典型设计日负荷

3．3．1　典型设计日负荷

常规空调系统是依据设计日峰值负荷（最大负荷）确定冷/热源大小和空调设备；而蓄能空调系统则需要根据典型设计日总负荷、逐时负荷的分布和运行策略（即全负荷蓄冷/热还是部分负荷蓄冷/热）来设计。因此，设计时，应比较准确地提供典型设计日峰值负荷和逐时负荷分布。

典型设计日的逐时负荷应根据典型设计日气象数据、建筑维护结构、人流、内部设备以及运行制度，采用动态负荷计算法计算。在初步设计过程中，可采用系数法或平均法，根据峰值负荷估算典型设计日逐时负荷或典型设计日总负荷。根据典型设计日日总负荷，依次可以进行蓄冰系统的方案设计或初步设计，确定制冷主机/电热锅炉和蓄冰装置/蓄热水池容量。

以内融冰系统为例，分析设计日负荷。

（1）供电的分时电价结构

①夏季高峰时段——上午10：00～晚上20：00（10小时）

平段——上午07：00～10：00；下午20：00～夜间23：00（6小时）

低谷段——夜间23：00～上午07：00（8小时）

②冬季高峰时段——上午6：00～11：00；下午16：00～晚上20：00（9小时）

平段——上午11：00～下午16：00（5小时）

低谷段——晚上23：00～上午07：00（8小时）

（2）系统冷冻水设计成10℃温差（ΔT）（14．1～4．1℃）。采用热交换器分隔乙二醇和冷冻水回路。

（3）系统采用部分蓄冰方式。

（4）设计日冷负荷分布具体为10　500kW的尖峰负荷，并具有1　100～1　800kW的夜间冷负荷。设置2台容量为1　800kW的常规基载主机，在非高峰时段提供1　800kW的冷量，在平段及高峰时段2台常规基载主机均运行。将配备3台乙二醇主机，在非高峰时段3台乙二醇主机均制冰；在高峰时段仅其中2台乙二醇主机运行。

根据以上数据信息，冰蓄冷系统将设计包括的设备配置和流程如图3．36所示。

图3．36　内融冰实例——流程图

如表3．10所示为整个系统蓄冰系统工况表，包括：

①设计日逐时冷负荷；

②常规基载主机＃4和＃5冷量；

③冷冻水流量（可变）；

④冷冻水供水和回水温度；

⑤蓄冰系统供冷量（设计日负荷减去常规基载主机负荷）；

⑥乙二醇流量（可变）；

⑦乙二醇温度（进/出热交换器）；

⑧冷冻水温度（进/出热交换器）；

⑨冷水系统流量（进热交换器）（假定冷/热侧热交换最小温差为1．1℃）；

⑩冷冻水供水温度。

最后一栏指示整个系统的供冷量，即常规基载主机供冷量和蓄冰系统供冷量（乙二醇主机加融冰）每小时的总和。此栏的结果应与设计日逐时负荷栏相同。每一行表示在某一特定小时中系统设备组件的运行状况。

表3．10　蓄冰系统工况

续表3．10

电力公司费率时段：1＝高峰段；2＝平段；3＝低谷段

将设计日逐时冷负荷填入表中相应位置可以看到，每一台常规基载主机在4．1℃的出口温度和29．4℃的冷凝温度的情况下可提供1　800kW的冷量。其中一台主机用于承担夜间负荷，但2台主机在平段和高峰时段均运行。在额定条件下，出口温度每降低0．5℃，容量相应降低1．5%。因为系统设计供水温度为4．1℃（比6．7℃标称温度低2．6℃），则总调整系数为7．7%（1．5%×2．6℃），或者说其容量为额定量的92．3%，因而各台常规基载主机的容量为1　800÷92．3%＝1　950kW。通过常规基载主机可变的冷冻水流量来设定和保持在14．1～4．1℃的温度范围内。

冰蓄冷系统的供冷量（包括2台乙二醇主机供冷量和融冰供冷量）是设计日负荷与常规基载主机负荷的差值。选择制冰主机时要确定乙二醇流量。乙二醇被设置为定流量。2台制冰主机在上午07：00～晚上20：00之间运行。进入热交换器的乙二醇温度为3．0℃，根据每小时冷负荷与流量值，可以计算出热交换器乙二醇侧温差。由于热交换器的冷冻水侧与常规基载主机并联，所以温差相同（即14．1～4．1℃）。为保持该温差和最终4．1℃的供水温度，冷冻水流量是可变的。最后一列是检查列，用于校核常规基载主机供冷量与蓄冰系统供冷量是否与设计日冷负荷匹配。

如表3．11所示为蓄冰系统工况性能，包括：

①制冰乙二醇主机制冷量（＃1，＃2，＃3）；

②乙二醇流量；

③乙二醇供/回温度；

④冰盘管压力降；

⑤制冰总量；

⑥蓄冰系统供冷量；

⑦制冰主机供冷量＃1与＃2；

⑧乙二醇流量；

⑨融冰总量；

⑩融冰总负荷。

表中每一行表示在某一特定小时中系统设备组件的运行状况。

表3．11　蓄冰系统工况表（内融冰）及系统性能

电力公司费率时段：1＝高峰期；2＝平段；3＝低谷段。在高峰时段，常规主机＃1及＃2以65%的额定容量供冷。

为了估算制冰主机容量，需总结各个小时融冰分布状况。在本实例中，26　796kW·h是所需要的总融冰量或总蓄冰量。将该数字除以可以用来制冰的小时数（8小时，即晚上20：00～上午07：00），得制冰主机的总容量（制冰温度为－5．6℃，冷凝温度为26．7℃）大约为3　350kW；配备3台主机，所以每台的容量大约为1　120kW。如果最终制冰温度设置在－5．6℃以下，出于安全考虑，需将估算的主机容量增加2%。将35%的衰减系数（即65%的额定负荷）应用于制冰主机，制冰主机的额定容量约为1 760kW。这是估算制冰主机容量的最佳方法。

应采用2．5～3．9℃温差（ΔT）（即－1．7～－5．6℃）来确定乙二醇的流量。返回到主机的乙二醇温度必须在冰点以下。以上实例中，在2．5℃温差及1　144kW的制冷量情况下，乙二醇的流量是114L/s。

通过估算可以得出蓄冰盘管的压力降。注意，在制冰过程中（夜间23：00～上午07：00），3台制冰主机运行，乙二醇流量为342L/s。然而，在融冰过程中（上午10：00～下午18：00）只有2台制冰主机运行，乙二醇流量为228L/s。在上午07：00～上午10：00和下午18：00～夜间23：00之间没有乙二醇流过蓄冰盘管。

制冰模式开始时，制冰主机的制冷量和乙二醇出口温度将较高。随着制冰过程进行，冰层变厚，所要求的乙二醇温度逐渐降低，从而使主机制冷量逐渐降低。制冰将在夜间23：00点开始并持续至上午7：00（8小时）。在制冰模式时，上述表格中所示的主机制冷量和乙二醇供/回温度是典型值。

储冰量就是蓄冰槽中的总蓄冰量（kW·h）。制冰过程中，储冰量增加（按小时）；融冰过程中，储冰量减小。在融冰周期结束时，通常总会有少量冰遗留。蓄冰系统工况表上所示数据同时包括了估算的冰盘管压力降。

制冰主机（^＃1与^＃2）栏显示其每小时提供的冷量。每台主机具有1　760kW的容量，可以提供上午07：00～10：00和下午18：00～晚上20：00之间的冷负荷需求。在上午10：00～下午18：00的高峰时段，这些主机的冷量输出受限。由于高峰时段融冰量最大化，从而使主机压缩机用电负荷最小化。实例中，在上午07：00～晚上20：00，常规基载主机提供3　500kW的冷量。

融冰总量栏显示制冰周期开始和结束时的存储量。随着融冰供冷量增加，储冰量减少。制冰过程结束后，系统中将具有30　000kW·h的储冰量；融冰过程结束时，系统中会有3　204kW·h的剩冰量。这两者的差值（26　796kW·h）就是所使用的融冰总量。

乙二醇供/回温度是系统蓄冰系统工况表中指示的热交换器冷侧温度。

内融冰设计日时刻如图3．37所示，乙二醇主机输出在“高峰时段”受限。

图3．37　内融冰设计日时刻图