动态冰蓄冷设计应用手册

动态冰蓄冷设计应用手册目 录第一章：冰蓄冷系统基本知识1.1 蓄冷概念1.2 蓄冷原理 1.3 蓄冷介质1.4 蓄冷运行策略1.5 蓄冷空调系统构成1.6 蓄冷空调的适用条件1.7 冰蓄冷空调系统种类1.8 评价冰蓄冷的要点第二章：动态冰蓄冷先进技术介绍2.1 动态冰蓄冷原理2.2 动态冰蓄冷的优势2.3 动态冰蓄冷系统构成2.4 动态冰蓄冷运行模式2.5 动态冰蓄冷控制方案2.6 动态冰蓄冷低温取水第三章：动态冰蓄冷系统工程设计3.1 确定建筑物设计日的空调逐时冷负3.2 确定蓄冰系统的形式和运行策略3.3 确定制冷主机的容量3.4 确定动态冰浆生成机组3.5 蓄冰槽的容量设计及计算3.6 蓄冰槽的形式和保温3.7 水泵的选型计算3.8 动态冰蓄冷应用案例3.9 经济性分析第四章：动态制冰机组规格与参数第五章：动态冰蓄冷系统操作维护 5.1 操作指南5.2 用户参数5.3 故障查询5.4 系统常见故障处理5.5 系统维护第一章 冰蓄冷系统基本知识1.1 蓄冷概念冰蓄冷空调是利用夜间低谷时段电力制冰并蓄存起来，在白天用电高峰时段不开或少开制冷主机，利用夜间蓄存的冰来满足空调冷负荷需求的一种节能手段。冰蓄冷空调的广泛应用具有利国利民的重要意义。从空调用户的角度来说，由于可以充分利用夜间低谷廉价电力，从而大大降低了空调系统的运行费用。从电网公司的角度来说，可以把白天高峰时段电力需求大量转移到夜间低谷时段，实现电网移峰填谷、平衡峰谷矛盾，从宏观上大大降低峰谷差带来的能源损失。蓄冷空调优点： 1)转移制冷机组用电时间，起到了转移电力高峰期用电负荷的作用2)空调蓄冷系统的制冷设备容量和辅助设备小于常规空调系统，减少设备的投资、运行和维护费用3)空调蓄冷系统的运行费用由于电力部门实施峰、谷分时电价政策，比常规空调系统要低，分时电价差值越大，得益越大4)蓄冰系统的制冷主机在蓄冰过程中是在满负荷、高效率的运转，而主机在部分负荷运行下的效率比较低。5)可以提供低温的冷冻水，大温差、低温送风可减少冷冻水的流量，从而减小泵的能耗、风机盘管的选型值以及管道和送风管道的大小。6)节能环保，减少能源消耗，有利于生态平衡。蓄冷空调使用范围：蓄冷空调发展到今天，可以灵活应用在各个领域，解决了用电供需的矛盾。商用、民用建筑空调 工业制冷 食品加工大型区域供冷系统等 区域供冷技术是指集中生产并输配冷量。冷量以冷冻水为载体被中心制冷工厂生产出来并通过埋入地下的管道输往办公写字楼、 工业建筑和住宅建筑中去带走室内空气的热量, 实现空调的舒适要求或生产的工艺要求。1.2 蓄冷原理冰蓄冷空调系统，既是在不需冷量或需冷量少的时间（如夜间），利用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出，进行蓄冷。然后将此冷量用在空调用冷或工艺用冷高峰期。因此，蓄冷系统的特点是：转移制冷设备的运行时间，这样，一方面可以利用夜间的廉价电，另一方面也就减少了白天的峰值电负荷，达到电力移峰填谷的目的。将蓄能空调和电力系统的分时电价相结合，从宏观上可以起到平衡电网，微观上可以为空调用户节省大量运行费用。1.3、蓄冷方式：1.3 蓄冷介质蓄冷设备广义地分为显热式蓄冷和潜热式蓄冷。在蓄冷系统中，蓄冷介质是非常重要的，理想的蓄冷介质应具备以下几个特点:1）比热值、潜热值高2）安全，无毒性、无污染性和腐蚀性最常用的蓄冷介质是水、冰和其他相变材料，不同蓄冷介质具有不同的单位体积蓄冷能力和不同的蓄冷温度。分类类型蓄冷介质蓄冷流体取冷流体显热式水蓄冷水水水潜热式静态冰盘管（外融冰）冰制冷剂/载冷剂水冰盘管（内融冰）冰载冷剂载冷剂封装式（冰球）冰或共晶盐载冷剂载冷剂/水动态冰片滑落式冰制冷剂水冰晶冰或水合物载冷剂/制冷剂水/载冷剂1） 水显热式蓄冷以水作为蓄冷介质，是利用水温变化可蓄存的显热量。水的比热为 4.184KJ/Kg.K(1.0Kcal/Kg )。水蓄冷的蓄冷温度一般为46，是空调常用冷水机组可适应的温度。2）冰潜热式蓄冷则是利用冰的融解潜热335KJ/Kg(80Kcal/Kg)。冰蓄冷的蓄存温度为水的凝固点0。为了使水冻结，制冷机应提供-3-7的温度，它低于常规空调用制冷设备所提供的温度。此蓄冰装置可以提供较低的空调供水温度，有利于提高空调供回水温差，以减小配管尺寸和水泵电耗。3）共晶盐为了提高效率，在冷水机的空调工况进行潜热蓄冷，可以采用相变材料蓄冷。目前常用的相变材料为共晶盐，共晶盐有如下要求： a. 融解或凝固温度为58b. 融解潜热大，导热系数大c. 比重大d. 无毒、无腐蚀1.4 蓄冷运行策略蓄冷空调系统将转移多少高峰负荷、应蓄存多少空调容量才具有经济效益，需考虑建筑物空调负荷分布、电力负荷分布、电费计价结构、设备容量及蓄存空间等，以便于决定采用哪个种蓄冷运行策略。1） 全负荷蓄冷全部蓄冷是利用非空调使用时间运转蓄冰机组蓄存足够的冷量，供应高峰时全部的空调负荷需求，空调使用时间主机停止运转，冷负荷完全由蓄存的冷量供给，系统只需运转必要的泵和末端等用冷设备。2 ）部分负荷蓄冷部分蓄冷的概念是利用非空调时间运转机组蓄冷，当需要空调时，将蓄存的冷量放出，同时主机仍然工作，两者共同分担空调负荷。部分蓄冷模式具有主机容量小、所需附属设备减少、冰槽小、投资费用低、经济效益好等特点。由于部分负荷蓄冷方式可以消减空调制冷系统高峰的耗电量、初投资比全蓄冷方式低的优点，所以目前蓄冷工程多采用部分负荷蓄冷方式。1.5 蓄冷空调系统的基本构成1）双工况空调主机2) 制冰、蓄冰设备3) 板式换热器4) 水泵和阀门5) 冷却塔6）管道、水流开关、温控器等辅助设备冰蓄冷系统图1） 双工况主机双工况主机是采用同一台主机，白天用于制冷，夜间用于制冰。常用的冷水机组和双工况机组，从外观上是一样的，但系统的控制有所不同，双工况空调机组一般使用螺杆机或离心机。离 心 机 螺 杆 机 双工况主机的基本要求：a) 双工况主机的压缩机必须有足够的压头范围，在夜间蓄冰状态，冷冻水的出水温度比较低，系统的压差就比较高，如果压缩机主机不能提供足够的压头，机组就不能正常的工作。一般容积式的螺杆机压缩比范围更宽广一些，能更好地使用不同工况；而对于速度型离心机，设计压头必须按照蓄冰工况选择，而在用于空调工况时由于转速过高，以至于压缩机的能耗也比较高。b) 双工况主机的压缩机必须能长期稳定的运行于变压头的情况，在两个工况运行时，主机的蒸发温度和冷凝温度不同，系统所需要的压头也不同，这就要求双工况主机具备很好的变压头调节性能。制冰工况对主机效率的影响：在制冰工况时，由于冷水出水的温度比较低，增加了压缩机的负担，以至于压缩机要做更多的功来满足需要；另外，由于制冰工况制冷量出现衰减，这两方面的影响使得主机在制冰工况下的效率比空调工况下的效果低一些。在冰蓄冷系统中，一般选用螺杆式冷水机组，这是因为：（1）很大的压缩比范围。在制冰、制冷两种工况下，压缩机的吸气温度变化很大，因此压缩机的压头也是变化的，螺杆式压缩机的压缩比可以在很大的范围内是变化，完全可以满足压头变化要求。特别是具有可变内容积比的螺杆式压缩机，在制冰工况下的效率更高，可以减少更多的运行费用。而离心式压缩机的压头相对固定，在两种工况下很难兼顾。（2）结构简单，运动部件少。运行可靠，维护简单。（3）对湿冲程不敏感，无液击危险。而离心式压缩机对此有严格的要求。2） 制冰、蓄冰设备动态蓄冰系统中有制冰机和蓄冰槽；而传统的静态蓄冰系统中只有蓄冰用的冰盘管或冰球。动态制冰机 动态蓄冰槽静态冰盘管 静态冰球3）板式换热器板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。它具有体积小，传热效率高，拆卸、清洗方便等诸多的优点。在系统选型时，需确定换热量、一次和二次侧的进出水温度和压力、允许的水阻力以及最高的工作温度、压力参数。板式换热器在空调工况时，用于制取空调用冷冻水；在制冰工况时，用于制取过冷水。 小型板式换热器 大型板式换热器4) 水泵和阀门水泵分立式水泵和卧式水泵：立式水泵：占地面积少，建筑投入小，安装方便。缺点为：重心高，不适合无固定底脚场合运行。一般小流量,扬程高用立式水泵。卧式水泵： 适用场合广泛，重心低，稳定性好。缺点为：占地面积大，建筑投入大，体积大，重量重。卧式水泵效率高于立式泵,对管路冲击比较小。 立式水泵 卧式水泵阀门：用于调节系统的水流量，使系统运行安全、稳定。电动蝶阀 手动蝶阀5） 冷却塔冷却塔分开式冷却塔和闭式冷却塔。开式冷却塔：通过将循环水喷淋到玻璃纤维的填料上，通过水与空气的接触换热，再通过风机带动塔内气流循环，将与水换热后的热气流带出，从而达到冷却。 此种冷却方式，首期的投入比较的少，但是运营成本较高（水耗、电耗）。闭式冷却塔：简单来说是两个循环：一个内循环、一个外循环。没有填料，主核心部分为紫铜管表冷器。（1）内循环：与空调冷凝系统构成一个封闭式的循环系统，将空调主机冷凝器中的热量带到冷却塔散热 。（2）外循环：为冷却塔本身进行降温，不与内循环水相接触，只是通过冷却塔内的紫铜管表冷器进行换热散热。 闭式冷却塔比较贵，比开式的贵4-5倍，但是可以保证循环水的水质不受外界影响，消除腐蚀与结垢现象对用户设备造成的威胁。 闭式冷却塔 开式冷却塔1.6 蓄冷空调的适用条件1）昼夜负荷相差悬殊的场所2）某一时段限制空调制冷用电的场所3）要求采用低温冷水或低温送风的场所4）区域供冷场所5）合适的分时电价（峰谷电价比在3:1以上）和相关的优惠政策时间段起 始 时 间电 价(元）高峰段8:0011:00；18:0023:001.065平 段7:008:00；11:0018:000.753低谷段23:007:00;0.25某地区现行商业电价1.7 冰蓄冷空调系统种类按蓄冷装置的结构形式可分为以下几种蓄冷系统：a）封装式蓄冷 b）冰盘管蓄冷 c）完全冻结式蓄冷d）片冰滑落式蓄冷e）动态冰晶式蓄冷 a）封装式蓄冷：将蓄冷介质封装在球形或板形小容器内，并将许多此种小蓄冷容器密集地放置在密封罐或开式槽体内，从而形成封装式蓄冰装置。系统运行时，载冷剂在球形或板形小容器外流动，将其中蓄冷介质冻结、蓄冷，或使其融解。 b）冰盘管蓄冷 ：冰盘管式蓄冷装置是由沉浸在水槽中的盘管构成换热表面的一种蓄冰设备。在蓄冷过程，载冷剂（一般为重量百分比为25%的乙烯乙二醇水溶液）或制冷剂在盘管内循环，吸收水槽中水的热量，在盘管外表面形成冰层。 c）完全冻结式蓄冷： 该系统是将冷水机组制出的低温乙二醇水溶液送入蓄冰槽中的塑料管或金属管内，使管外的水结成冰。蓄冰槽可以将90%以上的水冻结成冰，融冰时从空调负荷端流回的温度较高的乙二醇水溶液进入蓄冰槽，流过塑料或金属盘管内，将管外的冰融化，乙二醇水溶液的温度下降，再被抽回到空调负荷端使用。d）片冰滑落式蓄冷：在循环水泵的作用下，低温的循环水进入蒸发板模块上部的布水器，通过布水器的均匀分配，循环水沿蒸发板表面呈膜状均匀流下，制冷剂在蒸发板内蒸发吸热，部分水放热结成冰附在蒸发板的表面，另一部分水落到蓄冰槽内，由循环水泵吸入，从而完成整个制冰循环过程。随着时间的推移，板片表面的冰层越来越厚，冰结到一定厚后通过机械的方法或重力与制冰装置分离，输送到储冰装置中储存，蓄冰过程是经反复多次冻结完成。e）动态冰晶式冰蓄冷：水流过制冰机中的高效换热器，通过自动控制系统对水进行精确的过冷却，形成温度低于稍低于0的过冷水，再通过外部的扰动过冷水形成冰浆，通过管道送到蓄冰槽中储存起来。国内外主要冰蓄冷技术对比1.8 评价冰蓄冷的要点 1）制冷系统的蒸发温度蓄冷空调系统特别是冰蓄冷式空调系统在蓄冷过程中，一般会造成制冷机组蒸发温度的降低。理论上说蒸发温度每降低 l，制冷机组的平均耗电率增加 3。因此在配置系统，选择蓄冷设备时应尽可能地提高制冷机组的蒸发温度。2）名义蓄冷量与净可利用蓄冷量名义蓄冷量是指由蓄冷设备生产厂商所定义的蓄冷设备的理论蓄冷量；净可利用蓄冷量是指在一给定的蓄冷和释冷循环过程中，蓄冷设备在等于或小于可用供冷温度时所能提供的最大实际蓄冷量。 净可利用蓄冷量占名义蓄冷量的百分比例值是衡量蓄冷设备的一个重要指标，此比例值越大，则蓄冷设备的使用率越高，当然此数值受蓄冷系统很多因素的影响，如蓄冷系统的配置，设备的进出口温度等。对于冰蓄冷系统此数值可近似为融冰率 3）制冰率 目前制冰率（IPF）有两种定义：（a） 指对于冰蓄冷式系统中，当完成一个蓄冷循环时，蓄冰容器内水量中冰所占的比例（b） 指蓄冰槽内制冰容积与蓄冰槽容积之比 4）融冰率融冰率是指在完成一个融冰释冷循环后，蓄冰槽内融化的冰占总结冰量的百分比。制冰率与融冰率这两个概念是冰蓄冷式系统中评价蓄冰设备的两个非常重要数值。通常对于同种蓄冷设备在相同条件下，其制冰率和融冰率越高越好。5）蓄冷特性与释冷特性通常通常蓄冷系统的蓄冷温度取决于蓄冷速率和这一时间蓄冷槽体的状态特性，对于蓄冷时间短的蓄冰系统，一般需要较高的蓄冷速率，即指较低的蓄冷温度蓄冷；反之，蓄冷速率慢，蓄冷温度较高。 6）占用空间小，安装灵活蓄冷设备的占用空间是业主与设计者应重点考虑的项目，特别是高楼林立的都市地区，寸士即寸金，有时为增加停车位，而放弃采用蓄冷空调系统，因此蓄冷设备的单位可利用蓄冷量所占用体积或面积是衡量蓄冷设备的一项重要指标，应优先考虑占用空间少，布置位置灵活的蓄冷设备。 7）经济性蓄冷空调系统无论是采用部分蓄冷还是全部蓄冷，其初期投资通常均比常规空调系统高，这就要求设计者应正确掌握建筑物空调负荷的时间变化特性，确定合理的蓄冷设备及其系统配置，制定系统的运转策略，准确地作出经济分析，以便投资者可以在短时间里以节省电费的形式收回多出的投资。第二章 动态冰蓄冷先进技术介绍动态冰蓄冷技术是目前国际上最先进的冰蓄冷技术，它采用具有良好流动特性的冰浆取代现有的冰球和蓄冰盘管，克服了传统冰蓄冷技术在成本和效率上的劣势。中科院广州能源研究所和鑫誉蓄能科技有限公司经过两年多的科研攻关，在热交换器过冷堵塞、冰浆生成、融冰解冰等关键技术上取得了突破，成功研制了动态冰蓄冷系统。该技术的研究成功，不仅填补了我国在该领域的空白，而且将大大促进冰蓄冷技术在我国的推广和利用，有效实现电力系统的“移峰填谷”。2.1 动态冰蓄冷原理动态冰蓄冷制冷系统中，20%浓度的乙二醇载冷剂在空调主机蒸发器中被冷却到0以下后，通过乙二醇泵连续不断地送到制冰机的换热器一侧中；而冰槽的水在泵的输送下也连续流过制冰机的换热器另一侧中，在换热器中水被乙二醇溶液过冷却到稍低于0的温度，再通过超声波促晶方式对过冷水实施扰动以实现过冷的水结成冰晶。冰水混合液体通过泵输送到蓄冰槽后，分离出来的冰浆浮在蓄冰槽上面储存起来，而蓄冰槽下面的水再送回制冰机换热器中制取过冷水，从而实现循环的动态制冰过程。动态制冰原理图过冷水：温度低于0但仍不能形成冰的水称为过冷水。因为水中缺少凝结核，所以水在0之下也不会结冰。过冷水是不稳定的，只要投入少许该物质或通过外部的扰动，便能诱发结晶，并使过冷水的温度回升到凝固点0。过冷度： 水的冰点在标准大气压下为0，但温度降到0时并不立即结冰，而是低于0 以下的某个温度点才开始结冰，低于0的差值就是过冷度。过冷水促晶方法： （1）机械冲击法：将过冷水冲击到挡板上，产生剧烈的扰动而促晶优点：结构简单，成本低廉，可靠性高缺点：开式循环，过冷解除不完全（2）冰核自促晶法：将过冷水送到不相连的解除管优点：结构简单，成本低廉，可靠性高缺点：开式循环，过冷解除不完全（3）局部低温法：采用半导体制冷设备进行局部低温促使结晶优点：闭式循环，促晶管路简单缺点：设备成本较高，过冷解除不完全（4）超声波辐射法：利用超声波发生器产生超声波振子扰动过冷水促使结晶优点：闭式循环，过冷解除完全缺点：设备成本较高，促晶器较复杂乙二醇载冷剂：蓄冰系统需要通过载冷剂来传送冷量，所以载冷剂的冰点需要低于水的冰点，在制冰时不会冻结。冰蓄冷系统常用的载冷剂是在水中添加乙二醇溶液。乙二醇是无色、无味的液体，其挥发性低、腐蚀性低，易溶解于水及多种有机化合物，其水溶液的密度与粘度稍大于水，而比热稍小于水。溶液的粘度对空调主机和水泵的能耗和影响是很大的，对主机和乙二醇泵来说，溶液的粘度越小越好，既是浓度越小越好，但不能太低，以防结冰凝固。动态蓄冰系统一般选用20%浓度的乙二醇溶液作为载冷剂。 浓 度（%）1015202530354045 凝固点 （）-3.2-5.4-7.8-10.7-14.7-17.9-22.3-27.5乙二醇溶液参数表2.2 动态冰蓄冷系统构成动态冰蓄冷系统图动态冰蓄冷系统主要由空调主机、制冰机、蓄冰槽、板式换热器、微晶处理器、水泵、冷却塔、阀门、末端等部分组成。制冰机是整个制冰系统的关键所在，设计选型、安装调试、维护保养必须严格按照规定进行，否则将影响系统的使用效果。2.3 动态冰蓄冷的优势动态冰蓄冷是针对传统静态冰蓄冷的各种缺陷而发展起来的新技术，动态冰蓄冷技术的最大特点是在动态过程中制取冰浆，具有能效高，蓄冰和融冰快等优点，主要技术优势体现在以下几个方面。1） 传热效率高，制冰速度快传统的冰球、盘管式冰蓄冷的制冰和融冰过程都是在静态下主要通过导热的传热方式完成。当冰层较厚时，热量传递穿过冰层时的热阻非常大，导致传热系数低下，制冰和融冰速度缓慢，而且能量损失大。动态冰蓄冷技术则彻底改变了原有的传热方式，传热和相变两个环节在被分开在不同的空间完成。传热时不结冰，结冰时不传热，传热过程始终为高效的液体强制对流方式，避免了静态冰蓄冷中的冰层热阻问题，因而整体传热效率得到大幅度提高，制冰速度快。2） 制冰过程蒸发温度高，机组COP提高，能耗显著降低不管冰球还是盘管，制冰运行过程中制冷剂蒸发温度都在-6 -10以下，而且随着冰层的加厚，蓄冷后期的蒸发温度还将持续降低。而动态冰蓄冷的蒸发温度已经被提高至-3 -5以上，蒸发温度的提高使得机组能效比COP提高了15%以上，也就是说动态冰蓄冷所需消耗的电能可以节约15%以上。3） 融冰速度快，负荷响应灵敏冰球和盘管的融冰放冷需要通过不冻液来间接传递，这就使得融冰过程中同样面临着与制冰过程中相同的传热热阻问题。当空调用户端冷负荷需求较高的时候，蓄冰槽内的冷量无法快速释放，极大地限制了在用电高峰时段的削峰效率。动态冰蓄冷制出的冰是以冰浆的形式存在，在融冰放冷时无中间不冻液循环环节，较高温度的回水回到蓄冰槽后直接喷淋在冰层上，因此融冰速度极快，当末端冷负荷需求突然增大时也能迅速释放冷量从而满足需求，负荷响应非常灵敏。 4） 场地适应性强，冰槽空间有效利用率高，场地占用减小冰球和盘管式冰蓄冷的蓄冰槽由于其中需要安装容纳相关设备，因此对槽的外形尺寸都有要求和限制，这给冰蓄冷系统的实施造成了很严重的客观限制，尤其对于位居城市中心的楼宇建筑，场地空间极其稀缺，该问题十分突出。对于动态冰蓄冷，蓄冰槽内不需安装盘管等设备，所起的作用仅是存放冰浆，因此对蓄冰槽的尺寸几乎无特别要求，只要容积足够，不管何种形状都能用，场地适应性非常强。现有的水槽、地下停车场、以及消防水池均可用来进行蓄冷。5） 动态冰蓄冷与低温送风的完美结合与冰蓄冷相结合的低温送风的系统，可降低系统的初投资和运行费用。低温送风系统区别于常规的空调系统的13的送风标准，低温送风系统可向空调区域输送410的冷风，除湿效果好，使用舒适。低温送风系统降低了室内相对湿度，提高舒适性，大幅改善室内空气品质。末端系统的减少，节约了建筑物的有限空间，降低了楼层高度要求。节省建筑结构成本。低温送风系统的送风温度低，空气流量低，降低末端的风机功率和电耗，同时减少了风管的尺寸；减少了冷冻水的供水量，以致减少水泵和管道的规格尺寸，从而节约初投资和运行使用费用。年运行能耗比较6） 降低使用成本新型的动态冰蓄冷系统与传统的冰球或盘管式冰蓄冷系统在主要设备上互有增减，工程总体成本大致相当，如动态冰蓄冷省去了盘管设备，但增加了热交换器成本。然而在运行费用上，动态冰蓄冷则表现出显著的优势。由于动态冰蓄冷的制冰能效比高，传热效率也高，因此在实际运行中更具有更好的节能表现。 7） 避免离心机在蓄冰时效率偏低和发生喘振现象对于大型的冰蓄冷项目而选用了离心机时，如果采用常规的冰球、冰盘管等静态的冰蓄冷方式，就会发生以下不良现象：a）蓄冰后期出口温度不够低离心机在静态蓄冰运行时，蒸发温度一般在-10左右。冰球、冰盘管在蓄冰后期由于冰阻的影响，为提高系统制冰效率就需要更低的蒸发温度，超出了离心机的运行范围，以致影响了制冰效率。b）离心式容易发生喘振采用冰球、冰盘管蓄冷时空调机组的蒸发温度与蒸发压力很低，由于蒸发压力过低导致压缩机运行时易发生喘振（制冷剂从冷凝器倒流回压缩机）现象，喘振对压缩机的损伤是非常致命的，严重时可导致压缩机的损毁。动态冰蓄冷机组的蒸发温度一般在-5左右，相对于冰球和冰盘管静态蓄冷，由于提高了机组的蒸发温度，使得机组运行时远离喘振区，避免了喘振的发生，不但有效地保护机组的安全使用，而且还提高了系统的运行效率。2.4 动态冰蓄冷运行模式1） 制冰 利用夜间低廉的电价进行制冰蓄冷，白天用于空调或生产工艺的使用，减少空调系统的运行费用，节约运行成本。2） 制冰同时供冷 当制冰的期间需要使用较小的冷负荷时，部分的乙二醇溶液输送到直接供冷板换，另一部分的乙二醇溶液输送到制冰机板换制冰，再输送到冰槽储存起来，蓄冰的同时使用空调，一机两用。3） 单融冰供冷 在这种模式下，制冷主机停止工作，需要的冷负荷完全由储存在蓄冰槽里的冷量直接供给，即使停电了，使用空调也不受影响。4） 主机供冷 在这种模式下，楼宇或工艺的冷量全部由制冷主机维持，主机只作为空调使用，系统不制冰。5） 主机与融冰同时供冷在用冷高峰期间，单是主机或蓄冷已不能满足用冷的需求，这时就需启动主机与蓄冷同时工作的模式，以满足冷量的需求。以上各种模式的切换，可简单地通过开启或关闭相关阀门以及启动相应的控制程序便可实现，操作使用简便。动态冰蓄冷系统图2.5 动态冰蓄冷控制方案鑫誉动态冰蓄冷控制面板动态冰蓄冷控制系统由低压动力柜、控制柜、人机界面、PLC控制器、温度传感器、压力传感器等组成。人机界面读取PLC控制器，能显示所有运行参数数据和水泵，阀门等设备的运行状态。PLC控制器通过接收人机界面的命令，执行相应的运行工况。冰蓄冷系统三大基本功能：制冰运行、融冰放冷运行、直供放冷运行。制冷运行是在晚上低谷电价运行，把水制成冰储藏在蓄冰槽里。融冰放冷运行是把冰槽里的冷量释放到中央空调的各个房间里去，而无需开冷冻主机。直供放冷运行是双工况主机执行制冷工况，通过直供板换使空调冷冻水降温。（1）制冰运行：双工况冷冻机组运行低温制冰工况，使乙二醇降温到约-3左右。乙二醇溶液通过板换与冰槽里的水交换冷量，使过冷板换水出口温度为0，再通过促晶发生器产生冰晶流入冰槽里。制冰启动运行，先开启制冰阀，然后依次启动制冰泵、乙二醇泵、冷却泵、冷却塔、压缩机。停止过程正好相反，先停压缩机，然后依次停止冷却泵、冷却塔、乙二醇泵、制冰泵，关闭制冰阀。启动、停止过程如下图：（2）融冰放冷运行：融冰功能控制只开启释冷泵和冷冻泵就可以完成整个融冰功能。为了保证冷冻回水温度稳定，防止冷冻回水温度太低，释冷泵采用变频器控制水泵运行频率调节冷冻回水温度。释冷泵变频调节采用模糊控制，把冷冻回水控制温度分为三个区，增大频率区、保持区、减小频率区。冷冻回水温度大于13，属于增大频率区；冷冻回水温度小于或者等于13，大于或者等于12，属于保持区；冷冻回水温度小于12，属于减小频率区，见下图。如果冷冻回水温度处于增大频率区，PLC控制器会每隔一个时间周期发送增大频率命令给变频器，直到50HZ；如果冷冻回水温度处于保持区，PLC控制器不会给出任何命令，保持现在运行频率运行；如果冷冻回水温度处于卸载区，PLC控制器每隔一个时间周期发送减小频率命令给变频器，降到25HZ，延时一段时间后还是处于减小频率区，停止释冷泵，等到冷冻回水温度上升到增大频率区，才会自动启动释冷泵。（3）直供放冷运行：制冷主机在空调工况下使用，使乙二醇溶液降温到4，空调冷冻水通过直供板换与乙二醇溶液交换热量，产生7的出水温度，回水温度为12，满足空调使用要求。2.6 动态冰蓄冷低温取水动态冰蓄冷制出的冰是以冰浆的形式存放在蓄冰槽里。在融冰放冷时无须通过乙二醇溶液与冷冻水循环换热环节，由高温冷冻水回到蓄冰槽后直接喷淋在冰层上，由于回水温度相对比较高，所以融冰速度极快，因此可以稳定地取得02的低温冷冻水，可以广泛用于牛奶、啤酒等要求低温加工生产的行业。第三章 动态冰蓄冷系统工程设计常规空调系统是依据峰值冷负荷选定冷水机组和空调设备，而空调蓄冰系统则需要根据典型设计日的总冷负荷和运行策略（即全负荷蓄冷还是部分负荷蓄冷）设计。因此设计空调蓄冰时，应能比较准确地提供典型设计日的日负荷图。3.1 确定建筑物设计日的空调逐时冷负典型设计日的逐时负荷应根据典型日逐时气象数据、建筑围护结构、人流、内部热源设备以及运行制度，采用动态负荷计算法计算。其中关键是人流、内部设备、新风量等随机负荷的计算需要大量的统计数据。空调负荷计算可见其它暖通空调设计手册。在初步设计中，可采用逐时负荷系数法，根据峰值负荷估算典型设计日逐时负荷或典型设计日总负荷。计算式为：qiKqmax式中：qmax高峰小时冷负荷，kW或RT；.qii时刻空调冷负荷，kW或RT；K逐时冷负荷系数，可参考表1取值。逐时负荷系数详见表下表，可依此计算出设计日逐时冷负荷。表中以峰值小时负荷为1，但是应注意影响建筑物设计日逐时冷负荷的因素很多，因此表中所列数据仅供设计者参考。时间写字楼宾馆商场餐厅咖啡厅夜总会1:00-2:000.16 2:00-3:000.16 3:00-4:000.25 4:00-5:000.25 5:00-6:000.25 6:00-7:000.50 7:00-8:000.31 0.59 8:00-9:000.43 0.67 0.40 0.34 0.32 9:00-10:000.70 0.67 0.50 0.40 0.37 10:00-11:000.89 0.75 0.76 0.54 0.48 11:00-12:000.91 0.84 0.80 0.72 0.70 12:00-13:000.86 0.90 0.88 0.91 0.86 0.40 13:00-14:000.86 1.00 0.94 1.00 0.97 0.40 14:00-15:000.89 1.00 0.96 0.98 1.00 0.40 15:00-16:001.00 0.92 1.00 0.86 1.00 0.41 16:00-17:001.00 0.84 0.96 0.72 0.96 0.47 17:00-18:000.50 0.84 0.85 0.62 0.87 0.60 18:00-19:000.50 0.74 0.80 0.61 0.81 0.76 19:00-20:000.31 0.74 0.64 0.65 0.75 0.89 20:00-21:000.22 0.50 0.50 0.69 0.65 1.00 21:00-22:000.18 0.50 0.40 0.61 0.48 0.92 22:00-23:000.18 0.33 0.87 23:00-24:000.16 0.78 0:00-1:000.16 0.71注：本表摘自冰蓄冷系统设计3.2 确定蓄冰系统的形式和运行策略 通常蓄冰系统是采用完全蓄冷还是部分蓄冷可根据建筑物设计日空调负荷分布曲线图来确定。原则上说，对于设计日尖峰负荷远大于平均负荷，则系统宜采用全部蓄冷；反之，对于设计日尖峰负荷与平均负荷相差不大，制冷能力又较大，且全天运行时，宜采用部分蓄冷。全部蓄冷式系统的投资较高，占地面积较大，一般不太采用，但由于完全蓄冷的经济效益与社会效益最好，完全蓄冷的形式在条件允许的场合，还是应该提倡采用的。而部分蓄冷式系统的初期投资回收期较短，运行费用大幅度下降，这种蓄冷形式同样是应该推广采用的。具体采用何种形式，可根据实际情况来定。由于部分负荷蓄冰方式可以削减空调制冷系统高峰耗电量，而且初投资比较低，所以目前多采用这种。3.3 确定制冷主机的容量a) 全负荷蓄冷制冷主机的制冷量确定动态冰蓄冷系统冷水主机的最佳平衡计算式应为：式中：qc-以空调工况为基点时的制冷机制冷量，kW或RT； qi-建筑物逐时冷负荷，kW或RT； Q-设计日空调总冷量，kWh或RTh； n1-夜间制冷主机在蓄冰工况下的运行小时数，一般为8小时； 0.75-冷水机组制冰工况系数，即冷水机组蓄冰工况制冷能力与空调 工况制冷能力的比值。b) 部分荷蓄冷制冷主机的制冷量确定动态冰蓄冷系统冷水主机的最佳平衡计算式应为：式中：qc-以空调工况为基点时的制冷机制冷量，kW或RT；qi建筑物逐时冷负荷，kW或RT；Q-设计日空调总冷量，kWh或RTH；n1-白天制冷主机在空调工况下的运行小时数，h；n2-夜间制冷主机在蓄冰工况下的运行小时数，一般为8小时；0.75-冷水机组制冰工况系数，即冷水机组蓄冰工况制冷能力与空调工况制冷能力的比值。c) 制冷主机的选择蓄冰空调系统用冷水机组需要适应空调工况和蓄冰工况，故常称之为双工况冷机，可供选择的类型有活塞式冷水机组、螺杆式冷水机组和离心式冷水机组。同时，在设计蓄冰空调系统时还应注意冷水机组在不同工况运行时的制冷量变化。一般情况，制冷量变化如下：对于空调工况，空调用供水温度7，冷却水进水温度为32时，采用体积浓度20%乙二醇水溶液为载冷剂时，其制冷量约为以水为载冷剂的98%。一般冷却水冷凝温度每降低1，机组产冷量约增加1.5%，蒸发温度每降低1，产冷量会减少3%。如果建筑物在夜间蓄冰时段仍有部分的供冷需求，则系统必须考虑增加基载主机以满足这部分的供冷需求。基载主机配置的大小取决于建筑物的负荷特性，系统设计与设备选型与普通空调系统相同，档夜间负荷比较小时，一般会采用螺杆机组作为基载主机，但对于一些大型综合建筑物来说，夜间的负荷比较大，这时会采用离心机冷水机组，由于这部分负荷主要都在夜间，环境的温度比较低，因而特别适用采用变频驱动的离心机来充分利于低冷却水温，以达到更充分的节能效果。3.4 确定动态冰浆生成机组根据所选主机容量与冰浆生成机组技术参数表中空调工况制冷量进行比较，选择一台或多台制冰机组，以使其制冷工况制冷量总和与主机相匹配。3.5 蓄冰槽的容量计算及设计蓄冰槽的体积按以下方法确定：蓄冰量等于：式中：qc-以空调工况为基点时的蓄冰主机的制冷量，kW或RT；n2-夜间制冷主机在蓄冰工况下的运行小时数，一般为8小时；Cf-冷水机组制冰工况系数，即冷水机组蓄冰工况制冷能力与空调工况制冷能力的比值，动态冰蓄冷系统取0.75。蓄冰槽的体积等于：VQs/14.2式中：Qs-蓄冰量，RTh；14.2-单位体积的冷量，RTh/m3。3.6 蓄冰槽的形式和保温a) 蓄冰槽的形式(1) 槽体为钢筋混凝土结构；(2) 槽体为双层不锈钢板保温结构；设计此结构时必须满足: 槽体基础能承受置于其上面的重量； 当水蓄满时，槽体不能因为承受太大的水压力而破裂或者泄露。施工时必须做到： 蓄冰槽内表面平整，无凹凸感； 内外表面做好防水、防腐、保温、隔气处理。b) 蓄冰槽的保温蓄冰槽是钢筋混凝土结构，蓄冰槽采用内保温的形式，具体顺序是： 20防水水泥沙浆找平； 涂4道SBS改性沥青防水卷材； 做厚约0.7mm的可与保温材料密切粘结的粘结层； 铺厚100mm聚氨酯发泡保温材料； 做厚20mm防水沙浆保护层； 做5层（3mm）耐高温（0110）玻璃钢环氧树脂涂料防水层。3.7 水泵的选型计算a）乙二醇溶液泵，循环量按下式计算：L=Q3600/C（tR- tS）式中： L-乙二醇溶液流量，m/h；Q-主机的蓄冷工况制冷量，KW；C-20%乙二醇溶液的比热，3.89，kJ/kg；-20%乙二醇溶液的密度，1020，kg/m；tS乙二醇供水温度，-3.5；tR乙二醇回水温度，-0.5；b）制冰泵， 循环水量按下式计算：L=Q3600/C（tR- tS）式中： L制冰泵的循环水量，m/h；Q-主机的蓄冷工况制冷量，KW；C水的比热，4.2，kJ/kg；水的密度，1000，kg/m；tS制冰泵供水温度，-2；tR制冰泵回水温度，0.5；c）释冷泵，循环水量按下式计算：L=Q3600/C（tR- tS）式中： L释冷泵的循环水量，m/h；Q蓄冰槽放冷量，KW；C水的比热，4.2，kJ/kg；水的密度，1000，kg/m；tS释冷泵供水温度，；tR释冷泵回水温度，；d）二次冷冻泵，循环水量按下式计算：L=Q3600/C（tR- tS）式中： L冷冻水泵的循环水量，m/h；Q蓄冰槽放冷量，KW；C水的比热，4.2，kJ/kg；水的密度，1000，kg/m；tS冷冻水供水温度，；tR冷冻水回水温度，；e）冷却泵，循环水量按下式计算：L1=Q13600/C（tR1- tS1）式中： L1冷却泵的循环水量，m/h；Q1冷凝器散热量，KW；C水的比热，4.2，kJ/kg；水的密度，1000，kg/m；tS1冷却水进水温度，；tR1冷却水出水温度，；若用于大温差送风空调系统，空调末端可取低于7的常规冷冻水出水温度，回水温度高于12。以上所有水泵的扬程根据具体水力计算确定。3.8 动态冰蓄冷应用案例1）项目概况2）方案比较分析雁盟酒店文化产业园区现已投入使用的装机容量为：1台364RT螺杆机和1台298RT螺杆机，总装机容量662RT。增加的园区使用空调方案设计如下：a）若采用常规冷水系统，则制冷主要设备配置如下表：逐时负荷运行图b）若采用动态冰蓄冷系统方案，则制冷主要设备配置表如下设计日负荷运行图对比得知，采用动态冰蓄冷系统方案，“削峰运行”，减少了主机的容量，其比较如下表：3）运行电量及年运行费用比较：4）经济分析比较：3.9 经济性分析虽然采用动态冰蓄冷空调方案系统比使用常规空调系统初投资增加费用约747万元，但动态冰蓄冷年运行费用比常规空调节省249.5万元，其静态投资回收期约3年即可收回投资成本。 按20年使用寿命来计算，则20年带来的直接经济效益为4990万元。不管在技术上，还是投资回报上均切实可行，改造后节能效益十分显著 。第四章 动态制冰机组规格与参数动态制冰机是动态冰蓄冷系统的核心部件，制冰机内包含了多种的发明专利和技术，是中国科学院广州能源所和广州鑫誉蓄能科技有限公司联合研发的最新成果，填补了国内动态冰蓄冷的空白。 采用国际先进技术制取细小的冰晶，冰的表面积比冰球和冰盘管提高100倍以上。融冰时回水直接与冰浆进行混合，热交换效率和融冰速度、负荷相应性能大幅提高。制冰系统可根据客户的设备空间自由组合，大幅提高空间的利用率。冰浆可以自由输送，制冰系统与蓄冰系统可以完全分离，大幅提高用户的场地适应性。动态制冰机型号规格表 参数项目DT30DT100DT150 DT200DT600空调工况制冷量(RT)30 100 150 200 600 载冷剂20%乙二醇溶液电 源380V 3P 50Hz额定功率(kW)0.51.52.22.25.5制冰量(T/h)0.752.53.8515载冷剂流量(m3/h)2889134178534制冰水流量(m3/h)3098147195588载冷剂侧阻力（KPa）80制冰侧阻力（KPa）80外形尺寸（mm）168010001730215213062186282415202200282415202200400019403030运行重量(Kg)24003450400046609000DT30制冰机组DT100制冰机组DT150制冰机组DT200制冰机组DT600制冰机组第五章 动态冰蓄冷系统操作维护5.1 操作指南 操作界面在数据浏览界面的左上角是显示压缩机、水泵、阀门的运行状态。压缩机、水泵指示灯红色标示处于停止状态，指示灯绿色标示处于运行状态。阀门指示灯红色标示处于关闭状态，绿色标示处于打开状态。右上角显示的是过冷水流量实时变化曲线。数据浏览界面的中间部分是各种参数数据显示，在这里能非常直观浏览到制冰、融冰、直供运行的大部分参数，如：乙二醇入口出口温度、过冷板换入口出口温度、过冷板换入口出口压力、冷冻进出水温度等。数据浏览界面的下部有两排操作按钮，上面黄色按钮一排是制冰、融冰、直供启动运行按钮和停止运行按钮。如果需要启动制冰运行，点击“制冰启动”按钮，会弹出二次确认界面，点击“YES”，执行制冰启动命令，点击“NO”，返回原界面，无执行任何操作。下面一排绿色按钮是换页按钮，点击可进入相应的界面。在图形界面里可以很方便形象看到动态冰蓄冷系统和相关的数据。双工况机组与冷却塔连成回路的管路是冷却水系统；双工况机组与制冰设备连接的管路是乙二醇水系统；冰槽右侧管路是制冰管路系统；冰槽左侧是融冰放冷管路系统。水泵上红色指示灯表示水泵处于停止运行，当指示灯变成绿色表示水泵运转。触摸制冰机组，会自动弹出制冰机组运行相关数据。同样，触摸双工况机组也是如此。5.2 用户参数 由于制冰系统对自动化程度要求非常高，正常情况下都是要求在数据浏览界面里操作，不允许手动单独操作某个水泵或者阀门。在系统调试阶段、维修需要或者特殊情况下，需要对某个设备单独操作启停或者开关，可以在用户参数界面里操作。为了防止操作者误动作，每次触摸操作都会提示二次确认。每个设备按钮红色标示设备处于断电停止或者关闭状态，绿色标示设备通电运行或者打开状态。每触摸一次设备按钮，设备就会朝相反的状态动作。注意：在操作结束，需要返回主界面的情况下，请确保把所有都断电停止或者关闭状态。进入用户参数界面需要输入密码：11558877。5.3 故障查询 故障查询界面里可以查询当前发生故障和以往时间发生的故障，每个故障发生的时间和消除时间都详细记录在这里。在故障时间和故障内容之间，有A或者C的显示，A表示发生故障；C表示故障消除，很明显看到某个故障发生的时间和消除的时间。历史数据和历史曲线触摸屏时时刻刻检测PLC数据，并且每隔一分钟定时记录一次重要参数数据，保存在触摸屏的CF里，需要的时候可以随时调出到电脑里。在历史数据界面里可以查询到以往时间数据值。历史曲线和历史数据是对应，触摸屏记录的数据可以在历史曲线上以曲线变化的形势表示出来。定时启停低谷电价都是在半夜时段，为了在半夜开机，需要在定时启停界面里设置定时时间。在设置制冰或者融冰定时时间前，先检查PLC当前时间与现在时间是否一致，如果相差比较大，必须校正。在PLC时钟修改一行输入当前时间值，然后点击“修改脉冲”，PLC时钟时间就会被修正。定时分为制冰定时和融冰定时，每个定时都需要设置开机时间和关机时间。主要制冰定时的开关机时间必须要和融冰定时的开关机时间错开。设置好定时开关机时间后，还要设置相应的定时使用和星期定时使用才起作用。比如制冰定时使用，融冰定时禁用，星期一到星期五定时使用，星期六和星期天定时禁用，PLC控制器就会在星期一到星期五按制冰定时时间开机和关机，融冰无任何操作，除非把融冰定时禁用改成定时使用。进入定时启停界面也需要输入密码：11558877。5.4 系统常见故障处理故障现象故障原因解决办法水泵过载电流大于整定值热继电器整定值调大水泵电流偏大增大电源线径，减少压降温度传感器故障温度传感器断路检查线路或者更换电缆温度传感器短路温度模块通道故障更换模块压力传感器故障压力传感器断路检查线路或者更换电缆压力传感器短路模拟量模块通道故障更换模块流量传感器故障流量传感器断路检查线路或者更换电缆流量传感器短路模拟量模块通道故障更换模块水流不足报警水流开关误动作更换水流开关水泵反转调换水泵电源2根线水流开关线路断路驳接线路断点触摸屏黑屏保险丝坏更换保险丝开关电源故障更换开关电源急停按钮锁定断开急停按钮复位PLC柜空气开关跳闸空气开关重新合闸5.5 系统维护正常运行及检查1）经常检查机组及换热器的所有密封面及焊缝，观察有无渗透等不正常现象。