淺談冰蓄冷低溫送風空調(diào)系統(tǒng)的原理、設(shè)計和節(jié)能應(yīng)用
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摘要：當前我國能源短缺的現(xiàn)狀和峰谷電價差的政策為冰蓄冷空調(diào)提供了巨大的發(fā)展前景，而低溫送風技術(shù)和冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合具有極大的優(yōu)越性和節(jié)能特性。本文闡明了該系統(tǒng)的技術(shù)原理和節(jié)能優(yōu)勢，討論了冰蓄冷低溫送風空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法，指出其在我國的發(fā)展前景和趨勢。

關(guān)鍵詞：冰蓄冷空調(diào) 低溫送風 節(jié)能

引言
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)設(shè)備的需求量越來越大，空調(diào)能耗急劇上升，目前已占到我國總能耗的15%左右[1]。而我國是一個能源供應(yīng)十分緊張的國家，全國連年出現(xiàn)大范圍電力供應(yīng)緊張的局面。目前，國家電力部門己經(jīng)制定了峰谷電價差政策，使低谷電價相當于高峰電價的1/2～1/6，峰谷電價的實施，給冰蓄冷空調(diào)提供了巨大的發(fā)展前景。
另一方面，單純的冰蓄冷系統(tǒng)，利用午夜以后的低谷電制冰，儲存到白天用電尖峰時段供冷，確實可以有效地轉(zhuǎn)移一部分尖峰用電時段的空調(diào)用電負荷。當這兩者緊密結(jié)合在一起時，更顯示了冰蓄冷技術(shù)的優(yōu)越性與競爭力，低溫送風空調(diào)方式也隨之被帶動發(fā)展起來，這對改變傳統(tǒng)的制冷空調(diào)方式, 應(yīng)用和推廣節(jié)能型的空調(diào)系統(tǒng)具有重要的意義。

冰蓄冷技術(shù)和低溫送風技術(shù)簡介
空調(diào)冰蓄冷技術(shù)是20世紀90 年代以來在我國興起的一門實用綜合技術(shù)。實施該技術(shù)能夠有效地“移峰填谷”平衡電網(wǎng)的供電負荷，具有顯著的社會和經(jīng)濟效益。而在電力負荷較高的白天，也就是用電高峰期，將冰融化釋放冷量，用以部分或全部滿足建筑物空調(diào)負荷的需要。其運行費用由于電力部門實施峰、谷分時電價政策，比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要低，分時電價差值越大，得益越大。同時空調(diào)蓄冷系統(tǒng)中制冷設(shè)備滿負荷運行的比例增大，狀態(tài)穩(wěn)定，提高了設(shè)備利用率。
低溫送風空調(diào)方式是在蓄冷技術(shù)的發(fā)展下帶動起來的空調(diào)技術(shù)。低溫送風的概念是相對于常規(guī)送風而言的，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)從空氣處理機送出來的空氣溫度為16～18 ℃，低溫送風系統(tǒng)的上述空氣溫度為7～12 ℃，而超低溫送風系統(tǒng)的上述空氣溫度則為4～6 ℃。
低溫送風通常按送風溫度的高低可分為三類[2]。第一類是超低溫送風，送風溫度為4～6 ℃，稱之為超低溫送風，此類低溫送風由于需要特制的風口，故一般較少推薦采用。第二類是低溫送風，送風溫度為6～8 ℃，標稱送風溫度為8 ℃，此較低溫送風和冰蓄冷技術(shù)緊密結(jié)合在一起，能夠獲得較好的空調(diào)效果，經(jīng)濟效益很好，倍受人們的歡迎，因此是最佳最優(yōu)的選擇，得到了較大范圍內(nèi)的推廣與應(yīng)用。因此本文中著重討論的低溫送風為第二類冰蓄低溫送風系統(tǒng)。

二、冰蓄冷和低溫送風技術(shù)的結(jié)合形式
在設(shè)計中，將冰蓄冷冷源與低溫送風結(jié)合起來，有三種送風系統(tǒng)。圖1是帶有終端風扇引風設(shè)備的送風系統(tǒng)。圖2是終端有冷空氣送風口的蓄冰低溫送風系統(tǒng)，這種送風溫度較低，為避免吹到人身上的溫差過大引起不適，故送風裝置一般采用散流器來控制室內(nèi)溫度分布。圖3是采用雙制冷機，帶末端風扇引風設(shè)備的送風系統(tǒng)融冰水(即一次冷源) 供低溫盤管，部分冰水與回水混合(二次冷源) 后供高溫盤管。部分回風和新風混合后經(jīng)過兩次冷卻后送入送風管道, 進行空氣調(diào)節(jié)。

圖1 末端有引風設(shè)備的蓄冰低溫送風

圖2 末端有冷空氣送風口的蓄冰低溫送風

圖3 雙制冷機的蓄冰低溫送風

三、冰蓄冷低溫送風空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點和節(jié)能分析
冰蓄冷低溫送風空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能方面的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為以下幾點：
1、我國大城市電網(wǎng)峰谷差約為20%~ 25%( 50 kWh~ 80 kWh) 。冰蓄冷低溫送風空調(diào)系統(tǒng)利用削峰補谷均衡電網(wǎng)峰谷負荷相當于擴大了電廠的建設(shè)。我國在大部分地區(qū)已開始實現(xiàn)了分時電價的政策，用戶從中可節(jié)省電費20%~ 30% 。
2、制冷設(shè)備容量是根據(jù)最大設(shè)計負荷來確定的，實際上最大設(shè)計負荷的運行時間只有10%。采用冰蓄冷后裝機容量可減少30%~ 70%，從而制冷機可以常在設(shè)計工作點上持續(xù)運
行，避免了間歇運行或采用能量調(diào)節(jié)方法所引起的能量損失。
3、實現(xiàn)冰蓄冷空調(diào)之后, 可以采用低溫、大溫差送風�？照{(diào)冷水量及送風量將大為減少。制冷設(shè)備、冷卻水塔、水泵和風機的容量以及附件等也相應(yīng)減少，與傳統(tǒng)空調(diào)相比，其系統(tǒng)的設(shè)計和用冷情況可節(jié)能5%~ 45%。
4、冰蓄冷是同時利用水的顯、潛熱進行蓄冷的。由于蓄冷密度大，其溫度幾乎恒定。
冰蓄冷槽的容積只是水蓄冷槽的10%~ 30%。因而冷損失也小于20%~ 25%。

除此之外，冰蓄冷低溫送風空調(diào)還有以下優(yōu)點：
1、節(jié)省初投資
因空氣處理機、風機、冷凍水泵和水管管徑尺寸減小，雖然低溫送風要增加冷卻盤管、末端裝置和管道保溫的投資，但總投資比常規(guī)空調(diào)節(jié)省。有研究表明，采用此系統(tǒng)風道截面積減少了40 %，空調(diào)設(shè)備占用面積減少45 %[3]，水泵容量可以減少一半左右[4]。另外，用“移峰填谷”減少高峰電力需求，從而減少了輸配電設(shè)備投資和增容費[5]。
2、占用空間減少
可降低房間層高，節(jié)省建筑空間和工程造價。因為低溫送風風管比常規(guī)風管小，需安裝風管的房間頂部空間高度至少可以減小90~ 185mm，建筑工程造價可減少3.76%~ 13.6%。
3、相對濕度較低
采用低溫送風的房間, 盤管出口的干球溫度降至5. 5 ℃，可使相對濕度達到38% 左右，而常規(guī)系統(tǒng)是50% ~ 60%，相對濕度降低。25 ℃的室內(nèi)條件( 典型低溫一次風系統(tǒng)) 可以在使用區(qū)內(nèi)產(chǎn)生清新而涼爽的感覺，同時較小的空氣處理設(shè)備也減少了噪聲，提高空調(diào)房間舒適度[6]。室內(nèi)霉變減小了, 東西更易保存。
四、冰蓄冷低溫送風空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法研究
這里我們主要討論低溫送風末端裝置系統(tǒng)的設(shè)計。低溫送風設(shè)備的冷卻盤管一般需要8~ 12排管。因送風溫度較低, 一次送風量小, 稍不注意即可能發(fā)生送風裝置表面凝露, 而低溫空氣易于下沉, 使人有吹冷風感而不適。為此, 應(yīng)采取如下措施:
(1) 將低溫一次風送入房間以前, 在誘導(dǎo)混合風箱內(nèi)按一定誘導(dǎo)比 (0.3~ 0.7) 與室內(nèi)空氣相混合。
(2) 采用專用散流器直接將一次風送入室內(nèi), 這種專用散流器有別于常規(guī)送風散流器的地方是貼附誘導(dǎo)性能很好, 當?shù)蜏匾淮物L送出速度較低時, 也不會發(fā)生下沉現(xiàn)象。
(3) 送風系統(tǒng)采用軟啟動方式, 即啟動時, 逐漸降溫, 待室內(nèi)露點溫度低于散流器外表面溫度時, 才進入正常運行。
(4) 風管及其保溫要求: 低溫送風的風管較小, 允許更靈活地確定風管尺寸, 圓風管摩擦阻力小, 易于安裝, 不易漏風, 噪聲小, 造價低; 矩形風管的寬高比盡可能小, 以減少摩擦力和降低初投資費用; 應(yīng)盡力防止風管漏風處產(chǎn)生凝露現(xiàn)象, 尤其避免漏風點出現(xiàn)在靠近房門附近。
不同末端送風方式時送風系統(tǒng)的功率消耗見下表。從表中可以看出, 當采用相同類型的末端送風方式時, 送風溫7.2℃時的低溫送風系統(tǒng)比常規(guī)送風系統(tǒng)風機功率可減少13%~ 28% [ 7]。
表1　不同末端送風方式時送風系統(tǒng)的功率消耗
末端送風方式 串聯(lián)混合箱 并聯(lián)混合箱 無風機混合箱
送風溫度/℃ 12.8 7.2 12.8 7.2 12.8 7.2
一次風量/m3h-1 16980 11377 16980 11377 16980 11377
混合箱風機風量/m3h-1 16980 16980 0 5603 0 0
一次風全壓/Pa 561 561 623 623 623 623
一次風風機功率/kW 4.9 3.3 5.4 3.6 5.4 3.9
混合箱風機功率/kW 3.1 3.1 0 1.0 0 0
送風系統(tǒng)總功率/kW 8.0 6.4 5.4 4.7 5.4 3.9

五、冰蓄冷低溫送風空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
冰蓄冷低溫送風系統(tǒng)具有優(yōu)越的經(jīng)濟特性，推行蓄冰空調(diào)系統(tǒng)并配合（4 ～6℃）超低溫送風大大地降低能耗，有效地提高COP值，使一次投資比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)更便宜，只是常規(guī)空調(diào)造價的76% ～86%，所創(chuàng)造的經(jīng)濟效益是非常顯著的，具備了特有的競爭力。我國冰蓄冷低溫送風空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用趨勢可歸納成以下幾個方面：
(1) 研究開發(fā)品質(zhì)高的蓄冰系統(tǒng)設(shè)備，引進吸收、消化國外的先進技術(shù)和經(jīng)驗，加快國產(chǎn)化進程。
(2) 開發(fā)滿足低溫送風空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置等配套設(shè)備，是目前亟待解決的問題。
(3) 通過技術(shù)進步，研究高效能的蓄冰空調(diào)系統(tǒng)，降低系統(tǒng)耗電率，提高性能系數(shù)，使
用安全，故障少，維護方便。
(4) 加強推廣應(yīng)用的工作。在擴建和新建的項目中，冰蓄冷低溫送風系統(tǒng)是一項很好的方案，在選定系統(tǒng)之前，重要的是根據(jù)各種條件和數(shù)據(jù)，如電價、用戶負荷特征、設(shè)備費用等進行技術(shù)經(jīng)濟性分析比較，選擇出建設(shè)項目的最優(yōu)方案。

六、結(jié)語
低溫送風空調(diào)系統(tǒng)是隨著蓄冷技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的,國外的經(jīng)驗及工程實踐表明:在與冰蓄冷相結(jié)合的中央空調(diào)系統(tǒng)中采用低溫送風,具有很多的優(yōu)點。隨著蓄冷技術(shù)的發(fā)展,低溫送風空調(diào)技術(shù)必定會在我國發(fā)揮出其潛在的優(yōu)勢，推動節(jié)能型空調(diào)的研發(fā)和應(yīng)用。

參考文獻
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