淺談冰蓄冷低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的原理、設(shè)計(jì)和節(jié)能應(yīng)用
校榮保
摘要：當(dāng)前我國(guó)能源短缺的現(xiàn)狀和峰谷電價(jià)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(fēng)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(shì)，討論了冰蓄冷低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，指出其在我國(guó)的發(fā)展前景和趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：冰蓄冷空調(diào) 低溫送風(fēng) 節(jié)能

引言
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)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(lái)越大，空調(diào)能耗急劇上升，目前已占到我國(guó)總能耗的15%左右[1]。而我國(guó)是一個(gè)能源供應(yīng)十分緊張的國(guó)家，全國(guó)連年出現(xiàn)大范圍電力供應(yīng)緊張的局面。目前，國(guó)家電力部門己經(jīng)制定了峰谷電價(jià)差政策，使低谷電價(jià)相當(dāng)于高峰電價(jià)的1/2～1/6，峰谷電價(jià)的實(shí)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(chǔ)存到白天用電尖峰時(shí)段供冷，確實(shí)可以有效地轉(zhuǎn)移一部分尖峰用電時(shí)段的空調(diào)用電負(fù)荷。當(dāng)這兩者緊密結(jié)合在一起時(shí)，更顯示了冰蓄冷技術(shù)的優(yōu)越性與競(jìng)爭(zhēng)力，低溫送風(fēng)空調(diào)方式也隨之被帶動(dòng)發(fā)展起來(lái)，這對(duì)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(fēng)技術(shù)簡(jiǎn)介
空調(diào)冰蓄冷技術(shù)是20世紀(jì)90 年代以來(lái)在我國(guó)興起的一門實(shí)用綜合技術(shù)。實(shí)施該技術(shù)能夠有效地“移峰填谷”平衡電網(wǎng)的供電負(fù)荷，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。而在電力負(fù)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(fù)荷的需要。其運(yùn)行費(fèi)用由于電力部門實(shí)施峰、谷分時(shí)電價(jià)政策，比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要低，分時(shí)電價(jià)差值越大，得益越大。同時(shí)空調(diào)蓄冷系統(tǒng)中制冷設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)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(fēng)空調(diào)方式是在蓄冷技術(shù)的發(fā)展下帶動(dòng)起來(lái)的空調(diào)技術(shù)。低溫送風(fēng)的概念是相對(duì)于常規(guī)送風(fēng)而言的，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)從空氣處理機(jī)送出來(lái)的空氣溫度為16～18 ℃，低溫送風(fēng)系統(tǒng)的上述空氣溫度為7～12 ℃，而超低溫送風(fēng)系統(tǒng)的上述空氣溫度則為4～6 ℃。
低溫送風(fēng)通常按送風(fēng)溫度的高低可分為三類[2]。第一類是超低溫送風(fēng)，送風(fēng)溫度為4～6 ℃，稱之為超低溫送風(fēng)，此類低溫送風(fēng)由于需要特制的風(fēng)口，故一般較少推薦采用。第二類是低溫送風(fēng)，送風(fēng)溫度為6～8 ℃，標(biāo)稱送風(fēng)溫度為8 ℃，此較低溫送風(fēng)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(jì)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(fēng)為第二類冰蓄低溫送風(fēng)系統(tǒng)。

二、冰蓄冷和低溫送風(fēng)技術(shù)的結(jié)合形式
在設(shè)計(jì)中，將冰蓄冷冷源與低溫送風(fēng)結(jié)合起來(lái)，有三種送風(fēng)系統(tǒng)。圖1是帶有終端風(fēng)扇引風(fēng)設(shè)備的送風(fēng)系統(tǒng)。圖2是終端有冷空氣送風(fēng)口的蓄冰低溫送風(fēng)系統(tǒng)，這種送風(fēng)溫度較低，為避免吹到人身上的溫差過大引起不適，故送風(fēng)裝置一般采用散流器來(lái)控制室內(nèi)溫度分布。圖3是采用雙制冷機(jī)，帶末端風(fēng)扇引風(fēng)設(shè)備的送風(fēng)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(fēng)和新風(fēng)混合后經(jīng)過兩次冷卻后送入送風(fēng)管道, 進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。

圖1 末端有引風(fēng)設(shè)備的蓄冰低溫送風(fēng)

圖2 末端有冷空氣送風(fēng)口的蓄冰低溫送風(fēng)

圖3 雙制冷機(jī)的蓄冰低溫送風(fēng)

三、冰蓄冷低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和節(jié)能分析
冰蓄冷低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：
1、我國(guó)大城市電網(wǎng)峰谷差約為20%~ 25%( 50 kWh~ 80 kWh) 。冰蓄冷低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)利用削峰補(bǔ)谷均衡電網(wǎng)峰谷負(fù)荷相當(dāng)于擴(kuò)大了電廠的建設(shè)。我國(guó)在大部分地區(qū)已開始實(shí)現(xiàn)了分時(shí)電價(jià)的政策，用戶從中可節(jié)省電費(fèi)20%~ 30% 。
2、制冷設(shè)備容量是根據(jù)最大設(shè)計(jì)負(fù)荷來(lái)確定的，實(shí)際上最大設(shè)計(jì)負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間只有10%。采用冰蓄冷后裝機(jī)容量可減少30%~ 70%，從而制冷機(jī)可以常在設(shè)計(jì)工作點(diǎn)上持續(xù)運(yùn)
行，避免了間歇運(yùn)行或采用能量調(diào)節(jié)方法所引起的能量損失。
3、實(shí)現(xiàn)冰蓄冷空調(diào)之后, 可以采用低溫、大溫差送風(fēng)�？照{(diào)冷水量及送風(fēng)量將大為減少。制冷設(shè)備、冷卻水塔、水泵和風(fēng)機(jī)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(jì)和用冷情況可節(jié)能5%~ 45%。
4、冰蓄冷是同時(shí)利用水的顯、潛熱進(jìn)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(fēng)空調(diào)還有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、節(jié)省初投資
因空氣處理機(jī)、風(fēng)機(jī)、冷凍水泵和水管管徑尺寸減小，雖然低溫送風(fēng)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(fēng)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(fèi)[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(jià)。因?yàn)榈蜏厮惋L(fēng)風(fēng)管比常規(guī)風(fēng)管小，需安裝風(fēng)管的房間頂部空間高度至少可以減小90~ 185mm，建筑工程造價(jià)可減少3.76%~ 13.6%。
3、相對(duì)濕度較低
采用低溫送風(fēng)的房間, 盤管出口的干球溫度降至5. 5 ℃，可使相對(duì)濕度達(dá)到38% 左右，而常規(guī)系統(tǒng)是50% ~ 60%，相對(duì)濕度降低。25 ℃的室內(nèi)條件( 典型低溫一次風(fēng)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(shí)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(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究
這里我們主要討論低溫送風(fēng)末端裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。低溫送風(fēng)設(shè)備的冷卻盤管一般需要8~ 12排管。因送風(fēng)溫度較低, 一次送風(fēng)量小, 稍不注意即可能發(fā)生送風(fēng)裝置表面凝露, 而低溫空氣易于下沉, 使人有吹冷風(fēng)感而不適。為此, 應(yīng)采取如下措施:
(1) 將低溫一次風(fēng)送入房間以前, 在誘導(dǎo)混合風(fēng)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(fēng)送入室內(nèi), 這種專用散流器有別于常規(guī)送風(fēng)散流器的地方是貼附誘導(dǎo)性能很好, 當(dāng)?shù)蜏匾淮物L(fēng)送出速度較低時(shí), 也不會(huì)發(fā)生下沉現(xiàn)象。
(3) 送風(fēng)系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)方式, 即啟動(dòng)時(shí), 逐漸降溫, 待室內(nèi)露點(diǎn)溫度低于散流器外表面溫度時(shí), 才進(jìn)入正常運(yùn)行。
(4) 風(fēng)管及其保溫要求: 低溫送風(fēng)的風(fēng)管較小, 允許更靈活地確定風(fēng)管尺寸, 圓風(fēng)管摩擦阻力小, 易于安裝, 不易漏風(fēng), 噪聲小, 造價(jià)低; 矩形風(fēng)管的寬高比盡可能小, 以減少摩擦力和降低初投資費(fèi)用; 應(yīng)盡力防止風(fēng)管漏風(fēng)處產(chǎn)生凝露現(xiàn)象, 尤其避免漏風(fēng)點(diǎn)出現(xiàn)在靠近房門附近。
不同末端送風(fēng)方式時(shí)送風(fēng)系統(tǒng)的功率消耗見下表。從表中可以看出, 當(dāng)采用相同類型的末端送風(fēng)方式時(shí), 送風(fēng)溫7.2℃時(shí)的低溫送風(fēng)系統(tǒng)比常規(guī)送風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)功率可減少13%~ 28% [ 7]。
表1　不同末端送風(fēng)方式時(shí)送風(fēng)系統(tǒng)的功率消耗
末端送風(fēng)方式 串聯(lián)混合箱 并聯(lián)混合箱 無(wú)風(fēng)機(jī)混合箱
送風(fēng)溫度/℃ 12.8 7.2 12.8 7.2 12.8 7.2
一次風(fēng)量/m3h-1 16980 11377 16980 11377 16980 11377
混合箱風(fēng)機(jī)風(fēng)量/m3h-1 16980 16980 0 5603 0 0
一次風(fēng)全壓/Pa 561 561 623 623 623 623
一次風(fēng)風(fēng)機(jī)功率/kW 4.9 3.3 5.4 3.6 5.4 3.9
混合箱風(fēng)機(jī)功率/kW 3.1 3.1 0 1.0 0 0
送風(fēng)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(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
冰蓄冷低溫送風(fēng)系統(tǒng)具有優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)特性，推行蓄冰空調(diào)系統(tǒng)并配合（4 ～6℃）超低溫送風(fēng)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(jià)的76% ～86%，所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益是非常顯著的，具備了特有的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)冰蓄冷低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)可歸納成以下幾個(gè)方面：
(1) 研究開發(fā)品質(zhì)高的蓄冰系統(tǒng)設(shè)備，引進(jìn)吸收、消化國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，加快國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。
(2) 開發(fā)滿足低溫送風(fēng)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(jìn)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(hù)方便。
(4) 加強(qiáng)推廣應(yīng)用的工作。在擴(kuò)建和新建的項(xiàng)目中，冰蓄冷低溫送風(fēng)系統(tǒng)是一項(xiàng)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(jià)、用戶負(fù)荷特征、設(shè)備費(fèi)用等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析比較，選擇出建設(shè)項(xiàng)目的最優(yōu)方案。

六、結(jié)語(yǔ)
低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是隨著蓄冷技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的,國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)及工程實(shí)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(fēng),具有很多的優(yōu)點(diǎn)。隨著蓄冷技術(shù)的發(fā)展,低溫送風(fēng)空調(diào)技術(shù)必定會(huì)在我國(guó)發(fā)揮出其潛在的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)節(jié)能型空調(diào)的研發(fā)和應(yīng)用。

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