制冰滑动式冰蓄冷空调系统运行实测分析

制冰滑动式冰蓄冷空调系统运行实测分析

0动态蓄冰系统冷冷空调的蓄冰方式主要有两种：静态蓄冰和动态蓄冰。静态蓄冰系统的蓄冰设备和制冰部件为一体结构,冰的制备和融化在同一位置进行,冰相对于制冰设备处于相对静止状态,如盘管式冰蓄冷系统、封装式冰蓄冷系统。动态蓄冰系统的制冷剂与蓄冰槽相对独立,冰的制取和存储不在同一部位处进行,冰相对与制冰设备处于运动状态,如制冰滑落式冰蓄冷系统、冰晶式冰蓄冷系统。目前在我国动态蓄冰主要形式是制冰滑落式。与静态蓄冰系统相比,其最大特点是没有冰层厚度的影响,可以维持恒定的相对较高的制冷机的性能系数;融冰速度快,30分钟即可融化24小时所蓄存的冰,特别适用于尖峰负荷集中在某一时间段的建筑,如办公楼、商业建筑、体育馆、大会堂等。目前国内对制冰滑落式冰蓄冷系统的研究主要停留在系统原理分析与设计探讨上,介绍工程实际应用情况的比较少。对系统进行实测分析对于检验系统使用效果,优化系统运行能起到重要作用。笔者对某制冰滑落式空调系统进行了测试,分析了制冰滑落式冰蓄冷空调系统的运行情况,对系统运行进行优化。1空调系统运行方案研究对象为上海某高校的制冰滑落式冰蓄冷空调系统,空调面积为6.2万m2,包括图文信息中心、行政楼、食堂和学院楼。设计尖峰冷负荷为8790kW(2500RT),采用四台制冰滑落式机组。蓄冰槽数量为1个,净体积为1000m3,额定蓄冰量为600m3。空调系统末端采用水-空气系统和全空气系统两种形式,空调使用时间为:图文信息中心为8:00～21:30,行政楼、食堂、学院楼为8:00～16:30。我们主要分析一个蓄冷释冷周期内机组在制冰工况和融冰供冷工况下的运行情况。参数包括室外环境温度,相对湿度,蓄冰槽的进出口水温度,冷冻水供回水温度及流量。空调系统的运行方案如表1。测试当天当地的最高气温为31.4℃,相对湿度为65.5%,未达到设计工况,制冷机与蓄冰槽联合供冷模式时只开启三台制冷主机。2数据分析系统运行2.1蓄冰槽内冷量的影响各工况条件下蓄冰槽内水温及进出口温度变化曲线如图1、图2、图3所示。由图1可以看出,蓄冷开始的时候,蓄冰槽内水的温度约为4.5℃,此时,制冰机以制冷水模式运行,用以降低水的显热;当回水温度达到2℃的时候,制冰机开始以制冰模式运行,此时,蓄冰槽内开始有冰蓄存。整个蓄冷过程持续到次日早晨8:00。图2是释冷工况下蓄冰槽供回水温度变化曲线。由供水曲线可以看出,在大约9:00,冰水槽的出水温度超过0℃,冰槽内的冰全部融化,此后的制冷过程所需的冷量由冷水提供,供回水温差增大,负荷增大。随着蓄冷槽内冷量的消耗,9:00到12:00,回水水温呈逐渐上升趋势。12:00制冷机开启,与蓄冰槽联合供冷。由图2、图3可以看出,12:00之后供回水的温度均略有上升,这是因为蓄冰槽内水量较大,水温的降低有一定的延迟,且12:00后负荷增大,进出口水温呈现先升高后降低的变化趋势。14:00-19:00进出口水温基本保持恒定,机组运行平稳。19:00之后冷负荷减小,机组运行主要用于提供图文信息中心所需冷量,此时供回水温度开始下降,直至21:30主机以蓄冷模式运行。2.2冷冻水负荷分析冷冻水供回水温度变化如图4、图5、图6。数据为板式换热器二次侧的进出水温度,三台板式换热器分别供给三个冷冻水回路。系统8:00以空调模式运行,冷冻水温度先降低后升高,温度变化情况与日负荷变化情况基本吻合。由图4可以看出行政楼及两食堂的最高负荷出现在11:00～13:30之间,此时正是中午用餐时间,食堂的负荷达到最大,在制冷机运行状态不变的情况下,二次侧冷冻水的进出口水温会有所升高,势必会造成食堂、行政楼送风温度的升高,舒适度降低。由图5、图6可以看出,学院楼、图文信息中心的二次侧冷冻水进出口水温变化不大,温差变化也比较稳定,系统运行效果良好。2.3实际冷负荷测试1)设计冷负荷学校人流量大,人员随时间不同有阶段集中性,加上学校建筑类型多样,功能复杂,空调使用时间不一致,所以学校的公共建筑冷负荷有其自身的特点,高峰负荷集中,逐时冷负荷有一定的波动性,最大冷负荷出现在下午13:00至14:00之间。一天中设计的逐时冷负荷变化趋势如图7、图8所示。2)实际冷负荷测试当天当地最高气温为31.4℃,相对湿度65.5%,这与设计工况(上海地区设计温度34.2℃)有一定偏差。根据板式换热器二次侧冷冻水的进出口水温与流量变化,按公式Q=c·m·Δt计算,实际空调负荷侧需冷量如图9所示。3)设计冷负荷与测试冷负荷误差比较我们对比了实际负荷与75%设计负荷,误差如表2所示。实际冷负荷数据基本与设计冷负荷的75%相吻合,误差在5%以内。该制冰滑落式系统是在部分负荷条件下运行。2.4显热蓄冷过程基础在系统运行的一个周期内,制得的冰量约为158m3。由图1可以看出,机组切换为制冰模式之前,要先对冰槽中的水进行冷却,因此冷量的蓄存可以看作为是一个显热蓄冷过程加上一个潜热蓄冷过程。在冷水温度高于0℃之前,系统进行显热冷量的蓄存;当冷水温度到达0℃时则开始蓄存相变潜热。因此蓄冷量可以看作为与之和,通过计算这两部分的热量的值,可以得到机组实际运行工况下的蓄冷量约为18483kWh。,可以满足运行策略对蓄冷量的要求。2.5机组正常运行四台机组的额定制冷量分别为4000kW(制冰工况)和5900kW(空调工况),由于系统是在部分负荷条件下运行,机组只开启了三台,则额定制冷量为3110kW(制冰工况)和4600kW(空调工况)。实际运行条件下,机组在制冰工况与空调工况下的制冷量,分别为2991kW和4404kW,与额定制冷量相比误差均在5%之内,机组在部分负荷条件下的运行效果还是非常理想的。3对负荷优化的建议实测结果表明,该制冰滑落式蓄冰系统的机组和蓄冰设备在部分负荷下的运行情况良好。由图2可以看出,夜间所蓄冰量在1个小时的时间内即全部融化,与静态蓄冰系统相比,该系统释冷速度快,释冷效率高。在运行模式上考虑到了高峰电力的移峰能力,避开了用电早高峰,使制冷机在用电低谷满负荷运行,增加用电高峰时段移峰小时数。但在实际运行中,也存在高峰负荷时,不能满足人员密集区域的冷负荷要求,如食堂、会议室。根据系统使用的环境与特点,提出如下几条优化建议:1)优化控制策略,建立具有针对性的能效管理系统,将能效的跟踪、管理与用能设备的智能控制、能效的检测等功能与一体,使整个能源管理系统模块化、成品化、智能化。该系统可以对机组与蓄能设备运行进行即时监测,避免能量的浪费。2)对于食堂、行政楼空调系统在高峰负荷时所出现的问题,我们可以在新风处理器处设置热回收装置,不