連載九 | 源牌冰蓄冷技術設計與應用
2022-12-09
外融冰系統鼓氣及分集水器設計
外融冰系統和體量較大或融冰速率要求較高的內融冰系統，為促進蓄冰及加速融冰，其蓄冰裝置底部應合理設置鼓氣管，并配置鼓氣泵系統。為保證外融冰系統水流與冰層充分接觸換熱，避免短路，需要在冰槽內水流入口和出口處設置布水器。布水器的設計直接影響融冰均勻性、融冰速率及融冰率，因此外融冰系統中合理的布水器設計相當關鍵。
外融冰系統，到了融冰后期隨著冰層變薄，冰量減少，融冰速度也會有一定程度下降，為了保證穩定持續的融冰速度，需要通過鼓氣增加水流擾動，加速換熱，同時也可以保證整個蓄冰裝置均勻融冰，避免局部死角。在內融冰系統中，為了滿足某特定時刻的供冷需求，也可以采用鼓氣加速融冰。
從蓄冰角度，冷傳遞需要克服管壁附近的對流換熱熱阻、管壁導熱熱阻及管外側對流換熱熱阻，當冰槽中無氣流擾動時，水處于靜態，對流換熱系數極小，從而約束了綜合傳熱系數，有必要設置鼓氣裝置加速擾動從而加速傳熱；設置鼓氣裝置加強了混水的均勻性，減少縱向溫度梯度差異，提高了結冰和融冰的均勻性。
鼓氣裝置一般由吸氣管、空氣泵、鼓氣管三部分組成，關于鼓氣裝置的設計有以下幾點技術要求：
1）蓄冰裝置鼓氣系統需根據現場條件依照技術要求進行設計；
2）鼓氣泵的壓頭需克服氣管壓損、蓄冰槽的液位高度；
3）空氣攪動速率控制在每平方2m3/h左右；
4）鼓氣孔開孔方向朝向蓄冰裝置底部；
5）開孔位置需結合斷面尺寸進行均勻布置；
6）為防止外部空氣進入槽體內部造成冷量損失，一般吸氣口設置在蓄冰槽體內液位上部空間。
鼓氣系統
外融冰系統中，布水器設置的基本要求是保證水流均勻分配在冰槽中，讓冰和水充分均勻接觸，保證融冰的效果并維持低而穩定的出口溫度。布水器的設計需要根據具體的蓄冰槽結構而定，基本要求如下：
1）布水管垂直于水面并對應盤管長度方向于蓄冰槽兩端布置，出水部分應覆蓋盤管總高度的80%；
2）布水-分/集水器均勻布置，確保冰水充分沖刷冰層；
3）孔洞出水速度不大于1.5m/s。
由于常用蓄冰槽為開式槽，整個融冰系統為開式系統，融冰管路的設計及安裝需避免冰水回灌的可能。縱向安裝時，開孔的數量及孔徑需考慮靜水壓對水流速度的影響。另外，集水器的取水口需考慮設置易于清洗的粗目過濾網，以防止碎冰通過水流進入管路。
布水-分水器 （H型） 布水-集水器（H型）
布水器平面布置示意圖
冰 蓄 冷 案 例 分 享
杭州奧體中心
盤管現場圖
需求挑戰
杭州奧體中心包括一個8萬人主體育場、一座1萬8千人主體育館，還有游泳館、室內田徑中心、重競技中心等場館，可舉辦世界性、洲際性、全國性綜合運動會及國際賽事，是全國最大的體育中心之一。
源牌解決方案
本項目總建筑面積39.7萬平方米，設計總冷負荷33801kw。本項目采用4.5℃/14.5℃的大溫差供冷及二級泵變頻變流量輸配的節能技術。系統設計蓄冰量29500RTh，融冰供冷溫度3.5℃，基于機房的預留空間并兼顧后期的可展示性，共配置8臺ITSI-C3714型納米導熱復合盤管蓄冰裝置，總潛熱蓄冰量29712RTh。
