8.7 蓄冷與蓄熱
8.7.1 符合以下條件之一,且經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時(shí),宜采用蓄冷(熱)系統(tǒng)供冷(熱):
1 執(zhí)行分時(shí)電價(jià)、峰谷電價(jià)差較大的地區(qū),或有其他用電鼓勵(lì)政策時(shí);
2 空調(diào)冷、熱負(fù)荷峰值的發(fā)生時(shí)刻與電力峰值的發(fā)生時(shí)刻接近、且電網(wǎng)低谷時(shí)段的冷、熱負(fù)荷較小時(shí);
3 建筑物的冷、熱負(fù)荷具有顯著的不均勻性,或逐時(shí)空調(diào)冷、熱負(fù)荷的峰谷差懸殊,按照峰值負(fù)荷設(shè)計(jì)裝機(jī)容量的設(shè)備經(jīng)常處于部分負(fù)荷下運(yùn)行,利用閑置設(shè)備進(jìn)行制冷或供熱能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益時(shí);
4 電能的峰值供應(yīng)量受到限制,以至于不采用蓄冷系統(tǒng)能源供應(yīng)不能滿(mǎn)足建筑空氣調(diào)節(jié)的正常使用要求時(shí);
5 改造工程,既有冷(熱)源設(shè)備不能滿(mǎn)足新的冷(熱)負(fù)荷的峰值需要,且在空調(diào)負(fù)荷的非高峰時(shí)段總制冷(熱)量存在富裕量時(shí);
6 建筑空調(diào)系統(tǒng)采用低溫送風(fēng)方式或需要較低的冷水供水溫度時(shí);
7 區(qū)域供冷系統(tǒng)中,采用較大的冷水溫差供冷時(shí);
8 必須設(shè)置部分應(yīng)急冷源的場(chǎng)所。
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8.7.1 蓄冷(熱)系統(tǒng)選擇。
蓄冷、蓄熱系統(tǒng)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)起到“削峰填谷”的作用,對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō),具有較好的節(jié)能效果,在設(shè)計(jì)中可以適當(dāng)?shù)耐扑]采用。本節(jié)主要介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的原則性要求,蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的具體要求應(yīng)符合《蓄冷空調(diào)工程技術(shù)規(guī)程》JGJ 158的規(guī)定。
1 對(duì)于執(zhí)行分時(shí)電價(jià)且峰谷電價(jià)差較大的地區(qū)來(lái)說(shuō),采用蓄冷、蓄熱系統(tǒng)能夠提高用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)效益,減少運(yùn)行費(fèi)用。
2 空調(diào)負(fù)荷的高峰與電力負(fù)荷的峰值時(shí)段比較接近時(shí),如果采用蓄冷、蓄熱系統(tǒng),可以使得冷、熱源設(shè)備的電氣安裝容量下降,在非峰值時(shí)段可以運(yùn)行較多的設(shè)備進(jìn)行蓄熱蓄冷。
3 在空調(diào)負(fù)荷峰谷差懸殊的情況下,如果按照峰值設(shè)置冷、熱源的容量并直接供應(yīng)空調(diào)冷、熱水,可能造成在一天甚至全年絕大部分時(shí)間段冷水機(jī)組都處于較低負(fù)荷運(yùn)行的情況,既不利于節(jié)能,也使得設(shè)備的投入沒(méi)有得到充分的利用。因此經(jīng)濟(jì)分析合理時(shí),也宜采用蓄冷、蓄熱系統(tǒng)。
4 當(dāng)電力安裝容量受到限制時(shí),通過(guò)設(shè)置蓄冷、蓄熱系統(tǒng),可以使得在負(fù)荷高峰時(shí)段用冷、熱源設(shè)備與蓄冷、蓄熱系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的方式而達(dá)到要求的峰值負(fù)荷。
5 對(duì)于改造或擴(kuò)建工程,由于需要的設(shè)備機(jī)房面積或者電力增容受到限制時(shí),采用蓄冷(熱)是一種有效提高峰值冷熱供應(yīng)需求的措施。
6 一般來(lái)說(shuō),采用常規(guī)的冷水溫度(7℃/12℃)且空調(diào)機(jī)組合理的盤(pán)管配置(原則上最多在10~12排,排數(shù)過(guò)多的既不經(jīng)濟(jì),也增加了對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的要求)合理時(shí),最低能達(dá)到的送風(fēng)溫度大約在11℃~12℃。對(duì)于要求更低送風(fēng)溫度的空調(diào)系統(tǒng),需要較低的冷水溫度,因此宜采用冰蓄冷系統(tǒng)。
7 區(qū)域供冷系統(tǒng),應(yīng)采用較大的冷水供回水溫差以節(jié)省輸送能耗。由于冰蓄冷系統(tǒng)具有出水溫度較低的特點(diǎn),因此滿(mǎn)足于大溫差供回水的需求。
8 對(duì)于某些特定的建筑(例如數(shù)據(jù)中心等),城市電網(wǎng)的停電可能會(huì)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響時(shí),需要設(shè)置應(yīng)急的冷源(或熱源),這時(shí)可采用蓄冷(熱)系統(tǒng)作為應(yīng)急的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。
8.7.2 蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定:
1 應(yīng)計(jì)算一個(gè)蓄冷—釋冷周期的逐時(shí)空調(diào)冷負(fù)荷,且應(yīng)考慮間歇運(yùn)行的冷負(fù)荷附加;
2 應(yīng)根據(jù)蓄冷—釋冷周期內(nèi)冷負(fù)荷曲線(xiàn)、電網(wǎng)峰谷時(shí)段以及電價(jià)、建筑物能夠提供的設(shè)置蓄冷設(shè)備的空間等因素,經(jīng)綜合比較后確定采用全負(fù)荷蓄冷或部分負(fù)荷蓄冷。
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8.7.2 蓄冷空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算和蓄冷方式選擇。
1 對(duì)于一般的酒店、辦公等建筑來(lái)說(shuō),典型設(shè)計(jì)蓄冷時(shí)段通常為一個(gè)典型設(shè)計(jì)日。對(duì)于全年非每天使用(或即使每天使用但使用人數(shù)并不總是滿(mǎn)員的建筑,例如展覽館、博物館以及具有季節(jié)性度假性質(zhì)的酒店等),其滿(mǎn)負(fù)荷使用的情況具有階段性,這時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際滿(mǎn)員使用的階段性周期作為典型設(shè)計(jì)蓄冷時(shí)段來(lái)進(jìn)行。
由于蓄冷系統(tǒng)存在間歇運(yùn)行的特點(diǎn),空調(diào)系統(tǒng)不運(yùn)行的時(shí)段內(nèi),建筑構(gòu)件(主要包括樓板、內(nèi)墻及家具)仍然有傳熱而形成了一定的蓄熱量,這些蓄熱量需要整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)來(lái)帶走。因此在計(jì)算整個(gè)空調(diào)蓄冷系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)日的總冷量(kWh)時(shí),除計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)段的冷負(fù)荷外,還應(yīng)考慮上述蓄熱量。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)非運(yùn)行時(shí)段的各建筑構(gòu)件單位樓板面積、單位晝夜溫差(由自然溫升引起的)附加負(fù)荷可參考表12。
2 對(duì)于用冷時(shí)間短,并且在用電高峰時(shí)段需冷量相對(duì)較大的系統(tǒng),可采用全負(fù)荷蓄冷;一般工程建議采用部分負(fù)荷蓄冷。在設(shè)計(jì)蓄冷-釋冷周期內(nèi)采用部分負(fù)荷的蓄冷空調(diào)系統(tǒng),應(yīng)考慮其在負(fù)荷較小時(shí)能夠以全負(fù)荷蓄冷方式運(yùn)行。

注:1 此表適用于輕型外墻的情況
2 此表適用于樓板和內(nèi)墻厚度在10~15cm之間的情況
3 表中α為內(nèi)墻面積與樓板面積的比值,b為家具面積與樓板面積的比值,根據(jù)建筑實(shí)際情況估算。
在有條件的情況下,還宜進(jìn)行全年(供冷季)的逐時(shí)空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算或供熱季節(jié)的全年負(fù)荷計(jì)算,這樣才能更好地確定系統(tǒng)的全年運(yùn)行策略。
在確定全年運(yùn)行策略時(shí),充分利用低谷電價(jià),一方面能夠節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用,另一方面,也為城市電網(wǎng)“削峰填谷”取得較好效果。
8.7.3 冰蓄冷裝置和制冷機(jī)組的容量,應(yīng)保證在設(shè)計(jì)蓄冷時(shí)段內(nèi)完成全部預(yù)定的冷量蓄存,并宜按照附錄J的規(guī)定確定。冰蓄冷裝置的蓄冷和釋冷特性應(yīng)滿(mǎn)足蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的需求。
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8.7.3 冰蓄冷裝置蓄冷和釋冷特性要求。
1 冰蓄冷裝置的蓄冷特性要求如下:
1)在電網(wǎng)的低谷時(shí)間段內(nèi)(通常為7小時(shí)~9小時(shí)),完成全部設(shè)計(jì)冷量的蓄存。因此應(yīng)能提供出的兩個(gè)必要條件是:①確定制冷機(jī)在制冷工況下的最低運(yùn)行溫度(一般為-4℃~-8℃);②根據(jù)最低運(yùn)行溫度及保證制冷機(jī)安全運(yùn)行的原則,確定載冷劑的濃度(體積濃度一般為25%~30%)。
2)結(jié)冰厚度與結(jié)冰速度應(yīng)均勻。
2 冰蓄冷裝置的釋冷特性要求如下:
對(duì)于用戶(hù)及設(shè)計(jì)單位來(lái)說(shuō),冰蓄冷裝置的釋冷特性是非常重要的,保持冷水溫度恒定和確保逐時(shí)釋冷量符合建筑空調(diào)的需求是空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的前提。所以,冰蓄冷裝置的完整釋冷特性曲線(xiàn)中,應(yīng)能明確給出裝置的逐時(shí)可釋出的冷量(常用釋冷速率來(lái)表示和計(jì)算)及其相應(yīng)的溶液濃度。
對(duì)于釋冷速率,通常有兩種定義法:
1)單位時(shí)間可釋出的冷量與冰蓄冷裝置的名義總蓄冷量的比值,以百分比表示(一般冰盤(pán)管式裝置,均按此種方法給出);
2)某單位時(shí)間釋出的冷量與該時(shí)刻冰蓄冷裝置內(nèi)實(shí)際蓄存的冷量的比值,以百分比表示(一般封裝式裝置,均按此種方法給出)。
全負(fù)荷蓄冰系統(tǒng)初投資最大,占地面積大,但運(yùn)行費(fèi)最節(jié)省。部分負(fù)荷蓄冰系統(tǒng)則既減少了裝機(jī)容量,又有一定蓄能效果,相應(yīng)減少了運(yùn)行費(fèi)用。附錄J中所指一般空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行周期為一天24小時(shí),實(shí)際工程(如教堂),使用周期可能是一周或其他。
一般產(chǎn)品規(guī)格和工程說(shuō)明書(shū)中,常用蓄冷量量綱為(RT·h)冷噸時(shí),它與標(biāo)準(zhǔn)量綱的關(guān)系為:1RT·h=3.517kWh。
8.7.4 冰蓄冷系統(tǒng),當(dāng)設(shè)計(jì)蓄冷時(shí)段仍需供冷,且符合下列情況之一時(shí),宜配置基載機(jī)組:
1 基載冷負(fù)荷超過(guò)制冷主機(jī)單臺(tái)空調(diào)工況制冷量的20%時(shí);
2 基載冷負(fù)荷超過(guò)350kW時(shí);
3 基載負(fù)荷下的空凋總冷量(kWh)超過(guò)設(shè)計(jì)蓄冰冷量(kWh)的10%時(shí)。
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8.7.4 基載機(jī)組配置條件。
基載冷負(fù)荷如果比較大或者基載負(fù)荷下的總冷量比較大時(shí),為了滿(mǎn)足制冰蓄冷運(yùn)行時(shí)段的空調(diào)要求,并確保制冰蓄冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行,通常宜設(shè)置單獨(dú)的基載機(jī)組。比較典型的建筑是酒店類(lèi)建筑。
基載冷負(fù)荷如果不大,或者基載負(fù)荷下的總冷量不大,單獨(dú)設(shè)置基載機(jī)組,可能導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜和投資增加,因此這種情況下,也可不設(shè)置基載冷水機(jī)組,而是根據(jù)系統(tǒng)供冷的要求設(shè)置單獨(dú)的取冷水泵(在蓄冷的同時(shí)進(jìn)行部分取冷)。需要注意的是:在這種情況下,同樣應(yīng)保證在蓄冷時(shí)段的蓄冷量滿(mǎn)足8.7.3條的要求。
8.7.5 冰蓄冷系統(tǒng)載冷劑選擇及管路設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《蓄冷空調(diào)工程技術(shù)規(guī)程》JGJ 158的有關(guān)規(guī)定。
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8.7. 5 載冷劑選擇及管路設(shè)計(jì)要求。
蓄冰系統(tǒng)中常用的載冷劑是乙烯乙二醇水溶液,其濃度愈大凝固點(diǎn)愈低(見(jiàn)表13)。一般制冰出液溫度為-6℃~-7℃,蓄冰需要其蒸發(fā)溫度為-10℃~-11℃,故希望乙烯乙二醇水溶液的凝固溫度在-11℃~-14℃之間。所以常選用乙烯乙二醇水溶液體積濃度為25%左右。

8.7.6 采用冰蓄冷系統(tǒng)時(shí),應(yīng)適當(dāng)加大空調(diào)冷水的供回水溫差,并應(yīng)符合下列規(guī)定:
1 當(dāng)空調(diào)冷水直接進(jìn)入建筑內(nèi)各空調(diào)末端時(shí),若采用冰盤(pán)管內(nèi)融冰方式,空調(diào)系統(tǒng)的冷水供回水溫差不應(yīng)小于6℃,供水溫度不宜高于6℃;若采用冰盤(pán)管外融冰方式,空調(diào)系統(tǒng)的冷水供回水溫差不應(yīng)小于8℃,供水溫度不宜高于5℃;
2 當(dāng)建筑空調(diào)水系統(tǒng)由于分區(qū)而存在二次冷水的需求時(shí),若采用冰盤(pán)管內(nèi)融冰方式,空凋系統(tǒng)的一次冷水供回水溫差不應(yīng)小于5℃,供水溫度不宜高于6℃;若采用冰盤(pán)管外融冰方式,空調(diào)系統(tǒng)的一次冷水供回水溫差不應(yīng)小于6℃,供水溫度不宜高于5℃;
3 當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)采用低溫送風(fēng)方式時(shí),其冷水供回水溫度,應(yīng)經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定。供水溫度不宜高于5℃;
4 采用區(qū)域供冷時(shí),溫差要求應(yīng)符合第8.8.2條的要求。
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8.7.6 冰蓄冷系統(tǒng)的冷水供回水溫度和溫差要求。
采用蓄冰空調(diào)系統(tǒng)時(shí),由于能夠提供比較低的供水溫度,應(yīng)加大冷水供回水溫差,節(jié)省冷水輸送能耗。
從空調(diào)系統(tǒng)的末端情況來(lái)看,在末端一定的條件下,供回水溫差的大小主要取決于供水溫度的高低。在蓄冰空調(diào)系統(tǒng)中,由于系統(tǒng)形式、蓄冰裝置等的不同,供水溫度也會(huì)存在一定的區(qū)別,因此設(shè)計(jì)中要根據(jù)不同情況來(lái)確定。
當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)的冷水設(shè)計(jì)溫差超過(guò)本條第1、2款的規(guī)定時(shí),宜采用串聯(lián)式蓄冰系統(tǒng)。
因此設(shè)計(jì)中要根據(jù)不同情況來(lái)確定空調(diào)冷水供水溫度。除了本條文中提到的冰盤(pán)管外,目前還有其他一些蓄冷或取冷的方式,如:動(dòng)態(tài)冰片滑落式、封裝式以及共晶鹽等,各種方式常用冷水溫度范圍可參考表14(為了方便,表中也列出了采用水蓄冷時(shí)的供水溫度)。

8.7.7 水蓄冷(熱)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定:
1 蓄冷水溫不宜低于4℃,蓄冷水池的蓄水深度不宜低于2m;
2 當(dāng)空凋水系統(tǒng)最高點(diǎn)高于蓄冷(或蓄熱)水池設(shè)計(jì)水面時(shí),宜采用板式換熱器間接供冷(熱);當(dāng)高差大于10m時(shí),應(yīng)采用板式換熱器間接供冷(熱)。如果采用直接供冷(熱)方式,水路設(shè)計(jì)應(yīng)采用防止水倒灌的措施;
3 蓄冷水池與消防水池合用時(shí),其技術(shù)方案應(yīng)經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)叵啦块T(mén)的審批,并應(yīng)采取切實(shí)可靠的措施保證消防供水的要求:
4 蓄熱水池不應(yīng)與消防水池合用。
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8.7.7 水蓄冷(熱)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。部分強(qiáng)制性條文。
1 為防止蒸發(fā)器內(nèi)水的凍結(jié),一般制冷機(jī)出水溫度不宜低于4℃,而且4℃水相對(duì)密度最大,便于利用溫度分層蓄存。適當(dāng)加大供回水溫差還可以減少蓄冷水池容量,通??衫脺夭顬?℃~7℃,特殊情況利用溫差可達(dá)8℃~10℃??紤]到水力分層時(shí)需要一定的水池深度,提出相應(yīng)要求。在確定深度時(shí),還應(yīng)考慮水池中冷熱摻混熱損失,條件允許應(yīng)盡可能深。開(kāi)式蓄熱的水池,蓄熱溫度應(yīng)低于95℃,以免汽化。
2 采用板式換熱器間接供冷,無(wú)論系統(tǒng)運(yùn)行與否,整個(gè)管道系統(tǒng)都處于充水狀態(tài),管道使用壽命長(zhǎng),且無(wú)倒灌危險(xiǎn)。當(dāng)采用直接供冷方式時(shí),管路設(shè)計(jì)一定要配合自動(dòng)控制,防止水倒灌和管內(nèi)出現(xiàn)真空(尤其對(duì)蓄熱水系統(tǒng))。當(dāng)系統(tǒng)高度超過(guò)水池設(shè)計(jì)水面1Om時(shí),采用水池直接向末端設(shè)備供冷、熱水會(huì)導(dǎo)致水泵揚(yáng)程增加過(guò)多使輸送能耗加大,因此這時(shí)應(yīng)采用設(shè)置熱交換器的閉式系統(tǒng)。
3 使用專(zhuān)用消防水池需要得到消防部門(mén)的認(rèn)可。
4 熱水不能用于消防,故禁止與消防水池合用。