水蓄冷的技术重点、难点

水蓄冷的技术重点、难点

   　以水作为蓄冷介质的水蓄冷系统是空调蓄冷重要方式之一。水蓄冷可利用室内外蓄水池或消防水池，用普通冷水机组制冷，夜间制取2~5℃的冷水蓄存起来供白天使用。为了提高蓄冷池的蓄冷能力并满足供冷负荷需求，应提高水蓄冷系统蓄冷效率，维持较大的蓄冷温差，并防止储存冷水与回流热水的混合以减少能量损失。通常水蓄冷系统贮池结构设计有四种方式：自然分层蓄冷、复合贮池蓄冷、迷宫式蓄冷和隔膜式蓄冷。其中自然分层蓄冷系统简单，蓄冷效率较高、经济效益好，目前广为应用。

自然分层蓄冷利用水的物理特性，水温大于4℃时，温度升高密度减小，在0~4℃范围内，温度升高密度增大，，使温度为4~6℃（水的密度与温度相关，4℃时水的密度最大）的冷水聚集在蓄冷池下部，而10~18℃的热水自然地聚集在蓄冷池上部，从而实现冷热水自然分层。水蓄冷技术重点有以下两点：　　一、蓄冷水池的防水保温

为了减少蓄冷池的冷损失及防止冷损失引起的蓄冷池表面结露。为了防止温度产生的应力对于蓄冷池内表面材料的拉伸和挤压，须对蓄冷池进行保温和内防水处理。为避免保温材料由于吸水而影响保温材料的性能，并防止建筑物物内水渗入保温层，对于蓄冷池的内外防水保温层必须有特殊的要求。以下是水池静置24小时，池水温升不超0.5℃的做法。

1、池底板的防水保温做法：

（1）基层处理，涂刷2mm厚JS有机防水涂料。

（2）采用高分子聚合物水泥防水砂浆找平。

（3）10mm厚高分子聚合物粘接砂浆

（4）50mm厚闭孔发泡聚氨酯保温层或高密度XPS挤塑保温板层。

（5）聚脲封闭底漆两道。

（6）50mmC15细石混凝土保护层（钢筋φ4＠200×200）。

（7）5mm厚高分子聚合物粘接砂浆。

（8）2mm厚JS有机防水涂料。

（9）10mm厚高分子聚合物抗裂抹面防水砂浆。

2、池壁、混凝土柱子、拉梁的防水保温做法：

（1）基层处理，涂刷2mm厚JS有机防水涂料。

（2）采用高分子聚合物水泥防水砂浆找平。

（3）10mm厚高分子聚合物粘接砂浆

（4）100mm厚闭孔发泡聚氨酯保温层或高密度XPS挤塑保温板层。

（5）2mm厚JS有机防水涂料。

（6）10mm厚高分子聚合物抗裂抹面防水砂浆。

3、池顶板的防水保温做法：

（1）10mm厚高分子聚合物粘接砂浆

（2）60mm厚闭孔发泡聚氨酯保温层或高密度XPS挤塑保温板层。

（3）10mm厚高分子聚合物抗裂抹面防水砂浆。

二、水池的布水器设计

1、水池内分配散流管的计算

1)设计要求 ：蓄冷池的蓄(释 )冷温差为7℃，即释冷初始温度为 11℃，蓄冷终了温度为4℃。

2)设计目标值 ：符合设计指南中规定的弗兰德常数Fr<2，雷诺准数Re=800(设计取值 )。

弗兰德常数n～ 其流体力学物理意义是作用于流体的惯性力与浮力之比，无量纲。

在分层型蓄冷池中 ，为使水以重力流或活塞流平稳地导人池内(或 由池内引出 )，其关键是必须在储池的冷水进出口处设稳流器 ，使水按不同温度相应的密度差异依次分层，形成并维持一个稳定的斜温层 ，以确保水流在冷池内的均匀分配，扰动小。此斜温层流体力学特性即由Fr准数决定 。

雷诺准数Re——其物理意义为流体的惯性力与该流体的粘滞力的比值 ， 无量纲。水蓄冷池上下不同温度 即不同密度的水混合造成斜温层的破坏 ，这是由于进口稳流器单位长度流量过大而引起 ，其流体特性用Re数表示。设计指南中一般推荐值为800—2000。

根据以上两个重要参数确定散流分配管所需要的长度及分配器的散流高度 。

2、散流孔数量的确定

根据稳流器设计流量Q;散流孔设计流速V=0．2m／s ;能计算出所需散流孔面积 ：

S=Q÷V

散流点直径取值 ：d=0．02m ，由此能计算出散流点个数：

 

3、布水系统

水流精密布水系统，采用H型梳状精密平面布水技术，将水流平均分布到水平面上，精确到每平方厘米，使斜温层厚度降至极限，换热残余量可小于3%。布水器整体厚度150mm左右，极大的提高了蓄能效率。流量均流缓冲阀件和360度布水头等多项技术的运用，保证了每个出水口的流量均等,将水力垂直扰动厚度降低到30mm以下。

 

水蓄冷技术难点主要是控制方案。它对操作人员及维护管理人员的要求比较高。

水蓄冷空调系统利用电力部门的峰谷电价不同，达到削峰填谷、降低能耗和节省运行费用的目的。系统运行思路是：夜间利用谷电起用冷机将冷量存储在蓄冷池中。白天将存储在蓄冷池中的冷量释放出来，供用户使用，能耗高峰期起动冷机，弥补蓄冷池产冷量的不足。

1、设备监视与控制

（1） 冷水机组控制

冷水机组为自带控制系统的成套机组，每台冷水机组联动1台冷冻水泵、1台冷却水泵和1台冷却塔的启停。

中央控制系统控制冷冻机启停，监测手自动、运行状态和冷冻机故障报警，同时监测冷冻水供、回水温度，蒸发器、冷凝器水路的水流开关状态。

冷水机组联锁控制： ①开机顺序是先开起冷却塔风机，开起冷却塔进出水蝶阀，开启冷却水泵，开启冷冻水二次泵，仅为冷池蓄冷时不开，开启冷冻水一次泵，检测冷水机组冷却水及冷冻水出口水流开关是否正常，开启冷水机组。②停机顺序是关闭冷水机组，关闭冷却水泵，关闭冷却塔，关闭冷却塔所有电动阀，冷冻水一次泵运行3min后关闭。

（2） 冷冻水泵变频控制

水系统采用二次泵形式：一次泵为定流量，满足冷水机组制冷及蓄冷池蓄冷时的流量及扬程，与冷水机组连锁；二次泵为变流量，根据二次侧末端负荷（ 各场馆换热站板式换热器） 的变化，即最不利水环路的压差，改变二次水泵电机的运转频率或水泵的运行台数，达到节能之目的。

中央控制系统对冷冻水二次泵的启、停进行控制，建筑物水蓄冷空调系统自动控制监测冷冻水二次泵的运行、手自动状态及故障报警。中央控制系统控制二次泵变频器启停、频率给定，接受频率反馈和报警信号。

（3） 蓄冷池监测

中央控制系统监测蓄水池的进出水温度、流量和蓄水池的液位。同时对蓄水池内部温度梯度进行监视，在垂直方向每隔300mm 设置1个温度传感器。

蓄水池设计出水温度为5 ℃，放冷工况下，底部第一点水温大于7.5 ℃，且底部向上第二点的水温大于12.5 ℃时，即认为蓄水池冷水已放完。

2、不同工况下水蓄冷空调系统控制

水蓄冷空调系统按照工艺流程不同可分为5种运行工况。分别为主机单独蓄冷、蓄冷池单独放冷、主机单独放冷、蓄冷池+主机联合供冷和主机蓄冷+供冷，不同工况下中央控制系统对设备及阀门按预定状态进行开关和起停控制。

（1）基载主机供冷模式

在设计日平电或蓄冷水池无法满足末端负荷需求时的情况下系统运行在“基载主机供冷”模式下，运行顺序：工况转换电动阀－冷机两侧电动阀－基载主机冷水泵－基载主机冷却水泵－基载冷却塔－基载主机

（2）双工况主机供冷模式

 在设计日平电或蓄冷水池无蓄冷量的情况下系统运行在“双工况主机供冷”模式下，运行顺序：工况转换电动阀－冷机两侧电动阀－双工况主机冷水泵－双工况主机冷却水泵－双工况冷却塔－双工况主机

（3）双工况主机蓄冷模式

当控制系统的时间程序指示为“双工况主机蓄冷”工况，且水池温度采集传感器指示需要蓄冷时，控制程序设定温度在蓄冷模式。运行顺序：工况转换电动阀－冷机两侧电动阀－蓄冷泵－双工况主机冷却水泵－双工况冷却塔－双工况主机。

（4）水池放冷模式

当系统根据空调负荷，系统运行在“水池放冷”既可满足末端负荷时，仅从蓄冷水池放冷满足系统负荷。运行顺序：工况转换电动阀－板换两侧电动阀－板换冷水泵－放冷水泵。

（5）双工况主机供冷+水池放冷联合供冷模式

运行顺序：工况转换电动阀－板换两侧电动阀－冷机两侧电动阀－板换冷水泵－放冷水泵－双工况主机冷水泵－双工况主机冷却水泵－双工况冷却塔－双工况主机