|
水蓄冷是利用水的显热实现冷量的储存，通常利用3-7°C的低温水进行蓄冷。一个设计合理的蓄冷系统应通过维持尽可能大的蓄水温差并防止冷水与热水的混合来获得最大的蓄冷效率。水蓄冷可直接与常规系统区配，无需其它专门设备。
水蓄冷系统组成 简单的水蓄冷制冷系统是由制冷机组、蓄冷水槽、蓄冷水泵、板式换热器和放冷水泵组成。有的水蓄冷系统还可不配板式换热器。水蓄冷系统制冷机组与蓄冷装置的连接方式，可采用并联方式和串联方式；在串联连接方式中，可采用主机上游串联方式与主机下游串联方式。 蓄水罐 蓄水罐形状 最适合自然分层的蓄水罐的形状为直立的平底圆柱体。与立方体或长方体蓄水罐相比。圆柱体在同样的容量下，面积容量比小，蓄冷罐的面积容量比最低。单位容量比小，蓄冷罐的面积容量比越小，热损失就越小，单位冷量的基建投资就越低。其他形状的蓄冷罐也可以用于自然分层，但必须采取措施防止由罐壁的斜坡或曲面所带来的进口水流的垂直运动。球状蓄水罐的面积容量比最小，但分层效果不佳，实际应用较少，立方体和长文体的蓄水罐可以与建筑物一体化，虽然损失较大，但可以节省一个单独蓄水罐，从而节省基建投资。 蓄水罐的高度直径比是设计时需要考虑的一个形状参数，一般通过技术经济比较来确定。斜温层的厚度蓄水罐的尺寸无关，提高高度直径比降低了斜温层在蓄水罐中所占的份额，有利于提高蓄冷的效率，但在容量相同的情况下增加了蓄水罐的投资，提高高度直径带来的一定的难度。 蓄水罐安装位置 由于水蓄冷采用的是显热储存，蓄水罐的体积较用于相变储存的罐要大得多。因此安装位置是蓄水罐设计时所考虑的重要因素。如空间有限，可在地下或半地下布置蓄水罐。对于新的项目，蓄水罐与建筑物的一体化能降低投资。这比单独新建一个蓄水罐要合算。 蓄水罐材料结构 常用的蓄水罐为：焊接钢罐、装配式预应力水泥罐和现场浇筑水泥罐。钢罐良好的导热性能会影响蓄冷效率，对于体积较小的蓄水罐这种影响较明显，水泥罐的绝热性能田间，地下布置时热损失不会很大，但水泥罐的绝热性能同时会造成斜温层品质的下降。选择蓄水罐材料需要考虑的因素有：初投资、泄漏的可能性，地下布置的可能性和现场的特定条件。
供冷方式 双蓄水池水蓄冷系统图 蓄冷水池与冷水机组并联，可实现四种运行模式： 1.冷水机组单独供冷 2.冷水机组单独蓄冷 3.蓄冷水池单独供冷 4.冷水机组和蓄冷水池联合供冷 水蓄冷实施条件及技术特点 1、实施水蓄冷的基本条件 有可执行峰谷电价的供电政策或有对蓄能优惠的电价政策。 以冷冻水为冷源的电制冷空调系统，低电价时段有空余的制冷机组作蓄冷用。 建筑物中具有可利用的消防水池或可建蓄水池的空间(绿地、露天停车地下，空闲地或可作水池的地下室等)。 2、水蓄冷技术特点 获取分时供电政策的电价差，“高抛低吸”，大量节省运行电费； 节约电能； A、年总的开机台时数少于常规系统； B、当夜间蓄冷时，气温降低，冷却效果提高，机组处于高效运转，效率可提高6-8%，空调系统总的节电率不低于10%。 由于夜间已蓄冷，白天在突然停电时，只需较少的动力驱动水泵和末端空调马达，即可维持空调系统供冷。 提高了空调的品质，即需即供，供冷速度快。可按需调节供冷量，对供冷量的调节快捷而方便，系统运行稳定、安全。 适用于空调系统的扩容改造，可不增加制冷机组容量而达到增加供冷量的目的，只需在原系统中添加水蓄冷设备和所需的管路即可，对原有系统没有任何影响。 对于新装系统，可以减少装机容量，节约机组和配电设施的投资。 可利用消防水池以及现有的蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄冷池。 蓄冷池可实现蓄热和蓄冷双重用途。 与常规空调一样，操作和维修方便，操作人员无需专门技术培训。 常用的水蓄冷系统流程图
A.二台冷水机组串联蓄冷，可以减少每一级冷水机组的进出口温差，二台冷水机组温差加起来响应的提高了蓄冷水池的总的温差（也就是增加了蓄冷水池单位容积的蓄冷能力）。 B.二台冷水机组串联蓄冷，可减少蓄冷电力的消耗。因为增加了第一级冷水机组的出水温度，从而提高了第一级冷水机组的蒸发温度，根据制冷工质的热力特性，蒸发温度每提高1℃，工质F22制冷能力提高3.371%，耗电量减少0.8%左右，工质F134a制冷能力提高3.881%，耗电量减少1.0%左右。
A.蓄冷水池的液面高于空调末端的最高点（在大量的工业厂房空调用冷水与生产用冷水中使用）； B.在蓄冷水池水位低于冷末端设备的高度时，采用机械定压方式向空调系统供冷，但此时要注意空调冷水系统的管道处于正压状态。 水蓄冷空调系统的形式及消防水池改造 根据水蓄冷的蓄冷水槽结构形式分 A.多罐式； B.迷宫式； C.溢流式； D.隔膜式； E.自然分层式（温度分层式） 我国目前采用的较多的是自然分层式。 自然分层蓄冷水槽的设计要点 自然分层蓄冷水槽的设计要点是： A.蓄冷槽内斜温层H厚度要薄； B.蓄冷槽内同一层温度的均匀性要好。 要达到这种要求就必须使蓄冷槽内冷水的流动保持均匀性，为此要求反应流体流动摩擦力的相似准数（雷诺数Re）与反应热介质流动浮力的相似准数（普朗克准数Pr）控制在一定的范围内。 自然分层蓄冷水槽
A.蓄冷槽内斜温层H厚度 B.蓄冷内同一层温度的均匀性 C.单位容积蓄冷量的大小 D.单位蓄冷量消耗的电量多少 消防水池改造成蓄冷水槽的设计要点 1、水蓄冷在新建、扩建和改造工程均可用，利用平时闲置的消防水池可以按蓄冷水池的设计要点改造成蓄冷水池。 2、一个500立方米的专用消防水池改造成蓄冷水池，一天可减少700~1000kW的高峰用电。 3、根据《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003），消防水池只能改造成蓄冷水池（不能兼用蓄热水池）。 根据水蓄冷的蓄能方式分 根据空调系统冷负荷的情况和用户所在地区的电价分时结构条件，将水蓄冷的蓄能形式分成： A.完全蓄冷 B.完全削峰蓄冷 C.部分蓄冷三种 水蓄冷系统主要有下列设备需进行计算： A.蓄冷水池的容积计算 B.冷水机组容量计算 C.板式换热器计算 D.蓄冷水泵计算 E.放冷水泵计算 A.蓄冷水池的容积计算 蓄冷水池的容积按下式计算 V=Q×Kd/η×ρ×△tz×cp×? 式中：V——蓄冷水池容积，m3 Q——蓄冷量，kcal η——水池的容积效率，一般取0.96~0.99 ρ——蓄冷水密度，取1000kg/m3 △tz——蓄冷水池进出水温差，一般取7~10℃ Kd——冷损失附加率，一般取1.01~1.02 Φ——蓄冷水槽完善度，考虑放冷斜温层影响，一般取90~95% B（Ⅰ）完全蓄冷型冷水机组容量计算 制冷机总容量=日空调总冷量×K/蓄冷运行时间 式中： 日空调总冷量——各逐时负荷的总和 K——冷损失附加率。根据蓄冷水槽的大小、水槽的保温情况与冷水存放的时间决定，一般取K=1.01~1.02 蓄冷运行时间——一般取8小时 如完全蓄冷运行模式示意图所示，冷水机组容量为3950kW，大于最大冷负荷2680kW B.(Ⅱ) 完全削峰蓄冷型冷水机组容量计算 冷水机组容量为除放冷时间之外，最大小时负荷即为制冷机的容量（如果用电高峰与空调负荷高峰不重叠，则全天最大负荷即为冷水机组的容量）。 如完全削峰蓄冷运行模式示意图所示，冷水机组容量为5400kW，与常规制冷冷水机组容量一致。 B.(Ⅲ)部分削峰蓄冷型冷水机组容量计算 冷水机组总容量根据蓄冷系统的运行需要确定。即为建筑围护结构的冷负荷，减去放冷冷量之后需要最大小时冷量即为冷水机组的总容量。 如部分削峰蓄冷运行模式示意图所示，冷水机组容量为12000RT，小于常规制冷冷水机组容量17680RT，约为常规制冷冷水机组容量的68%。 B.(Ⅳ)根据不同功能选用蓄冷冷水机组容量 不同的水蓄冷形式，选用的冷水机组容量是不同的：完全蓄冷型冷水机组容量往往大于常规制冷冷水机组容量；完全削峰水蓄冷冷水机组容量与常规制冷冷水机组相同或相近；部分削峰水蓄冷冷水机组的容量远远小于常规制冷冷水机组容量。因此，部分削峰水蓄冷形式也是我们经常采用的一种形式。 对应新建的建设项目，采用水蓄冷较常规制冷需要增加蓄、放冷等设备，但采用部分削峰水蓄冷形式可减少冷水机组的容量，故总的建设费用差不多。 C、板式换热器计算 板式换热器的换热量和换热面积等参数按下列方式确定： 板式换热器的换热热量应根据逐时负荷计算中最大的放冷量确定。不同蓄冷形式确定方式如下： 完全蓄冷：按全天最大时负荷确定； 完全削峰蓄冷：按高峰时段的最大负荷确定； 部分蓄冷：按逐时放冷负荷计算确定。板式换热器的换热量应满足计算中最大放冷量的要求。 一般完全蓄冷的板式换热器的换热量大于或等于削峰蓄冷的板式换热器的换热量。 D、蓄冷水泵计算 冷水泵计算主要是确定水泵的流量与扬程。 流量：一般与蓄冷冷水机组配套（注意蓄冷温差）。 扬程：主要是克服冷水机组、蓄冷水池和蓄冷管道的阻力。 这里要说明一点的是蓄冷水池的阻力：因为自然分层的蓄冷水池，其自身要求布水时必须控制冷水在蓄冷水池中的流动满足雷诺数Re与普朗克准数Pr在一定范围，即蓄冷水池内水的流速不搞，其阻力也不大，局部阻力系数按流体进入与流出即可。 水蓄冷技术在机场项目中的应用 1、什么是水蓄冷技术？ 夜间谷电时段，用常规电动冷水机组制备冷水，再把冷水储存在水罐（槽）内；第二天白天用电高峰时段，用储存的冷水向用户供冷。水蓄冷技术可以削峰填谷、平衡电网负荷。 2、水蓄冷技术的优势 初投资相对较少、系统简单、维修方便、技术难度低 可使用常规空调制冷系统，冬季可用于蓄热 可利用消防水池、蓄水设施或建筑物地下室作为蓄冷容器，适用于现有常规制冷系统的扩容或改造 具有较好的经济效益和社会示范用 3、水蓄冷的主要技术问题 水罐（槽）中热回水与冷水分离状态的控制，避免进出水直接混合 自然分层方式的斜温层高度控制。斜温层越小，混合损失越少 保证一定蓄冷量而导致较大的场地要求
两个能源中心：一个服务虹桥机场12航站楼、宾馆、指廊；另一个服务于东交通广场。 虹桥机场能源中心设计2只直径33m，水面高度26.2m（总高31.016m），公称容积22000m3的蓄冷水罐，水罐场地面积约为3300m2。 每个温度测试点的距离为300mm，运行时斜温层实际不超过1m。 总结 水蓄冷系统结合成熟的自控技术，为城市电力供应“削峰填谷”，缓解供需矛盾 机场、交通枢纽类建筑物空调负荷大，负荷变化大，空调用电量大，需要减少高峰负荷用电量，机场、交通枢纽类建筑物一般有较广阔且廉价的土地，非常适合蓄冷尤其是水蓄冷技术的应用 多层建筑尽可能利用蓄冷水罐直接供冷，减少换热损失，高层建筑考虑设置板式热交换器 自然分层方式技术成熟可靠，但必须控制好斜温层 从发展趋势看，水蓄冷——天然气冷热电三联供技术应该是机场、交通枢纽类建筑物空调冷热源的较好选择。 以上课件部分作者：华东院 魏炜。 |
|
|
