摘 ?要 ?分析消防水池改造成蓄冷水池存在著蓄冷量小、水溫變化快特點；將制冷系統(tǒng)停止運行后尚需供冷的冷負(fù)荷定名為夜間冷負(fù)荷并作了相應(yīng)的分析；給出利用消防水池作為蓄冷水池提供冷量保證夜間冷負(fù)荷的系統(tǒng)圖，并指出該系統(tǒng)具有造價低、運行費用低等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞 ?水蓄冷 ?夜間冷負(fù)荷 ?節(jié)能
0.引言
夜間冷負(fù)荷只是泛稱，本文給予的含義是指當(dāng)制冷系統(tǒng)停止運行后某些尚需供冷房間所需的冷負(fù)荷。比如辦公大樓，節(jié)假日期間制冷系統(tǒng)停止運行，但此時尚有部份員工需加班，所需冷負(fù)荷即為夜間冷負(fù)荷。又如商業(yè)建筑各空調(diào)房間營業(yè)時間不盡相同，當(dāng)制冷系統(tǒng)停止運行后某些商業(yè)用房仍需供冷即為夜間冷負(fù)荷。上述需供夜間冷負(fù)荷的房間亦稱為夜間冷負(fù)荷房間。
水蓄冷屬溫差蓄冷，存在著蓄冷量小、水溫變化快等特點，故較少使用于大冷負(fù)荷場合。
本文試圖將水蓄冷所蓄存的冷量應(yīng)用于夜間冷負(fù)荷以達到節(jié)能的目的。
1.關(guān)于水蓄冷
1.1水蓄冷的構(gòu)成
水蓄冷水池可采用單建獨立水池，也可由消防水池改造而成。一般地若采用單建水池的將占用較大的建筑面積以及增加較多的工程造價，故較少采用。而作為公共建筑，其消防水池容量一般大于600m3，故目前水蓄冷水池較多采用消防水池兼作蓄冷水池。
1.2 消防水池作為蓄冷水池存在的問題
1.2.1 蓄冷容量小
作為蓄冷水池，其蓄存的冷量僅體現(xiàn)為溫差蓄冷，以600m3水池為例，當(dāng)蓄存溫差為3℃時，其蓄存的冷量也僅為2100kw·h，當(dāng)系統(tǒng)耗冷量大時，其蓄存的冷量將被迅速取用而使將蓄冷水池失效。故目前少見消防水池作蓄冷水池應(yīng)于大耗冷量系統(tǒng)中。
1.2.2 水溫的影響
蓄冷水池蓄冷為溫差蓄冷，池水蓄冷至一定的溫度后被取用，若此時無冷量繼續(xù)蓄入，則水溫將持續(xù)上升，上升至某一溫度后蓄冷水池將失效。
1.2.3 消防水池可靠性問題
作為消防水池其存蓄的水量不得因為它用容量下降以及為避免水系統(tǒng)變?yōu)殚_式系統(tǒng)，故存取冷量時必須采用板式換熱器來實現(xiàn)。而板式換熱器換熱時均存在換熱溫差。當(dāng)制冷系統(tǒng)供回水溫度采用常規(guī)進出水溫度7℃/12℃時，蓄冷水池最多也只能降至8℃。若欲使蓄冷水池溫度更低而將制冷系統(tǒng)冷水機組出水溫度下調(diào)將導(dǎo)致效率下降也是不可取的。
1.2.4 消防水池作為蓄冷水池蓄冷時池內(nèi)水的流動方式不同決定著蓄冷效率高低，一般地可利用分層原理減少冷熱水的摻混，盡量使池水呈活塞式流動可提高蓄冷效率。
2.關(guān)于夜間冷負(fù)荷
2.1 夜間冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例
夜間冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷比例將直接影響系統(tǒng)構(gòu)成。當(dāng)比例較高時，只能啟動制冷系統(tǒng)供冷。當(dāng)比例較低時，制冷系統(tǒng)處于尷尬狀態(tài)。此時若啟動制冷系統(tǒng)，“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重。雖然冷水機組具有自動卸載能力，但低負(fù)荷時機組能效比差以及冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機必須運行等情況將導(dǎo)致單位冷量能耗急促上升。而且上述比例越低，單位冷量能耗越高。上述比例低至一定程度，制冷系統(tǒng)將停止運行。
夜間冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷比例過低導(dǎo)致能耗過高現(xiàn)象在工程實際中經(jīng)常出現(xiàn)。曾有位經(jīng)營40間豪華包間餐廳的業(yè)者向筆者抱怨：某些包間餐廳顧客滯留時間較長，尚若只剩包間尚在營業(yè)，此時制冷系統(tǒng)還必須開啟，所耗電費還抵不上這幾間包間餐廳的營業(yè)收入。為此，只好為每間包間餐廳另行裝上獨立空調(diào)以備用。
2.2 夜間冷負(fù)荷工作時間
夜間冷負(fù)荷房間若因工作需要需啟動制冷系統(tǒng)，其工作時間越長，倘若無相應(yīng)的節(jié)能措施，其能耗越大。
3.關(guān)于水蓄冷和夜間冷負(fù)荷
3.1 消防水池蓄冷量小，夜間 ?
冷負(fù)荷一般也較小，兩者能否結(jié)合
起來呢？圖一為利用消防水池蓄冷
提供冷量給夜間冷負(fù)荷房間之簡圖。
圖中板換1為板式換熱器，?
泵1 為夜間冷凍水泵，泵2為池水循環(huán)泵。
當(dāng)制冷系統(tǒng)開啟時，池水屬于蓄冷階段。
此時開啟池水循環(huán)泵，開啟閥1、閥2、閥3、
閥4，關(guān)閉閥5、閥6，直至池水水溫至8℃。
當(dāng)制冷系統(tǒng)停止運行后，開啟夜間負(fù)荷冷
凍水泵和池水循環(huán)泵，關(guān)閉閥1、閥2、閥3、閥4，開啟閥5、閥6，向夜間冷負(fù)荷房間供冷。
3.2 當(dāng)制冷系統(tǒng)開啟時，消防水池內(nèi)池水蓄冷至8℃。當(dāng)制冷系統(tǒng)停止運行后，取消防水池蓄存的冷量向夜間負(fù)荷房間供冷。此時，池水溫度上升，一般地池水水溫升至11℃仍可使用，但此時末端設(shè)備出力將下降，相應(yīng)地除濕能力亦下降。
3.3 600m3消防水池蓄存的可用冷量當(dāng)溫差為3℃時為2100kw·h，大約可供100間辦公室使用6小時。
4.工程實例
4.1某高層辦公大樓，建筑面積50000m2，制冷系統(tǒng)設(shè)置制冷量為2440kw離心式冷水機組2臺，調(diào)負(fù)荷用制冷量為1220kw螺桿式冷水機組一臺。負(fù)荷用機組配套冷凍水泵30kw一臺，冷卻水泵30kw一臺，冷卻塔15kw一臺。
4.2上述辦公大樓節(jié)假日員工加班若啟動調(diào)負(fù)荷機組供冷。假定50個房間為夜間冷負(fù)荷房間 ? 使用時間6小時，則其最低耗電量如下：
a. 調(diào)負(fù)荷用冷水機組調(diào)至最低負(fù)荷率10%運行，其電耗60kw；
b. 冷凍水泵30kw；
c. 冷卻水泵30kw；
d. 冷卻塔15kw；
合計總耗電量為135kw。
4.3為避免應(yīng)付夜間冷負(fù)荷出現(xiàn)上述的高能耗情況。在制冷機房旁設(shè)置600m3消防水池蓄存冷量供夜間冷負(fù)荷使用。設(shè)置池水循環(huán)泵3kw一臺，夜間冷負(fù)荷冷凍水泵10kw一臺，板式換熱器一臺。
4.4上述辦公大樓節(jié)假日員工加班而啟用水蓄冷系統(tǒng)。同樣為50個夜間冷負(fù)荷房間，使用時間6小時，其耗電量如下：
a. 調(diào)用蓄冷水池中蓄存冷量1050kw·h，共耗去制備該冷量時冷水機組電耗、冷凍水泵電耗、冷卻水泵電耗、冷卻塔電耗、池水循環(huán)泵電耗為300kw，折合每小時電耗50kw。
b. 夜間冷負(fù)荷循環(huán)泵10kw。
合計總耗電量為60kw。
4.5 運行費用比較
4.2給出了應(yīng)付50間辦公室加班而啟用調(diào)負(fù)荷用機組每小時耗電為135kw，4.4給出了應(yīng)付50間辦公室加班而啟用水蓄冷系統(tǒng)每小時耗電為60kw，耗電比率為44%。上述分析基于50間辦公室加班耗冷而得出，當(dāng)加班間數(shù)低于50間時，其耗電比率更比；當(dāng)加班間數(shù)高于50間，則耗電比例亦上升。
5. 消防水池改造及配套增加的造價
增加了消防水池池壁保溫，以及增加1臺板式換熱器、2臺池水循環(huán)泵（1臺備用）、2臺夜間負(fù)荷冷凍水泵（1臺備用）以及若干管路，造價約需人民幣10萬元左右。
6.小結(jié)
6.1 消防水池改造為蓄冷水池，由于其蓄冷容量小，不容易滿足較大冷負(fù)荷需求，但對于較小冷負(fù)荷的夜間冷負(fù)荷是容易滿足的。
6.2 消防水池改造為蓄冷水池提供冷量給夜間冷負(fù)荷房間其造價增加是較低的。
6.3 消防水池蓄存的冷量提供給夜間冷負(fù)荷房間相比于制冷系統(tǒng)提供冷量給夜間冷負(fù)荷房間，其節(jié)能效果是顯著的。