冰蓄冷空调系统设备选型和控制系统优化

冰蓄冷空调系统设备选型和控制系统优化

廖志鹏

天津泰达发展有限公司天津市300457

摘要：由于我国电力供应较为紧张，尤其是东部较为发达地区在用电较高的季节和用电高峰时段这个问题显得尤为突出，而蓄冷技术实现了“移峰填谷”，可以缓解高峰用电量、减少空调电费支出，因此被列为国家级“火炬”计划广泛推广应用，但冰蓄冷空调系统比一般的空调制冷系统要复杂得多，为了更好提升综合效益，做好冰蓄冷空调系统设备选型和控制系统优化工作十分必要。

关键词：冰蓄冷；空调系统设备；选型；控制系统优化

前言：

冰蓄冷空调系统一般是在夜间电费较低时制冰，在白天融冰提供低温冷水供冷，从而既满足了负荷高峰时期的冷量需求，又有效利用了电价峰谷差、降低用电成本、平衡电网负荷，带来了巨大的社会效益和良好的经济效益。冰蓄冷空调系统复杂，设备选型要考虑多种因素，只有选择最适合的选型，才能达到投资少、效果好、见效快的目标。

1冰蓄冷空调系统设备选型方法

1.1双工况制冷设备选型

双工况制冷设备一般采用螺杆式、离心式冷冻机，通常400冷吨（空调工况．以下同）以下双工况冷冻机大多采用螺杆式，美国顿汉布什、约克、特灵，意大利Rc、法国CIAT等品牌，典型代表是约克开式和特灵半封闭螺杆式双工况冷冻机。500冷吨以上双工况冷冻机大多采用离心式，典型代表是特灵半封闭三级离心式和约克开式离心式双工况冷冻机。400至500冷吨之间制冷量选择两种都可以，但离心式制冷效率更高。

1.2蓄水设备选型

从制冰融冰的类型划分有很多种类，常见的类型有冰片滑落式冰蓄冷、静态型的蓄冰盘管外结冰（内融冰或外融冰）和分装冰（冰球、冰板、芯心冰球等）。常用蓄冰设备主要有：蛇形盘管式、u形盘管式、环形管式、冰球式等，其中，钢制蛇形管式、塑料u形盘管式、应用较多，钢制蛇形盘管以美国BAC公司产品为典型代表，塑料u形盘管式以美国FAFCO公司产品为典型代表，钢制环管式以美国高陵公司桶式结构为代表。

选用蓄冷设备时通常需要考虑的因素包括：①蓄冷温度不宜过低。蓄冷温度越低，蓄冷能耗越高，在冰蓄冷系统中，选择制冰厚度≤50mm比较经济，系统COP值应>2.5。②蓄冰储槽体积应考虑节省占地面积。蓄冰储槽体积宜<0.028m3／kwh[1]。③蓄冰设备使用寿命方面，国外进口的蓄冰设备一般寿命可达20年以上．④蓄冷和释冷速率快，温差范围稳定，释冷温度稳定可以提高蓄冰利用率。⑤根据占地和需求，合理确定设备数量和最佳蓄冷比例，蓄冷比例一般为30-70％，可以有效减少设备数量、占地和投资。

根据以上原则，钢制蛇形管式具有导热性能好、融冰温度稳定、安装容易、维修量小等优点，钢制蛇形管整体镀锌，耐腐蚀，不易泄漏，但也给钢制蛇形管的应用带来一些制约因素，因其采用整体焊接、镀锌，不能散件组装，适合于洞口较大的蓄冰槽，对新建建筑或露天开挖的蓄冰槽较为适合；塑料u形盘管式相比钢制蛇形管式在导热性能、融冰温度稳定等方面略有逊色，但它能够拆为散件，进入蓄冰槽后再组装，采用专用胶粘接即可，适合于洞口受限的蓄冰槽，对已有建筑地下蓄冰槽较为适用，以上这两种采用建筑下方地下蓄冰槽布置蓄冰设备比较多，且大多采用进口的蓄冰盘管；钢制环管式、冰球式主要用于较小容量的蓄冰项目，根据空调冰蓄冷系统成功案例，钢制蛇形蓄冰盘管因蓄冰厚度大，制冰终了温度较低，一般选用螺杆式双工况冷冻机较多，塑料u形蓄冰盘管蓄冰厚度小，制冰终了温度较高，一般选用离心式双工况冷冻机较多，钢制环管式、冰球式蓄冰设备配套螺杆式双工况冷冻机较为适宜。

2冰蓄冷空调系统设备控制策略优化

冰蓄冷空调通过在不同峰平谷时段采取不同模式运行，来减少每个空调供冷周期的运行能耗和费用，不同的控制策略其运行费用是不同的，因此，冰蓄冷空调系统必须合理选择系统运行控制模式，以便既满足建筑物的供冷需求，又避免电耗过大、电费过高。控制策略主要包括主机优先控制、融冰优先控制、自选模式控制等。

（一）主机优先模式，为满足空调负荷要求，当空调负荷小于冷水机组最大的制冷能力时，蓄冰设备不参与供冷，空调负荷完全由冷水机组提供；当空调负荷超过冷水机组最大的制冷能力时，则启动蓄冰设备参与供冷，空调负荷主要还是由冷水组提供，超过冷水机组最大供冷能力的部分负荷由蓄冰设备融冰供给。在系统无空调负荷时启动冷水机组满负荷运行制冰直至蓄冰结束。该控制策略工程上实现起来较为简单，运行可靠，且不需要预测未来时间内的空调负荷。但是这种控制策略的缺点主要是不能调节负荷变化来改变蓄冰量，这样造成了冰蓄冷空调系统在空调负荷较小的季节里，蓄冰设备使用率较低，甚至不用，夜间盲目制冰带来不必要的能耗，不能有效地降低用户运行费用。

（二）融冰优先模式，蓄冰设备优先控制策略是尽可能地利用蓄冰设备融冰来负担空调负荷。当蓄冰设备融冰不能完全负担空调负荷时，依靠冷水机组的运转来负担不足的部分。这种控制策略能最大限度地利用蓄冰设备，理论上来说是最节省运行费用，但是在实际应用时，由于冰蓄冷空调系统中蓄冰槽冷量只有全负荷的30%，如果当天供冷前期蓄冰设备全力融冰，将造成在后期时段负荷较大时冰量消耗殆尽，不能满足其空调负荷被迫在电费高峰时段开启冷机供冷。此外，如果按照该控制策略运行势必要求设备选型容量最大化，造成初期投资费用过高，因此实际工程中融冰优先控制策略很少采用。

（三）自选模式控制，自选模式控制是指管理人员根据运行经验人为设定运行模式，可随时转换运行模式，保证电费尖峰时段力争将当天的蓄冰量全部消耗。其冰蓄冷系统的运行模式主要包括制冰模式、制冰兼供冷模式、主机单供模式、融冰单供模式、主机和融冰联合供冷模式，联供模式包括主机优先、融冰优先、定比例控制和优化控制四种运行方案，其中优化控制方案下，是由楼控系统对各运行参数、预设的峰平谷时段以及系统运行时间进行采集分析，对当前运行时间、当前负荷与后续运行时间及剩余蓄冰量进行计算，根据运行成本最低原则，决定在不同时间段选择主机优先或融冰优先模式。

总结：

综上所述，冰蓄冷技术应用具有良好经济效益和深远社会效益，冰蓄冷空调系统在指导思想上应大力提倡因地制宜，要根据实际情况和需求，合理选择系统设备配置和控制策略，更好地发挥冰蓄冷空调的优势。

参考文献：

[1]王良健.某冰蓄冷空调系统的设计及其经济性分析[D].南京师范大学，2014.

[2]陈晓进.某办公楼冰蓄冷工程的设计与经济性分析[D].同济大学，2015.