浅谈冰蓄冷低温送风空调系统的原理、设计和节能应用

浅谈冰蓄冷低温送风空调系统的原理、设计和节能应用
校荣保
摘要：当前我国能源短缺的现状和峰谷电价差的政策为冰蓄冷空调提供了巨大的发展前景，而低温送风技术和冰蓄冷空调系统的结合具有极大的优越性和节能特性。本文阐明了该系统的技术原理和节能优势，讨论了冰蓄冷低温送风空调系统的优化设计方法，指出其在我国的发展前景和趋势。

关键词：冰蓄冷空调低温送风节能

引言
随着现代经济的快速发展和人民生活水平的提高，空调设备的需求量越来越大，空调能耗急剧上升，目前已占到我国总能耗的15%左右[1]。而我国是一个能源供应十分紧张的国家，全国连年出现大范围电力供应紧张的局面。目前，国家电力部门己经制定了峰谷电价差政策，使低谷电价相当于高峰电价的1/2～1/6，峰谷电价的实施，给冰蓄冷空调提供了巨大的发展前景。
另一方面，单纯的冰蓄冷系统，利用午夜以后的低谷电制冰，储存到白天用电尖峰时段供冷，确实可以有效地转移一部分尖峰用电时段的空调用电负荷。当这两者紧密结合在一起时，更显示了冰蓄冷技术的优越性与竞争力，低温送风空调方式也随之被带动发展起来，这对改变传统的制冷空调方式, 应用和推广节能型的空调系统具有重要的意义。

冰蓄冷技术和低温送风技术简介
空调冰蓄冷技术是20世纪90 年代以来在我国兴起的一门实用综合技术。实施该技术能够有效地“移峰填谷”平衡电网的供电负荷，具有显著的社会和经济效益。而在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足建筑物空调负荷的需要。其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。同时空调蓄冷系统中制冷设备满负荷运行的比例增大，状态稳定，提高了设备利用率。
低温送风空调方式是在蓄冷技术的发展下带动起来的空调技术。低温送风的概念是相对于常规送风而言的，常规空调系统从空气处理机送出来的空气温度为16～18 ℃，低温送风系统的上述空气温度为7～12 ℃，而超低温送风系统的上述空气温度则为4～6 ℃。
低温送风通常按送风温度的高低可分为三类[2]。第一类是超低温送风，送风温度为4～6 ℃，称之为超低温送风，此类低温送风由于需要特制的风口，故一般较少推荐采用。第二类是低温送风，送风温度为6～8 ℃，标称送风温度为8 ℃，此较低温送风和冰蓄冷技术紧密结合在一起，能够获得较好的空调效果，经济效益很好，倍受人们的欢迎，因此是最佳最优的选择，得到了较大范围内的推广与应用。因此本文中着重讨论的低温送风为第二类冰蓄低温送风系统。

二、冰蓄冷和低温送风技术的结合形式
在设计中，将冰蓄冷冷源与低温送风结合起来，有三种送风系统。图1是带有终端风扇引风设备的送风系统。图2是终端有冷空气送风口的蓄冰低温送风系统，这种送风温度较低，为避免吹到人身上的温差过大引起不适，故送风装置一般采用散流器来控制室内温度分布。图3是采用双制冷机，带末端风扇引风设备的送风系统融冰水(即一次冷源) 供低温盘管，部分冰水与回水混合(二次冷源) 后供高温盘管。部分回风和新风混合后经过两次冷却后送入送风管道, 进行空气调节。

图1 末端有引风设备的蓄冰低温送风

图2 末端有冷空气送风口的蓄冰低温送风

图3 双制冷机的蓄冰低温送风

三、冰蓄冷低温送风空调系统的优点和节能分析
冰蓄冷低温送风空调系统在节能方面的优势主要表现为以下几点：
1、我国大城市电网峰谷差约为20%~ 25%( 50 kWh~ 80 kWh) 。冰蓄冷低温送风空调系统利用削峰补谷均衡电网峰谷负荷相当于扩大了电厂的建设。我国在大部分地区已开始实现了分时电价的政策，用户从中可节省电费20%~ 30% 。
2、制冷设备容量是根据最大设计负荷来确定的，实际上最大设计负荷的运行时间只有10%。采用冰蓄冷后装机容量可减少30%~ 70%，从而制冷机可以常在设计工作点上持续运
行，避免了间歇运行或采用能量调节方法所引起的能量损失。
3、实现冰蓄冷空调之后, 可以采用低温、大温差送风。空调冷水量及送风量将大为减少。制冷设备、冷却水塔、水泵和风机的容量以及附件等也相应减少，与传统空调相比，其系统的设计和用冷情况可节能5%~ 45%。
4、冰蓄冷是同时利用水的显、潜热进行蓄冷的。由于蓄冷密度大，其温度几乎恒定。
冰蓄冷槽的容积只是水蓄冷槽的10%~ 30%。因而冷损失也小于20%~ 25%。

除此之外，冰蓄冷低温送风空调还有以下优点：
1、节省初投资
因空气处理机、风机、冷冻水泵和水管管径尺寸减小，虽然低温送风要增加冷却盘管、末端装置和管道保温的投资，但总投资比常规空调节省。有研究表明，采用此系统风道截面积减少了40 %，空调设备占用面积减少45 %[3]，水泵容量可以减少一半左右[4]。另外，用“移峰填谷”减少高峰电力需求，从而减少了输配电设备投资和增容费[5]。
2、占用空间减少
可降低房间层高，节省建筑空间和工程造价。因为低温送风风管比常规风管小，需安装风管的房间顶部空间高度至少可以减小90~ 185mm，建筑工程造价可减少3.76%~ 13.6%。
3、相对湿度较低
采用低温送风的房间, 盘管出口的干球温度降至5. 5 ℃，可使相对湿度达到38% 左右，而常规系统是50% ~ 60%，相对湿度降低。25 ℃的室内条件( 典型低温一次风系统) 可以在使用区内产生清新而凉爽的感觉，同时较小的空气处理设备也减少了噪声，提高空调房间舒适度[6]。室内霉变减小了, 东西更易保存。
四、冰蓄冷低温送风空调系统的优化设计方法研究
这里我们主要讨论低温送风末端装置系统的设计。低温送风设备的冷却盘管一般需要8~ 12排管。因送风温度较低, 一次送风量小, 稍不注意即可能发生送风装置表面凝露, 而低温空气易于下沉, 使人有吹冷风感而不适。为此, 应采取如下措施:
(1) 将低温一次风送入房间以前, 在诱导混合风箱内按一定诱导比 (0.3~ 0.7) 与室内空气相混合。
(2) 采用专用散流器直接将一次风送入室内, 这种专用散流器有别于常规送风散流器的地方是贴附诱导性能很好, 当低温一次风送出速度较低时, 也不会发生下沉现象。
(3) 送风系统采用软启动方式, 即启动时, 逐渐降温, 待室内露点温度低于散流器外表面温度时, 才进入正常运行。
(4) 风管及其保温要求: 低温送风的风管较小, 允许更灵活地确定风管尺寸, 圆风管摩擦阻力小, 易于安装, 不易漏风, 噪声小, 造价低; 矩形风管的宽高比尽可能小, 以减少摩擦力和降低初投资费用; 应尽力防止风管漏风处产生凝露现象, 尤其避免漏风点出现在靠近房门附近。
不同末端送风方式时送风系统的功率消耗见下表。从表中可以看出, 当采用相同类型的末端送风方式时, 送风温7.2℃时的低温送风系统比常规送风系统风机功率可减少13%~ 28% [ 7]。
表1　不同末端送风方式时送风系统的功率消耗
末端送风方式串联混合箱并联混合箱无风机混合箱
送风温度/℃ 12.8 7.2 12.8 7.2 12.8 7.2
一次风量/m3h-1 16980 11377 16980 11377 16980 11377
混合箱风机风量/m3h-1 16980 16980 0 5603 0 0
一次风全压/Pa 561 561 623 623 623 623
一次风风机功率/kW 4.9 3.3 5.4 3.6 5.4 3.9
混合箱风机功率/kW 3.1 3.1 0 1.0 0 0
送风系统总功率/kW 8.0 6.4 5.4 4.7 5.4 3.9

五、冰蓄冷低温送风空调系统的发展趋势
冰蓄冷低温送风系统具有优越的经济特性，推行蓄冰空调系统并配合（4 ～6℃）超低温送风大大地降低能耗，有效地提高COP值，使一次投资比常规空调系统更便宜，只是常规空调造价的76% ～86%，所创造的经济效益是非常显著的，具备了特有的竞争力。我国冰蓄冷低温送风空调系统的发展应用趋势可归纳成以下几个方面：
(1) 研究开发品质高的蓄冰系统设备，引进吸收、消化国外的先进技术和经验，加快国产化进程。
(2) 开发满足低温送风空调系统的末端装置等配套设备，是目前亟待解决的问题。
(3) 通过技术进步，研究高效能的蓄冰空调系统，降低系统耗电率，提高性能系数，使
用安全，故障少，维护方便。
(4) 加强推广应用的工作。在扩建和新建的项目中，冰蓄冷低温送风系统是一项很好的方案，在选定系统之前，重要的是根据各种条件和数据，如电价、用户负荷特征、设备费用等进行技术经济性分析比较，选择出建设项目的最优方案。

六、结语
低温送风空调系统是随着蓄冷技术的发展而发展起来的,国外的经验及工程实践表明:在与冰蓄冷相结合的中央空调系统中采用低温送风,具有很多的优点。随着蓄冷技术的发展,低温送风空调技术必定会在我国发挥出其潜在的优势，推动节能型空调的研发和应用。

参考文献
[1] 王立雄建筑节能[M] 北京: 中国建筑工业出版社, 2004
[2] 李莉，朱彩霞，张建一与冰蓄冷相结合的低温送风系统[J] 低温工程 2004.05
[3] 路诗奎. 试论空调冰蓄冷系统的经济性[J]. 矿业科学技术,1995 , (4) :43 - 46.
[4] 张登春. 低温送风空调方式的节能分析[J] . 建筑热能通风空调,2000 , (4) :65 - 66.
[5] 王环中, 李斌. 浅谈低温送风空调系统设计[J]. 低温与煤气, 2001,(6) .
[6] 马最良,姚杨等民用建筑空调设计[M]. 北京:化学工业出版社,2003
[7] 顾年祖等. 冰蓄冷是提高能源利用率和解决电力峰谷差的有效途径[J]. 节能, 1996, (3) .