420148820:0021:0096088788788788790696021:0022:0084076876876876881284022:0023:0048035035035035045048023:0024:00432307307307307407432合计19152169981699816998169981766119152计算日最大负荷Qm=2040kW，计算最大日逐时总负荷Q=19152 kWh，制冷负荷分布如下图：4.1.3板冰/冷水机组选型计算板冰/冷水机组制冷工况下标定容量式中，R板冰/冷水机组在空调工况下的的标定容量，kW；Hs板冰/冷水机组制冰蓄冷运行时间。设计中为最大限度利用用电谷荷时段低价电，蓄冰时间取每天23:00到次日8:00，共9h；Hc板冰/冷水机组直接供冷运行时间。只在用电峰荷以外的时段即8:009:00、12:0017:00、22:0023:00直接供冷，共7h；板冰/冷水机组在蓄冰工况下与直接制冷工况下的制冷量之比，为0.69。则R=1450 kW选用1台中机远雄板冰/冷水机组YBX1518FS/F7，空调工况下制冷量Rc=1518kW，功率为301kW，蓄冰工况下制冷量Rs=1070kW，功率为272kW。4.1.4蓄冰装置设计计算实际蓄冰量E=RsHs=9630 kWh蓄冰槽体积V=E0.024 m3=231 m3式中，0.024单位蓄冰量所占体积，m3kW-1h-1。考虑到落冰所需距离和无冰空间，取10%的余量，所需蓄冰槽体积为：254m3。蓄冰槽设计尺寸为：983.5 m，容量为252m3，采用钢板焊接制作，需要保温的面积为263 m2。4.1.5一次循环水泵选型一次循环水泵流量式中，W1蓄冷循环水泵的循环水量，kgs-1；ti蓄冰槽进水水温，为8.5；to蓄冰槽出水水温，为1.5；4.1868水的比热，kJkg-1-1。则W1=69.6 kgs-1=250 Th-1选用两台200-200（）/18.5（一用一备）。4.1.6二次循环水泵选型二次循环水泵流量式中，W2冷水循环水泵的循环水量，kgs-1；tci空调冷水进水水温，为12；tco空调冷水出水水温，7；4.1868水的比热，kJkg-1-1。则W2=97.5 kgs-1=351 Th-1选用三台150-315A/22（两用一备）。4.1.7冷却循环水泵选型冷却循环水泵流量式中，W3冷却循环水泵的循环水量，kgs-1；Qc冷却负荷，为1855kW；tcli冷却进水水温，为32；tclo冷却出水水温，为37；4.18水的比热，kJkg-1-1。则Wc=88.8 kgs-1=320 Th-1选用三台150-315A/22（两用一备）。4.1.8冷却塔选型依据计算冷却水量，选用一台冷却塔LBCM-350，总电机功率为15kW。4.1.9蓄冰系统设备清单名称型号数量功率备注(kW)板冰/冷水机组YBX1518FS/F71272中机远雄蓄冷循环水泵200-200（）/18.5218.51用1备冷水循环水泵150-315A/223222用1备冷却循环水泵150-315A/223222用1备冷却塔LBCM-350115蓄冰槽252 m31板式换热器1自控系统14.1.10运行策略由于在供冷季节内每天的负荷不一定相同，蓄冰系统应当始终以最经济的方式运行，充分利用低价电力，最大可能节约运行费用，机组的运行模式也需要相应调整。下面的图表说明100%负荷、75%负荷、50%负荷和25%负荷时蓄冰系统运行策略的变化，随着制冷负荷的变化，运行模式也相应由分量蓄冰，制冷主机优先、分量蓄冰，融冰优先、全量蓄冰逐步转变。100%设计负荷运行策略75%设计负荷运行策略 50%设计负荷运行策略 25%设计负荷运行策略4.1.11经济分析1)常规制冷空调设备清单名称型号数量功率总功率备注(kW)(kW)冷水机组LSBLG1240Z2246492冷冻水泵200-315()/45345902用1备冷却水泵200-315()/45345902用1备冷却塔LBCM-35021530自控系统1合计7022)蓄冷空调运行费用分析100%负荷75%负荷50%负荷25%负荷系数0.150.380.370.1日运行费用7837691258305015蓄能空调供冷年运行费用：(0.157837+0.386912+0.375830+0.15015)170=1098320元109.8 万元3)常规空调运行费用分析100%负荷75%负荷50%负荷25%负荷系数0.150.380.370.1日运行费用126841209791147206蓄能空调供冷年运行费用：(0.1512684+0.3812097+0.379114+0.17206)170=1800690元180.1 万元蓄能空调年运行费用比常规空调减少180.1-109.870.3 万元，节省39%。4)综合投资比较a.蓄能空调系统投资蓄能空调机房投资 单位：人民币万元名称型号数量单价总价备注（万元）（万元）板冰/冷水机组YBX1540FS/F1214214中机远雄蓄冷循环水泵200-200（）/18.520.91.81用1备冷水循环水泵150-315A/2231.13.32用1备冷却循环水泵150-315A/2231.13.32用1备冷却塔LBCM-35017.27.2蓄冰槽252立方米12525板式换热器14545自控系统15555合计354.6b.常规空调系统投资常规空调机房投资 单位：人民币万元名称型号数量单价总价备注（万元）（万元）冷水机组LSBLG1240Z246.593冷冻水泵200-315()/4531.33.92用1备冷却水泵200-315()/4531.33.91用1备冷却塔LBCM-35027.214.4板式换热器15252自控系统12828合计195.2c.投资回收期回收期为：(354.6-195.2)70.32.3年4.2板冰/冷水机组应用于供应冷水系统某6000只/小时三黄鸡屠宰综合加工水预冷方案设计实例4.2.1工程设计概况该家禽屠宰配套制冷工程采用氨系统，含有水预冷、风冷、手工分割间车间空调、冻结、冷藏等；其中，水预冷、风冷、手工分割间车间空调归为-10蒸发系统。水预冷要求在生产开始前，向螺旋预冷机注入40T冷水，工作时，冷水需求量：18T/h。每天工作7小时，冷水温度：04，冷却前水温25。按常规设计，为了和工作时制冷负荷相平衡，预注40T冷水可设计为2.3小时内制取，和18T/h的冷却负荷相当。1小时内把18T水从25冷却到0，计算制冷负荷为550kW。其它部分的制冷负荷共为679kW，-10系统总制冷负荷为1229kW。目前，制冷水一般采用立式螺旋管蒸发器，制冷效率较低，制取冷水速度慢，出水温度不易达到04的要求。而且只能现用现制，冷负荷波动大，对系统内其它部分特别是手工分割间车间空调部分冲击大，分割间内温度波动非常大。实际设计时，制冷水采用冰蓄冷形式，采用板冰/冷水机组在夜间利用低价电力蓄冰，白天融冰为螺旋预冷机提供冷水。因为板冰/冷水机组蒸发板为降膜换热板，制冷水时换热效率非常高，如果夜间没有蓄冰，白天需要冷水时，也可直接制取冷水。如此设计，有如下优势：1)可保证出水温度在02，保证了预冷产品的冷却品质。2)因为是在夜间运行，与风冷、车间空调运行时间不冲突，配置制冷机组时无需考虑制冷水的冷负荷，降低了系统总制冷负荷，减小了装机容量。按常规设计，制冷主机需配置2台在-10/38工况下制冷量为734kW的螺杆制冷压缩机KA20。实际设计中，选择只选用1台就可以了，相对于常规设计，系统制冷负荷与所选主机制冷量更接近，比较合理。3)辅助设备（蒸发式冷凝器、贮氨器、桶泵机组、虹吸罐）、管道阀件及电力设施等都减小了，节省了一次性投资。4)可充分利用夜间廉价电力，节省长期运行费用。5)可以在白天工作时间内对制冷机组进行检修保养，与生产不冲突。6) 板冰/冷水机组在蓄冰时为满负荷运行，机组性能发挥优良，效率高，寿命长。4.2.2板冰/冷水机组选型在-9/38工况下，螺杆制冷压缩机KA20冷量为765kW，可以选择中机远雄板冰/冷水机组YBX890DZ/A4（板冰/冷水机组参数表中所列型号为氟利昂分体水冷机组，中机远雄也可单独为已有氨或氟制冷系