冰蓄冷工程方案

冰蓄冷工程方案 Prepared on 24 November 2020

冰蓄冷工程设计方案

工程概况

工程使用概况

工程制冷技术、性能要求

a、空调额定条件：

b、工作温度、湿度范围：

、工程限定条件

设计方案

负荷计算

3.1计算依据：a招标文件中的工程概况

b有关规范及经验估算法

c询标答疑纪要中原设计院所提供的设计日内的逐时负荷表。

d招标单位原有宿舍的空调运行模式。

3.2负荷计算：

a原有宿舍楼招标文件要求峰值制冷为85*104kal/h，原则上为一独立系统，平时由制冷机直供，双休日采用融冰优先或全融冰供冷。

b办公楼：标书要求“平时空调运行在150万大卡左右”，原设计院提供的设计日的逐时负荷表的峰值制冷量为153万大卡/小时，

按有关规范估算：

上述几种负荷计算结果显然不同，所以在本次投标方案设计中除主要依据原设计院所提供的逐时尖峰负荷外，还应考虑到整个系统（宿舍、办公楼）空调系统运行的安全性、稳定性、负荷应变能力、设备检修及故障出现后的应急措施。在蓄冰量的定位方面，充分考虑了宿舍全融冰运行的可能性及办公楼融冰优先运行的合理性。

注：此表将作为本次投标方案的冷负荷计算基础。

蓄冰系统性能

4 .1系统的设计原则

经济性

蓄冰系统方案设计须依据影响初期投资及运行成本的诸种因素综合考虑而确定，冰蓄冷装置的投资比标准的冷水机组通常是比较高，然而冰蓄冷系统的装置费和运行费的综合值与常规冷水机组系统相比，通常是具有相当吸引力，因为前者的主机系统容量要小33%左右，因此可节约更多的运行成本，因而在方案设计

时，须详尽研究系统的电力增容投资、峰谷电价结构及设备初投资等资料，以期达一最佳的经济效益，在降低初期投资的同时节约更多的运行成本，转移更多的高峰期用电量。

高效节能性

进行蓄冰系统设计时，须依据设计负荷的需求确定系统选型，尽可能地减少各种设备的装机容量，改善主机的工作条件，提高主机效率，充分利用蓄冰装置优势，尽量减少系统能耗。

冰蓄冷系统使用的压缩机的压缩压头值变化很大，在55%--110%范围内。压缩机的制冷量变化也很大，从100%降至10%，而且需满足二个工况的运行，所以用于冰蓄冷系统的压缩机应该是变压头的制冷机，诸如螺杆制冷机而不是定压头的压缩机诸如离心压缩机，和自动滑阀控制在一起，可变内容积比的螺杆压缩机不仅可以满足各种负荷变化，还可以改变内容积比，以便在部分负荷时可减少能量消耗和降低出口压力运行。

完整、稳定性

评价蓄冰系统品质的最重要的依据是系统的整体效能及运行稳定性。进行系统设计时，须结合蓄冰系统的运行特点，优选各种设备以使系统配合完美，符合整体运行要求。同时各种配套设备也要求能经受长期稳定的运行考验，减少对系统的维护，满足寿命要求。

办公大楼运行图

有效地利用空间

通过采用自制的冰盘管外壳，减少了对空间的需求。与常规空调系统相比较，由于主机容量较小，因而机房面积并没有增加。

系统组成

整个蓄冰空调系统主要由乙二醇循环系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、控制系统等四大系统所组成。

乙二醇循环系统是由水冷螺杆式双工况冷水制冷机组、乙二醇泵、蓄冰装置、板式热交换器的冷侧以及相关的管件、阀件组成，25%（重量浓度）的乙二醇作为载冷剂在系统里循环。

冷冻水循环系统由板式热交换器热侧、冷冻水泵、空气处理器（表冷段）以及相关的管件、阀件所组成。冷冻水在系统里循环。冷冻水循环系统与乙二醇循环系统通过板式热交换器进行热交换，冷冻水在板式热交换器冷却降温后被冷冻水泵送往空气处理器。

冷却水循环系统是由冷却塔、冷却水泵、冷水制冷机组的冷凝器（冷却水侧）以及相关的管件、阀件所组成。冷却水在系统里循环。冷却水经过冷却塔时被冷却并送往冷水制冷机组的冷凝器，经过冷凝器时把冷凝器的冷凝热带走回到冷却塔，循环往复。

控制系统由主机数据通信模块、现场控制器、副工作站、工作站等组成控制网络，传感器、执行机构等构成外围控制。进行蓄冰、融冰的控制，同时还将实现对常规机组的控制，协调蓄冰机组和常规机组使系统合理运行，副工作站、工作站组成双机备份。

乙二醇循环系统是整个系统的重要组成部分。它的设计是否合理、配置是否完善，关系到整个蓄冰空调的成与败。

因此，在整个系统设计之后，首当其冲的问题是确定系统的配置原则。系统的配置

冷蓄冷系统的配置包括下列内容：

a.冷水机组与贮冰设备的安排：串联或并联

b.冷水机组与贮冰设备串联的，在一定冷水回路中，两者的相对位置是怎样

的冷水机组处于贮冰设备的上游还是下游

c.系统设计时考虑的工作模式是冰优先还是冷水机组优先

d.根据白天和晚间操作工况，优选和确定压缩机的制冷量和部分冰蓄能所需

的最佳贮冰量。

下面进行分析比较：

系统配置原则

①串联连接与并联连接的对比：

在系统配置中，冷水机组与贮冰设备并联连接是不合乎要求的，这种布置的缺点是：

a. 一级冷水（乙二醇）出口温度很难保持稳定

b. 出水量和温度的控制需要有相当复杂的控制系统

c. 如果当冷水机组调至较低的出水温度，使之与来自贮冰设备的冷水温度相一致则冷水机组的能耗将增加，如果用并联的冷水机组生产较高的冷水出水温度，则冰的低温能量将被浪费。

e.系统的工作特性往往是无法预知的，冷水出水温度甚至在设计满负荷情况

下还不时变化。

串联系统与并联系统相比较，又有以下特点：

a.系统流程简单，布置紧凑。

b.串联系统输出温度较为稳定，易实现系统的稳定运行。

C.串联系统的乙二醇溶液温差高达8—10℃。可带来以下的优点。

·系统流量减少

·水泵规格及能耗减小

·水泵规格及能耗减小

·乙二醇管路及阀门尺寸、规格减小

·乙二醇使用量减少

·板式换热器的平均对数温差较大，最大限度地减小换热面积和板式换热器规格·节省设备所占空间

·最大限度节省系统投资成本

·串联系统可提供1—4℃冷冻水温度，为实现大温差送水、送风提供必要的前提条件。

采用大温差送水、送风设计技术，最大限度地降低乙二醇、冷冻水、送风系统的流量，从而减少所有空调系统相关机电设备和材料的投资和能耗，使系统能最大限度移峰填谷和节约能耗，是现代空调系统发展方向。

d.自动控制系统较为容易实现，维护管理简单。

鉴于上述情况，在系统配置时采用冷水机组与贮冰设备串联连接，而且不采用并联连接。有特殊要求时，可将管道连接成并联，作为任意选择的一个方案。

②当冷水机组与贮冰设备串联连接时，将冷水机组安排在贮冰设备的上游是十分重要的。在乙二醇系统中，如将冷水机组设在贮冰设备的下游，则冷水机组的能耗将增加，这是因为要产生温度较低的冷水，就要求有较低的蒸发温度。本系统设计为冷水机组位于贮冰设备的上游，这样从板式热交换器返回的乙二醇首先通过冷水机组，然后才到达贮冰设备。这样的布置，在空调运行的任何时间内，都允许冷水机组的运行在较高的乙二醇进出口温度的工况下。乙二醇温度高就意味着蒸发温度较高，电耗较低，效率提高及制冷量较大。

③融冰工作模式

融冰工作模式有冰优先模式、冷水机组优先模式、全融冰模式。

考虑到最低的运行成本和突发的应变能力，本方案的运行控制模式为融冰优先。冰优先模式并不是说把冰尽量用掉，而是贮冰设备每小时提供恒定的冷吨数作为主要的冷源，只要冷负荷所需的冷吨数超过了贮冰设备的设计值，这超出的部分就由冷水机组补充提供以满足每小时建筑物所需的冷吨数。在设计中负荷达到尖峰时，冷水机组只在尖峰负荷之一小时内，以满负荷运行。而日间其余时间，冷水机组均是在部分负荷下运行。

[串联系统、融冰优先]运行图

冷水机组优先模式是冷水机组在空调工况下为主要冷源，冷水机组提供固定的冷吨数，如果冷负荷大于冷水机组的容量，不足之数则由冰融化提供补充冷量。在冷水机组优先模式中，日间冷水机组总是会运行的。

全融冰模式是夜间制冰，而白天融冰以满足建筑物的使用，该模式的运行费用是最低的，在气候条件允许时，运行该模式（全融冰）。

系统配置中，还可以改变成冰优先和冷水机组优先相结合的工作模式。但实际上冷水机组优先在本方案中只是作为对特殊情况的补充（如十几年难遇的高温），因为冰优先模式明显地优于冷水机组优先模式。

综上所述，本方案采用如下配置：

a、串联运行

·在乙二醇循环系统中双工况螺杆机组与蓄冰设备是串联连接的

·在冷冻水循环系统中常规螺杆制冷机与板式热交换器也是串联连接的。

b、螺杆机组在串联连接系统中均处于上游：

·在乙二醇循环系统中双工况机组位于蓄冰设备上游

·在冷冻水循环系统常规螺杆机组位于板式热交换器上游。

c、以融冰优先的运行模式运行操作。

该方案冰蓄冷系统的运行特性不仅在设计时可以预计到，而且在任何的部分负荷运行点都可以预计到。在满负荷或部分负荷情况下，始终能保持恒定的冷水出口温度，无疑是所有方案配置中的最佳选择

设计方案及主要运行模式

在本次投标总体设计思想指导下，结合以上系统配置方法，综合招标方的实际情况，我们针对余杭财政大楼提出以下投标方案：

整体控制方案按融冰优先设计：

·乙二醇系统主机在上游，空调水系统亦按主机在上游设计。

·每小时的融冰量固定，以确保在供冷时将冰全部融完，避免剩冰现象的发生。主机优先方式可能发生剩冰现象。

·融冰不足部分由主机提供，这样一来不但减少了主机的电耗，最大限度地降低了运行成本，同时增加了系统的稳定性和相应速度。

·调节阀采用二个二通阀调节流量，克服调节死区。

剩冰现象：在融冰结束时，由于前面的融冰量较小还剩有没有融化的冰，导致二次蓄冰时冰盘管出现完全冻结的现象。这种现象冰球无所谓，而对非完全冻结式冰盘管要注意避免发生。

a、全融冰运行模式：此模式在宿舍空调负荷不太高的情况下运行，在此模式下

运行，运行成本最低。

b、融冰+常规螺杆机组混合运行模式：此模式在全融冰不能满足宿舍空调负荷要

求的情况下，宿舍用常规螺杆机组自动开启，加入运行弥补系统冷量不足。

c、常规螺杆机运行模式：此模式在谷电及办公楼工作日以直供方式满足宿舍空

调冷量之需求。

d、双工况螺杆机组供冷模式：此模式为故障运行模式，是指在宿舍用常规螺杆

机组发生故障而又适逢工作日时，由双工况螺杆机组通过宿舍专用板式热交换器向宿舍供冷。

a、全融冰运行模式：此模式在大楼空调负荷很低时运行，在此模式下运行，运

行成本最低。

b、融冰+常规螺杆机组混合运行模式：此模式为标准运行模式，在此模式下优先

融冰，冷量不足部分由螺杆机组提供，螺杆机和换热器串联连接，并位于其上游。

c、融冰+常规螺杆机组+双工况螺杆机组混合运行模式：此模式为后备运行模

式，在大楼空调负荷超出设计尖峰负荷时，双工况机自动加入运行，应付突发的负荷变故。

d、融冰+双工况螺杆机组混合运行模式：此模式为故障后备运行模式，此模式在

常规螺杆机组出现故障或维修时运行

e、常规螺杆机组+双工况螺杆机组混合运行模式：此模式为故障后备运行模式，

此模式在融冰系统出现故障时运行。

f、双工况螺杆机组单独运行模式：此模式为故障后备运行模式，此模式在常规

螺杆组及融冰系统同时出现故障时单独运行。

g、常规螺杆机组单独运行模式：此模式为故障后备运行模式，此模式在双工况

螺杆机组及融冰系统出现故障时运行。