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8.7 蓄冷与蓄热

8.7.1 符合以下条件之一，且经综合技术经济比较合理时，宜采用蓄冷(热)系统供冷(热)：
      1 执行分时电价、峰谷电价差较大的地区，或有其他用电鼓励政策时；
      2 空调冷、热负荷峰值的发生时刻与电力峰值的发生时刻接近、且电网低谷时段的冷、热负荷较小时；
      3 建筑物的冷、热负荷具有显著的不均匀性，或逐时空调冷、热负荷的峰谷差悬殊，按照峰值负荷设计装机容量的设备经常处于部分负荷下运行，利用闲置设备进行制冷或供热能够取得较好的经济效益时；
      4 电能的峰值供应量受到限制，以至于不采用蓄冷系统能源供应不能满足建筑空气调节的正常使用要求时；
      5 改造工程，既有冷(热)源设备不能满足新的冷(热)负荷的峰值需要，且在空调负荷的非高峰时段总制冷(热)量存在富裕量时；
      6 建筑空调系统采用低温送风方式或需要较低的冷水供水温度时；
      7 区域供冷系统中，采用较大的冷水温差供冷时；
      8 必须设置部分应急冷源的场所。
8.7.2 蓄冷空调系统设计应符合下列规定：
      1 应计算一个蓄冷—释冷周期的逐时空调冷负荷，且应考虑间歇运行的冷负荷附加；
      2 应根据蓄冷—释冷周期内冷负荷曲线、电网峰谷时段以及电价、建筑物能够提供的设置蓄冷设备的空间等因素，经综合比较后确定采用全负荷蓄冷或部分负荷蓄冷。
8.7.3 冰蓄冷装置和制冷机组的容量，应保证在设计蓄冷时段内完成全部预定的冷量蓄存，并宜按照附录J的规定确定。冰蓄冷装置的蓄冷和释冷特性应满足蓄冷空调系统的需求。
8.7.4 冰蓄冷系统，当设计蓄冷时段仍需供冷，且符合下列情况之一时，宜配置基载机组：
      1 基载冷负荷超过制冷主机单台空调工况制冷量的20％时；
      2 基载冷负荷超过350kW时；
      3 基载负荷下的空调总冷量(kWh)超过设计蓄冰冷量(kWh)的10％时。
8.7.5 冰蓄冷系统载冷剂选择及管路设计应符合现行行业标准《蓄冷空调工程技术规程》JGJ 158的有关规定。
8.7.6 采用冰蓄冷系统时，应适当加大空调冷水的供回水温差，并应符合下列规定：
      1 当空调冷水直接进入建筑内各空调末端时，若采用冰盘管内融冰方式，空调系统的冷水供回水温差不应小于6℃，供水温度不宜高于6℃；若采用冰盘管外融冰方式，空调系统的冷水供回水温差不应小于8℃，供水温度不宜高于5℃；
      2 当建筑空调水系统由于分区而存在二次冷水的需求时，若采用冰盘管内融冰方式，空调系统的一次冷水供回水温差不应小于5℃，供水温度不宜高于6℃；若采用冰盘管外融冰方式，空调系统的一次冷水供回水温差不应小于6℃，供水温度不宜高于5℃；
      3 当空调系统采用低温送风方式时，其冷水供回水温度，应经经济技术比较后确定。供水温度不宜高于5℃；
      4 采用区域供冷时，温差要求应符合第8.8.2条的要求。
8.7.7 水蓄冷(热)系统设计应符合下列规定：
      1 蓄冷水温不宜低于4℃，蓄冷水池的蓄水深度不宜低于2m；
      2 当空调水系统最高点高于蓄冷(或蓄热)水池设计水面时，宜采用板式换热器间接供冷(热)；当高差大于10m时，应采用板式换热器间接供冷(热)。如果采用直接供冷(热)方式，水路设计应采用防止水倒灌的措施；
      3 蓄冷水池与消防水池合用时，其技术方案应经过当地消防部门的审批，并应采取切实可靠的措施保证消防供水的要求：
      4 蓄热水池不应与消防水池合用。

条文说明

8.7.1 蓄冷(热)系统选择。
蓄冷、蓄热系统能够对电网起到“削峰填谷”的作用，对于电力系统来说，具有较好的节能效果，在设计中可以适当的推荐采用。本节主要介绍系统设计时的原则性要求，蓄冷空调系统的具体要求应符合《蓄冷空调工程技术规程》JGJ 158的规定。
1 对于执行分时电价且峰谷电价差较大的地区来说，采用蓄冷、蓄热系统能够提高用户的经济效益，减少运行费用。
2 空调负荷的高峰与电力负荷的峰值时段比较接近时，如果采用蓄冷、蓄热系统，可以使得冷、热源设备的电气安装容量下降，在非峰值时段可以运行较多的设备进行蓄热蓄冷。
3 在空调负荷峰谷差悬殊的情况下，如果按照峰值设置冷、热源的容量并直接供应空调冷、热水，可能造成在一天甚至全年绝大部分时间段冷水机组都处于较低负荷运行的情况，既不利于节能，也使得设备的投入没有得到充分的利用。因此经济分析合理时，也宜采用蓄冷、蓄热系统。
4 当电力安装容量受到限制时，通过设置蓄冷、蓄热系统，可以使得在负荷高峰时段用冷、热源设备与蓄冷、蓄热系统联合运行的方式而达到要求的峰值负荷。
5 对于改造或扩建工程，由于需要的设备机房面积或者电力增容受到限制时，采用蓄冷(热)是一种有效提高峰值冷热供应需求的措施。
6 一般来说，采用常规的冷水温度(7℃/12℃)且空调机组合理的盘管配置(原则上最多在10～12排，排数过多的既不经济，也增加了对风机风压的要求)合理时，最低能达到的送风温度大约在11℃～12℃。对于要求更低送风温度的空调系统，需要较低的冷水温度，因此宜采用冰蓄冷系统。
7 区域供冷系统，应采用较大的冷水供回水温差以节省输送能耗。由于冰蓄冷系统具有出水温度较低的特点，因此满足于大温差供回水的需求。
8 对于某些特定的建筑(例如数据中心等)，城市电网的停电可能会对空调系统产生严重的影响时，需要设置应急的冷源(或热源)，这时可采用蓄冷(热)系统作为应急的措施来实现。
8.7.2 蓄冷空调系统负荷计算和蓄冷方式选择。
1 对于一般的酒店、办公等建筑来说，典型设计蓄冷时段通常为一个典型设计日。对于全年非每天使用(或即使每天使用但使用人数并不总是满员的建筑，例如展览馆、博物馆以及具有季节性度假性质的酒店等)，其满负荷使用的情况具有阶段性，这时应根据实际满员使用的阶段性周期作为典型设计蓄冷时段来进行。
由于蓄冷系统存在间歇运行的特点，空调系统不运行的时段内，建筑构件(主要包括楼板、内墙及家具)仍然有传热而形成了一定的蓄热量，这些蓄热量需要整个空调系统来带走。因此在计算整个空调蓄冷系统典型设计日的总冷量(kWh)时，除计算空调系统运行时段的冷负荷外，还应考虑上述蓄热量。蓄冷空调系统非运行时段的各建筑构件单位楼板面积、单位昼夜温差(由自然温升引起的)附加负荷可参考表12。
2 对于用冷时间短，并且在用电高峰时段需冷量相对较大的系统，可采用全负荷蓄冷；一般工程建议采用部分负荷蓄冷。在设计蓄冷-释冷周期内采用部分负荷的蓄冷空调系统，应考虑其在负荷较小时能够以全负荷蓄冷方式运行。

表12 蓄冷空调系统间歇运行附加冷负荷[W/（㎡•K）]

注：1 此表适用于轻型外墙的情况；
2 此表适用于楼板和内墙厚度在10~15cm之间的情况；
3 表中a为内墙面积与楼板面积的比值，b为家具面积与楼板面积的比值，根据建筑实际情况估算。
在有条件的情况下，还宜进行全年(供冷季)的逐时空调冷负荷计算或供热季节的全年负荷计算，这样才能更好地确定系统的全年运行策略。
    在确定全年运行策略时，充分利用低谷电价，一方面能够节省运行费用，另一方面，也为城市电网“削峰填谷”取得较好效果。
8.7.3 冰蓄冷装置蓄冷和释冷特性要求。
      1 冰蓄冷装置的蓄冷特性要求如下：
       1) 在电网的低谷时间段内(通常为7小时～9小时)，完成全部设计冷量的蓄存。因此应能提供出的两个必要条件是：①确定制冷机在制冷工况下的最低运行温度(一般为-4℃～-8℃）；②根据最低运行温度及保证制冷机安全运行的原则，确定载冷剂的浓度(体积浓度一般为25％～30％)。
       2) 结冰厚度与结冰速度应均匀。
      2 冰蓄冷装置的释冷特性要求如下：
    对于用户及设计单位来说，冰蓄冷装置的释冷特性是非常重要的，保持冷水温度恒定和确保逐时释冷量符合建筑空调的需求是空调系统运行的前提。所以，冰蓄冷装置的完整释冷特性曲线中，应能明确给出装置的逐时可释出的冷量(常用释冷速率来表示和计算)及其相应的溶液浓度。
    对于释冷速率，通常有两种定义法：
       1) 单位时间可释出的冷量与冰蓄冷装置的名义总蓄冷量的比值，以百分比表示(一般冰盘管式装置，均按此种方法给出)；
       2) 某单位时间释出的冷量与该时刻冰蓄冷装置内实际蓄存的冷量的比值，以百分比表示(一般封装式装置，均按此种方法给出)。
    全负荷蓄冰系统初投资最大，占地面积大，但运行费最节省。部分负荷蓄冰系统则既减少了装机容量，又有一定蓄能效果，相应减少了运行费用。附录J中所指一般空调系统运行周期为一天24小时，实际工程(如教堂)，使用周期可能是一周或其他。
    一般产品规格和工程说明书中，常用蓄冷量量纲为(RT·h)冷吨时，它与标准量纲的关系为：1RT·h＝3.517kWh。
8.7.4 基载机组配置条件。
    基载冷负荷如果比较大或者基载负荷下的总冷量比较大时，为了满足制冰蓄冷运行时段的空调要求，并确保制冰蓄冷系统的正常运行，通常宜设置单独的基载机组。比较典型的建筑是酒店类建筑。
    基载冷负荷如果不大，或者基载负荷下的总冷量不大，单独设置基载机组，可能导致系统复杂和投资增加，因此这种情况下，也可不设置基载冷水机组，而是根据系统供冷的要求设置单独的取冷水泵(在蓄冷的同时进行部分取冷)。需要注意的是：在这种情况下，同样应保证在蓄冷时段的蓄冷量满足8.7.3条的要求。
8.7.5 载冷剂选择及管路设计要求。
    蓄冰系统中常用的载冷剂是乙烯乙二醇水溶液，其浓度愈大凝固点愈低(见表13)。一般制冰出液温度为-6℃～-7℃，蓄冰需要其蒸发温度为-10℃～-11℃，故希望乙烯乙二醇水溶液的凝固温度在-11℃～-14℃之间。所以常选用乙烯乙二醇水溶液体积浓度为25％左右。

表13 乙烯乙二醇水溶液浓度与相应凝固点与沸点

8.7.6 冰蓄冷系统的冷水供回水温度和温差要求。
    采用蓄冰空调系统时，由于能够提供比较低的供水温度，应加大冷水供回水温差，节省冷水输送能耗。
    从空调系统的末端情况来看，在末端一定的条件下，供回水温差的大小主要取决于供水温度的高低。在蓄冰空调系统中，由于系统形式、蓄冰装置等的不同，供水温度也会存在一定的区别，因此设计中要根据不同情况来确定。
    当空调系统的冷水设计温差超过本条第1、2款的规定时，宜采用串联式蓄冰系统。
    因此设计中要根据不同情况来确定空调冷水供水温度。除了本条文中提到的冰盘管外，目前还有其他一些蓄冷或取冷的方式，如：动态冰片滑落式、封装式以及共晶盐等，各种方式常用冷水温度范围可参考表14(为了方便，表中也列出了采用水蓄冷时的供水温度)。

表14 不同蓄冷介质和蓄冷取冷方式的空调冷水供水温度范围

8.7.7 水蓄冷(热)系统设计。部分强制性条文。
      1 为防止蒸发器内水的冻结，一般制冷机出水温度不宜低于4℃，而且4℃水相对密度最大，便于利用温度分层蓄存。适当加大供回水温差还可以减少蓄冷水池容量，通常可利用温差为6℃～7℃，特殊情况利用温差可达8℃～10℃。考虑到水力分层时需要一定的水池深度，提出相应要求。在确定深度时，还应考虑水池中冷热掺混热损失，条件允许应尽可能深。开式蓄热的水池，蓄热温度应低于95℃，以免汽化。
      2 采用板式换热器间接供冷，无论系统运行与否，整个管道系统都处于充水状态，管道使用寿命长，且无倒灌危险。当采用直接供冷方式时，管路设计一定要配合自动控制，防止水倒灌和管内出现真空(尤其对蓄热水系统)。当系统高度超过水池设计水面10m时，采用水池直接向末端设备供冷、热水会导致水泵扬程增加过多使输送能耗加大，因此这时应采用设置热交换器的闭式系统。
      3 使用专用消防水池需要得到消防部门的认可。
      4 热水不能用于消防，故禁止与消防水池合用。

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