寶加相變蓄能

冷水機組系統設計

寶加冷水機組系統設計

暖通空調設施佔建築物總用電量的40%。 在香港,由於天氣炎熱,這一數字甚至升至60%。儘管有少數公司機構意識到要優化其設施以實現最佳性能和能源利用,但大多數根本不知道整個冷水機組系統的優化設計能有多大幫助。

憑藉過去數十年在暖通空調工程領域的專業知識和經驗,保加開發了新的前瞻性設計:超高效寶加相變蓄能變頻混合動力冷水機組系統,以提供更好的解決方案

應對行業中挑戰。通過我們在本地及世界上許多成功的項目可見,我們的前瞻性解決方案是切實可行的。

Boca_chiller_system_Optimization

難 與 解

日復一日的運轉,現代冷水機系統面臨著許多挑戰, 其中一些更是世界性的難解題,給冷水機的效率,能耗,保養和購置成本帶來了嚴重的負面影響。

憑著我們的寶加相變蓄能系統,我們有能力以非常有效和獨特的方式去解決這個節能難題。

整體設計過大

冷水機組必須立即響應以應對冷卻能力的需求,因此系統往往是根據高峰時段估計的最高需求加上較大的安全緩衝量來設計的,實際上,該緩衝可能是所需負載的兩倍。因此,冷水機組往往安裝得過剩。 與一直在部分負載條件下運行相比,它們的運行效率較低。這造成能量浪費並且增加了建築物業主的運營成本。

寶加相變蓄能技術

寶加相變蓄能缸內藏結了冰的相變材料板,並儲滿了剩餘冷量,作用就好像「電容器」,可以儲存整日生產的冷量,以供日間隨時使用。有了蓄能缸作緩沖,我們就可以減小系統的最大設計容量,因為通常冷水機最理想的能耗負載只是在其設計能力的60%至80%之間。我們的優化設計讓我們更有餘裕去選擇最合適容量的重要元件,例如盤管,控制閥,管道以及三級連接和控制。

溫差不足

當冷水機系統的設計溫差達不到冷水出水溫度與入水溫度之間的溫差時,就會出現這個毛病。與回水混合後,供應到建築物的冷凍水的溫度升高,從而使控制閥保持完全打開。結果是,二級水泵系統將增加了能耗,或者降低冷水機組效率,或者無法滿足冷負載。

變頻機

當冷凝溫度可降低至設計條件以下時,冷水機上的變頻器可在低溫環境條件下顯著提高部分負載性能。寶加設計的系統必須能夠有效地適應小溫差,同時仍要滿足所有盤管的負載。我們使用變頻冷水機組,這種冷水機組在除最低功況外的全部負載情況下,運行部分負載都是非常有效率的。我們還可以運行比分擔到的負載所需更多的冷水機組。 因此,由於溫差ΔT降低而產生的額外流量不會對冷水機組的能源使用產生影響。

部份負載 - 現實世界的能效

能效係數(COP)是根據最大負載計算的,但在現實世界中,冷水機組幾乎始終無法在最大負載下運行。由於任何冷水機的99%運行時間都是在部分負載的情況下進行的,為了評估不同部分負載條件下的冷水機效率,就需要計算非標準的分負載值(NPLV)。

在不同的負載條件下(例如100%,75%,50%和25%)都去測量冷水機組的性能,才能公正而真實的去評估性能。

在99%的時間裡,冷水機遇到的環境條件都低於設計條件。在這種情況下,使用變頻壓縮機可以幫助實現更高的部分負載效率。使用變頻冷凝器風扇也有助實現更好的部分負載效率。

設計任何冷水機組時,必須考慮部分負載效率。部分負載不僅意味著減少所需的冷噸數,而且意味著減少了壓縮機中的壓力升高,即壓縮機必須克服的蒸發器與冷凝器之間的壓差。

由於冷水機組有99%的時間都是在部分負載(非設計)條件運行,這將減少壓縮機中的壓力升高和大廈的內部負載,因此寶加在為你選擇冷水機組時,都會充分考慮部分負載效率。

相變蓄能冷水機系統部份負載變化圖

串聯冷水機組大溫差設計

寶加相變蓄能冷水機系統的運作法門

大溫差

小溫差設計更流行但能效較低

增量Δ表示數量或數字變化,ΔT是指溫度的變化。在普通冷水機應用中,一般進入冷水機的水溫為7℃,離開時為12℃。 溫度的變化,或ΔT,即為5℃。

溫差ΔT相對會較小的原因是:降低供應溫度會增加冷水機必須完成的功,這增加了冷水機組的能耗和峰值功率。如果出水的空氣溫度高於12℃,而進水與去水之溫差大於10℃,則說明你無法從大廈的系統中獲得足夠的冷凍水,你必須使用更大的冷卻盤管,但是普通的冷水機會受到其自身的額定流量變化所限制。其他問題包括有可能會結冰和受損壞。作為工程師必須非常注意防冰保護,供水和壓力開關的極限調節。

Common Delta_T for general chiller system
High Delta T Technology for chiller

寶加大溫差技術

在超高效能寶加相變蓄能冷水機組系統中,冷凍水在16℃時進入上游冷水機,而在6℃時離開下游冷水機。溫差ΔT高達10℃,是普通溫差的兩倍。

得益於我們的相變蓄能缸,它在提供剩餘冷量方面實在大有幫助,我們的冷水機因此不再需要做太多功來降低供手水溫度。

大溫差技術的優點是:

(1)在進水與去水間使用大於常規的溫差不但可以降低流速,也可以使用更小的管道和泵來滿足相同的容量和更低的水泵能耗成本,更低的泵送峰值功率,並減少水泵出現撕裂和磨損。

(2)冷水機去水溫度降低至6℃,這麼低的溫度已足以讓蓄能缸內的寶加相變材料板結冰了。你無需再花費一分一毫的電費,就可以讓材料板進行相變成為冰板,將冷能儲存起來供以後使用了。請記住,這種冷量也將有助於減少冷水機的總作功量。

串聯冷水機

一般而言,冷水機都是以並聯佈置的,寶加則與眾不同,採用串聯配置的方式在上下游佈置多台冷水機組。上游機組的溫度範圍是11℃到16℃,然後冷凍水流到下游機組,溫度再從11℃降至到6℃。這種二級串聯的配置,讓我們能成功應用大溫差技術。

High Delta T in serial chiller design
常用的冷水機組並聯佈置圖
冷水機組串聯佈置圖

優 點

(1) 更高的冷凍效能

在串聯上游的冷水機在較高的冷水溫度下運行,這意味著上游機組中的製冷劑溫度和蒸發器中的製冷劑壓力也較會高。

同樣地,下游冷水機將面對更低的冷凝器出水溫度,因此比並聯冷水機的冷凝器製冷劑壓力更低,這降低了冷水機的功率。

上游冷淨水機在升高了的溫度下運行並提高了效率。很大可能,這就足以補償水泵增加的耗能。串聯冷水機組這種佈置方式可產生最低的滿負載冷水機功率(比並聯-並聯的配置低了10%以上)。

對於大冷凍水溫差範圍,可使用串聯冷水機組(多數設有串聯逆流冷凝器迴路)來優化冷凍性能。

(2) 減少壓縮機中的壓力升高

串聯冷水機減低壓縮機中的壓力升高量(即在蒸發器和冷凝器中的製冷劑的壓差)在部份負載時也會發生。串連設計中的每台冷水機都有其自身定的製冷迴路,因此其減少壓縮機中的壓力升高量的能力可以疊增。

(3) 避免發生轉移流

在水冷式機組系統中將冷水機用輸送管道並聯時,添加第二台冷水機後,運行中的冷水機流量會發生重大變化,而將冷水機串聯時,啟用第二個冷水機時就不會發生轉移流,這樣可以大大簡化系統控制。

(4) 降低設施的全壽命成本

與傳統的並聯佈置相比,串聯佈置的冷水機組可以減少全壽命成本。