1  纺织厂使用水蓄冷中央空调的优越性

1.1 节省电费

蓄冷空调充分利用夜间的低电价电力，可节省大量电费。通常蓄冷空调系统的制冷机装机容量可小于一般空调系统，风机与泵的容量也减少，可节省电力申请费用和设备投资费用。但是纺织车间通常是24小时运转的，炎热夏季的时候，空调开机时间比较长，这时候为了提高蓄冷的容量和停机的时间，通常在冷机选型的时候，将冷机的容量选大一些，譬如提高20％。

蓄冷空调尤其适用于制冷量不足，需要对制冷站进行扩建的工厂。在原有制冷站的基础上，不用增加制冷机组，只需增加蓄冷设备，就可提高系统的供冷量。

有些夜间停工的车间，譬如制衣厂使用蓄冷空调优势更加明显。

1.2 蓄冷空调效率高，具有节能效果

蓄冷空调系统在蓄冷循环过程中，制冷机处于满负荷运行状态，主机持续以最高的能效比(COP)运行，而且蓄冷循环通常在夜间进行，夜间较低的环境温度使冷凝温度下降，可提高制冷机的冷量和制冷系数。当然蓄冷空调较低的蒸发温度也会使制冷系数有所下降。

由于有较低的冷冻水温度，所以能有效地降低送风的焓值和相对湿度，譬如有的客户要求紧密纺车间的相对湿度为40％时，没有低温冷冻水是很难达到的。同时还可以有限度的通过风机变频加大送风温差，减少送风量，节能效果明显。

1.3 供回水大温差运行

夏季纺织厂的送风露点温度常常高于17°C，通常回水温度也高于16°C，所以很容易做到5-15°C或者7-17°C的大温差供回水系统。温差增大带来流量的减少，所以制冷机、水泵、配电柜等设备的初投资会节省一部分。

 

2 纺织厂水蓄冷介绍

2.1 蓄冷工况

 如图1所示，蓄冷工况时，制冷机、冷却塔、冷却水泵、冷冻水一次泵和水池是一个独立的制冷循环系统，纺织车间的负荷变化和喷淋室冷冻水需求量的变化都不会直接影响制冷机的运行。在过渡季节，当新风的焓值和车间送风焓值差距不大的时候，采用自动控制的传统空调的制冷机将会频繁的启停，低负荷运行，运行效率低，而水蓄冷空调则不会产生此状况。

    蓄冷工况的控制通常采用手动和自动相结合的控制方法，将艾金的自控系统和制冷机的控制系统相结合，当低温水池的温度高于12°C时，冷机开启，注意这个“12°C”通常需要根据水池的大小，系统设计时选取的水温度差以及喷淋室实际运行工况而选定，并非一成不变。当低温水池的温度达到5°C时，冷机关闭。手动控制也是必须的，在电价的高峰时段，强制关闭冷机，在电价低谷时段，满负荷开启冷机。

 

2.2 释冷工况

变频二次泵根据喷淋空调系统需要的冷量，自动计算出所需要的水量，并将所需要的冷冻水送到喷淋室。决不浪费水量，没有多余的冷冻水回水的产生，而在传统空调中，冷冻水不是按需分配的，通常都是按照“感觉”将冷冻水送到喷淋室，造成大量的能源浪费。

冷冻水二次泵“按需供水”是艾金的核心技术之一，已经在多个工程中使用了，由于外在影响因素众多，只能通过强大的控制系统才能实现。外在影响因素如：

(1)新风的焓值不停的变化，导致冷冻水的需求量不同。

(2)蓄冷水池的供水温度是不断上升的，喷淋室回水温度也是变化的，所以供回水温差Δt是瞬息万变的。艾金控制系统能够合理的适应不同的供回水温差。

(3) 当冷冻水量不够时，艾金采取变露点并结合序列控制(送风阀、水泵变频、风机变频)来保证湿度的稳定，供水量是变化的。

 

2.3 联合供冷工况

对于全天运行的纺织厂，由于冷负荷较大，通常除了电价高峰值的时间，冷机都是开启的。最近几年来，全国各地夏季高温天数逐渐增多，根据上海2017年的气象资料统计得到上海全年湿球温度超过28°C的小时数为199小时，其中有66小时的湿球温度超过29°C。所以全天使用冷冻水的几率增大。

 

2.4 蓄冷水池

蓄冷水池的体积通常比较大，可以利用纺织厂的消防水池、蓄水池，建筑地下室等改造后使用，通常采用自然分层水平隔离式蓄冷水池，如图2所示，图2中的尺寸为某个项目的实际尺寸。

该种类型的水池简单、有效，是保证水蓄冷系统最为经济和高效的方法，经过合理的设计和高效的保温，蓄冷效率可以达到85％～95％。根据水的密度特性，高于4°C的水的密度和温度成反比，利用水的密度差异，温度较高的回水漂浮于温度较低的冷冻水之上，两者缓慢混合，确保温度分层稳定。蓄冷时，冷水从第一个蓄冷槽的底部入进入第二个槽中，上部温水溢流到第二个槽中，依此类推，最终所有的蓄冷槽中均为冷水。释冷是相反的过程。

蓄冷水池的保温隔热一定要严格按照设计要求执行，良好的保温防潮能大大提高蓄冷的效率。通常水池的底部采用50mm厚的聚氨酯泡沫塑料现场发泡，另加防潮隔气层和钢筋混凝土；水池四周保温采用50mm厚的聚苯乙烯泡沫保温板加防潮隔气层，外用砖砌护墙，水泥沙浆护面；水池盖板也用50mm聚苯乙烯泡沫保温板，外加三油三毡防潮隔气层后，再以钢筋混凝土薄板护面，外加水泥沙浆。

3 冷冻系统的焓值控制

艾金设计的水蓄冷空调通过精确的焓值控制，使制冷机运行的时间降到最低，这一点人工系统以及普通的自控系统是作不到的。对于某个细纱车间，空气状态点的参数如表1所示，三个空气状态点在焓湿图上的区间分布见图3。

表1  某细纱车间空气状态点

参数	送风状态点	回风状态点	车间内空气状态点
温度°C	24.6	36	30
相对湿度 ％	80	42	58
焓值Kj/kg dry	64.4	76.5	69.7

当新风的焓值小于送风点的焓值时，也就是1区间时，冷冻水二次泵自动停止运行，新风阀门自动开启到合适的开度以保证室内空气温湿度。

当新风的焓值大于送风点的焓值并且小于回风点的焓值时，也就是2区间时，新风阀全部打开，同时提供部分冷冻水。夏季大约有一半的时间处于该状态，由于新风焓值不停的波动导致冷冻水的需求量也不停的波动，采用水蓄冷装置，不仅使系统稳定运行而且二次泵变频控制能够最大限度的节能和精确控制温湿度，如果采用一次泵系统，制冷机很难适应该状态下的频繁调节。

当新风的焓值大于回风点的焓值时，也就是3区间时，新风阀全部关闭(最小新风运行)，冷冻水开启，水量根据实际负荷自动调节。

 按照表1的参数，如果供冷周期为6月10日到10月10日，根据上海市2017年6月10日至10月10日的气象资料统计可得每个小时的新风焓值，如图4所示。新风焓值在各个控制区间的小时数如表2所示。

 

表2  新风焓值在各控制区间的小时数

	1区间	2区间	3区间
小时数 h	952	1086	914
各区间所占比例	32.25%	36.79%	30.96%

我们看到，在上海市整个供冷期中，新风焓值在3个区间的所占比例几乎各占1/3，也就是说供冷期间有32.25％的时间完全不需要冷冻水，有36.79％的时间使用全新风和部分冷冻水。通过进一步统计得到在夏季最炎热的七、八两个月中，有6.6％的时间不需要使用冷冻水，有44.3％时间需要使用全新风和部分冷冻水。

通过焓值控制再辅以水蓄冷装置，充分利用1区间的时间来蓄冷，最大限度的利用1、2区间的新风，降低冷冻水消耗量。这部分的节能是非常可观的，需要引起大家的重视。

4 水蓄冷经济性分析

水蓄冷经济性分析的文章很多，本节主要针对某24小时运转的织布厂进行分析，由于纺织厂空调不间断运行，所以为了保证一定的蓄冷时间，冷机选型需要增大，如果是间断运行的工厂，可以根据间断的时间来减小冷机大小，这一点和民用上的水蓄冷设计有一些不同。计算投资费用时不考虑水池建造费用以及喷淋水泵、风机、备用泵、电气等相关设备的费用，仅包括了制冷站中冷机、水泵和冷却塔的费用。

4.1 装机功率

某织布厂所需空调制冷量为1541Kw，常规选型所需的机组设备见表3，所需水池体积为28立方米，常规选型冷冻部分设备的总输入功率为358Kw。水蓄冷选型所需的机组设备见表4，水蓄冷选型冷冻部分设备的总输入功率为513Kw。两种选型的供回水温差都按照10°C计算。

表3  常规选型所需的机组设备

设备	型号	功率Kw
制冷机	450冷吨	299
冷却塔	300m3	11
冷冻水一次泵	170m/3h  16m	11
冷冻水二次泵	200m/3h  17m	15
冷却水泵	300m/3h  22m	22

 

表4 水蓄冷选型所需的机组设备

设备	型号	功率Kw
制冷机	650冷吨	431
冷却塔	500m3	15
冷冻水一次泵	200m/3h  16m	15
冷冻水二次泵	200m/3h  17m	15
冷却水泵	400m/3h  22m	37

 

4.2 蓄冷水池体积计算

由于加大了制冷机，故650冷吨的机组满负荷开启16个小时可以满足全天的冷量需求，所以只要有足够大的蓄水池可以保证电价高峰时间冷机全部停开。由于电价高峰时段一共为8个小时，所以理论上蓄水池最多需要提供8小时蓄冷量，保证这8个小时内冷冻站停开。蓄冷温差为10°C时最大蓄水池体积通过公式(1)计算可得906 m3。

V＝(制冷量/4.9/蓄冷温差)x冷机停机小时数x3.6   （1）

实际上水池并不需要这么大，假设车间的时时冷负荷相同，那么通过该织布厂所在地的三费率电价图5可得：

运行时段1(冷机开)，节余4小时蓄冷量；运行时段2(冷机停)，节余2小时蓄冷量；运行时段3(冷机开)，节余4.5小时蓄冷量；运行时段4(冷机停)，节余1.5小时蓄冷量；运行时段5(冷机开)，节余3小时蓄冷量；运行时段6(冷机停)，蓄冷量全部耗尽。

从上面的分析，我们可以看出，水池最大的蓄冷时间是4.5个小时，所以正确的水池计算体积按照公式(1)计算可得509m3。实际应用的水池体积为250 m3左右，也达到了很好的蓄冷效果，只是冷负荷最高的时刻，车间温度稍微升高了几度而已。