浅论风冷蓄冰一体机（冷热双效）应用的经济性

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摘要：目前国内的蓄冰空调系统大多由水冷卤水机组、蓄冰槽和板换设备等构成，其空调水系统不能实现低温供水，需采用二次换热系统与蓄冰系统进行热交换，不仅增加了设备初投资，而且给系统的安全运行与控制也带来了困难。本文介绍了堃霖冷冻机械（上海）有限公司与日本三菱重工联合研制开发的风冷蓄冰（冷热双效）一体机组，以及该设备的的闭式外融冰蓄冰空调系统。

      关键词：冷热双效融冰速度冰融解潜热蓄冰槽直膨式蓄冰蒸发盘管1概况随着我国国民经济大力发展，全国能源越来越显得十分紧张，电力的缺口始终跟不上社会发展需求，就拿上海地区来看，今年夏季耗电比去年更加矛盾突出，特别是高峰低谷用电矛盾突出很大。在2004年6月14日出台的规定《上海物价局关于疏导上海市电力网价矛盾的通知》把用电时间分为两个季节时间段：一是每年第一、第二季度及第四季度，非工经营电费400伏以下的电网销售电价表中电价高峰低谷之比是1：3.176，而夏季7、8、9三个月是1：4.5，较大的拉开收费差距；二是政府大力提倡用户在深夜低谷时用电，积极缓和电网调峰局面；三是从今年来看上海地区夏季高温日都比往年高温日都超过很多。如2004年6月1日原上海气象台预报高温日17-21天，而实际35℃以上天数24天。要不是8月10日后到9月下旬接连多次台风出现，大大降低申城气温，否则高温天数还会增加；四是今年市政府为了解决夏季电网紧张推出多种避峰让电办法，更严格控耗电型生产企业的生产用电，提高夏季空调使用设定温度，关闭夜间市区主要景点景观灯，大力推广节能灯具，提倡使用燃气制冷空调，淘汰能耗较高的旧式制冷空调机组，提高建筑房屋保温隔热要求，大力发展冰蓄冷制冷空调机组设备等多项节能措施。2风冷蓄冰一体机（冷热双效）性能2.1机组的概况（1）堃霖空调这次推出小型外融式风冷蓄冰机组的设计思想为主机段和蓄冰槽一体式结构，即在工厂以100%整机调试好出厂让用户安装使用方便，性能可靠为目的。夏季制冷运行时，利用夜间谷荷电力制冰蓄存能量（冷量）于蓄冰槽，白天以融冰方式释放冷量提供空调服务，从而避免用电高峰。冰蓄冷主要为潜热蓄冷，冰的溶解潜热大，一般1吨0℃的冰溶解为1吨0℃的水，需要吸收92kW的热量，故冰蓄冷利用的热容量很大，可以有效地减少整机容量。（2）冬季运行时，蓄冰槽可兼做蓄热水槽，提供空调所需热负荷，而也可以在夜间低谷电价时段自动设定开机蓄热使用，水温提高到50℃左右，冬季取暖，外型如图1所示。（3）也可根据用户需要将风冷改为水冷式，机组更小，造价也可降低，根据容量需要，蓄冰槽也可设计相应放大来专门生产。   图1风冷蓄冰机组的外形2.2机组的优势（1）主机段与蓄冰槽为一体式，用户操作简单可靠，使用方便；（2）运用峰谷荷电力差价，利用电网电价低谷负荷电力，移峰填谷，合理利用电网负荷，降低运行费用；（3）采用冰蓄冷方式，冷冻水温度可降至2～5℃，能实现低温送风，减少空调末端用电功率和设备费用；（4）机组按半量储冰设计，可减少主机及冷却系统装机容量，缩减电力增容费和供电设施费；（5）一机多用：可实现制冰、融冰、制冷、融冰制冷及制热五种运行模式，满足各种负荷需求；（6）微电脑智能控制，可实现夜间制冰、白天融冰、制冷全自动运行；（7）融冰运行时根据设定温度自动调节空调系统供水温度；（8）可作为应急冷源，工业过程冷却冷源，提高空调的可靠性；（9）依据工程要求需搭配设计外置水泵的规格，水泵需装于出水口处；（10）使用冷热双效机组投资设备工程费用在三年之内可收回。2.3机组的产品特点（1）压缩机采用原装进口的全封闭涡旋式或半封闭螺杆式压缩机。涡旋式压缩机无容积效率之特性、压缩过程能维持最小限度的气体泄漏量；其平均能效COP值高于同冷量往复式压缩机；耗电少，低振动，低噪音；另部件数量为全封闭往复式压缩机的十分之一，因而故障率大大低于往复式压缩机。双螺杆压缩机采用目前螺杆式压缩机领域先进的第三代5对6非对称齿形转子，节省运转能量；结构简单，部件少；精细加工的双螺杆结构，啮合紧密，运转平滑，使摩擦阻力降至最低，安静耐用；采用压差供油方式，省去油冷却器，油泵等繁杂的油路系统，易于维护保养。（2）高效率空气侧热交换器翅片式热交换器采用防腐铝翅片，3/8”高效传热螺纹铜管(图2)，增大了传热面积；压缩冷凝段特殊设计的风道和侧边直立的H型管排结构(图3)，增大散热通风面积，使得表面风速变化小，风量分布均匀，增强了换热效果，从而达到高效节能的效果；主机段采用新研发的非金属材料的低静压涡轮风叶，加之整机外包式钣金结构及采用低噪音低振动压缩机，有效地将噪音控制在机组体内。   图2高效传热螺纹铜管   图3H型散热盘管（3）蓄冰槽槽体外壁为60mm库板，库板外板为PVC热溶被覆钢板，库板内板为镀锌钢板，中填硬质PU发泡保温材料，密度为38kg/m3。槽体在充填PU保温之前已预埋型钢于内外箱板之间以确保箱板强度，同时内外箱板间无金属连通现象，彻底避免了冰水与外界传导问题而导致结露和能量损失。蓄冰槽采用直膨式蓄冰蒸发盘管，盘管为3/8”的铜管，换热效率高。管排设计为特殊的不规则排列方式，铜管内为低温低压液态制冷剂，铜管外为蓄冰槽结冰空间，确保了冰水良好的扰动性（不需再加扰动装置）。盘管冰层直径达75mm，结冰厚度均匀，且每支盘管结冰直径相差不超过±3mm。（4）微电脑控制器保护措施完善的控制系统，人性化的液晶PLC中文界面操作，能随时监控机组的运行状态。可实现自动开关机，制冷、制冰、融冰、自动切换及手动控制。控制箱内预留专用接点，以供用户连接远传路线，并可通过RS-232或RS-485标准串行通讯口与计算机或调制解调器（MODEM）的通讯接口连接，进入公众电信交换网，进行远程通讯监控。   图4盘管蓄冰图（a）   图5盘管蓄冰图（b）2.4系列产品主要性能参数（表1）表1KH（L）AS系列冷热双效及KH（L）AM系列单冷型型号KHAS（M）-020DKHAS（M）-030DKLAS（M）-040SKLAS（M）-050SKLAS（M）-060SKLAS（M）-080DKLAS（M）-100DKLAS（M）-120D电源3φ-380V-50Hz制冷量kcal/hr52,80078,600116,100141,900175,440232,200283,800350,880kW61.491.4135.0165.0204.0270.0330.0408.0制冰量kcal/hr34,20046,30061,00075,96091,400122,000151,920182,800kW39.853.870.988.3106.3141.9176.7212.6制热量kcal/hr58,48086,860128,140156,520192,640256,280313,040385,280kW68.0101.0149.0182.0224.0298.0364.0448.0最大蓄冷量Mcal176290362432538.57248641077kWh204.7337.2420.9502.3626.2841.91004.61252.3蓄冰水箱容量m35.710.412.815.218.812.8×215.2×218.8×2消耗电力制冷运行kW19.228.442.051.064.084.0102.0128.0制冰运行kW15.621.328.235.342.556.470.685.0制热运行kW18.527.439.948.559.979.897.0119.8运转电流A36.554.181.2100.3121.7162.4200.6243.4启动电流A110167170211256170211256压缩机型式全密封涡旋式半封闭螺杆式备注：制冷能力和制冷消耗电力是依据外气温度35℃DB，冷水出口温度7℃。制冰能力和制冰消耗电力是依据外气温度30℃DB。制热能力和制热消耗电力是依据外气温度7℃DB，温水出口温度45℃。最大蓄冷量是考虑全部蓄冰量的潜热和水从0℃到7℃的显热两部分。2.5风冷蓄冰机空调流程设备及安装注意事项（1）机组须安装于通风散热良好之场所，一般位于地面，装置于楼顶上时需要考虑机组的荷重及重心。（2）机组维修空间须1.5m以上，上方若有建筑物遮挡，其空间高度须保证3m以上。（3）机组安装时应配合适的避振装置（选配件），以达到避振隔音之效果。（4）吊运机组时须注意安全，切勿使机组发生碰撞，以保证设备完好。（5）水泵须配置于出水口处，为开式水循环系统，无需设置膨胀水箱。（6）风冷蓄冰机空调流程如图5所示。   图5风冷蓄冰机空调流程示意图3结束语风冷蓄冰（冷热双效）一体机于2002年3月在堃霖公司研制成功，并在堃霖公司办公楼及展示厅试用了二个冬季二个夏季，效果很好。2004年4月初，在浦东举办的国际制冷展上展出时，风冷蓄冰一体机引起广泛的注意和称赞。2004年4月23日在上海松江高科技园区堃霖工厂举行的2004年度新产品发布会上，也得到了制冷专家的一致肯定和好评。2004年5月份福建省石狮市某制衣厂车间使用该产品，超过了预期的效果，深受用户信任和赞誉。全国如有300家3万平方米的商场采用蓄冰空调，其调峰能力则相当于建设了1座30万kW的调峰电厂。通常调峰电厂建设成本为6000元/kW左右。而采用蓄冰技术转移高峰电力，成本不超过2000元/kW。因此，达到相同目的，可节约投资约12亿元。据统计，目前我国已建成并投入运行的蓄冰空调系统有164个，总蓄冰量达到2477302kWh时，相当于每天转移高峰用电869200kWh，可节约火电投资65190万元。这还未计电厂运转费用以及减少对环境的污染危害。风冷蓄冰（冷热双效）一体机组以其简单的结构和显著的社会经济效益日益受到重视，它对我国的经济建设和电网的调峰节能具有重要的现实意义。应用这项技术，对用户而言可以节省投资费用和运行费用；对国家而言则可以均衡电网的峰谷差，提高电能的利用率和发电设备的运行效益，缓解电力紧张状况。这是一项符合我国国情的、具有发展前途的产品。参考文献[1]上海市电力公司.贯彻落实上海市物价局关于疏导上海市电网价矛盾通知.2004年6月14日[2]堃霖空调公司样本.风冷蓄冰一体机（冷热双效）.编号：AS-00200503A，2005年3月