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水蓄冷設計

    詳細說明

    水蓄冷設計


     


    水蓄冷設計須綜合考慮影響初投資及運行成本的各種因素,詳盡研究系統的電費,峰谷電價結構及設備初期投資等因素,以期達到最佳的經濟效益,在降低初期投資的同時節約更多的運行電費,轉移更多的高峰用電量。

    進行水蓄冷設計時,須準確分析建筑空調負荷特點,并計算建筑物的逐時負荷,然后根據設計負荷的特點和運行策略來確定系統選型和控制策略,目標是盡可能地減少各種設備的裝機容量,并達到滿足各工作時段的負荷需求,并保證主機效率,充分利用蓄冷裝置的優勢,盡量減少系統的能耗。進行系統設計時,須結合系統的運行特點,從系統全局的觀點來考慮各設備的匹配和綜合效能,在設計建模的過程中,需要在滿足建筑空調需求的約束條件下,實現運行費用目標函數最小的目標。

            蓄冷罐作為一種水蓄冷的大型儲水容器,廣泛應用于數據中心領域,作為數據中心的后備冷源。蓄冷罐的使用是在夜間低溫低電價時間段進行蓄冷,在白天高溫高電價時間段進行放冷,有效利用峰谷電價及室外氣溫變化來降低空調系統的用電量及運營費用。

            蓄冷罐的工作原理是利用冷熱水密度不同產生自然分層的原理,在充冷及放冷情況下均使冷水始終處于蓄冷罐下部,熱水處于蓄冷罐上部,冷熱水處于層流狀態不發生摻混從而保證有效冷凍水的容量不受影響。

    布水器作為蓄冷罐中的重要部件,安裝于蓄冷罐的頂部及底部,主要用于控制蓄冷罐進出水的流速并防止冷熱水進入蓄冷罐中發生摻混,保證進入及流出蓄冷罐的水流平穩、緩慢、均勻、無擾動。為了保證蓄冷罐的效果,最主要的一個要素是布水器上開孔數量及開孔面積,但是現有布水器中的開孔數量及開孔面積通常都是按照供、回水管路面積的2倍進行處理,存在開孔數量及開孔面積不合理,造成布水器的開孔不均勻、整體開孔面積不足等問題,進而造成水流擾動,嚴重影響了蓄冷的有效體積。

            我司蓄冷罐的布水器及開孔與安裝方法,利用本發明中方法開孔處理后的布水器,通過實際應用,更大的通過蓄冷罐的運行效率并節約能源。


    布水器安裝固定在蓄冷罐的罐體內部,包括有以下步驟:

    1)通過流體計算獲得布水器的設計需符合弗蘭德準則數Fr≤1,雷諾數Re<2000要求才能保持蓄冷罐內的流體處于重力流,且處于層流狀態不發生摻混;

    2)為了保證雷諾(Renolds)準則數小于2000,按以下公式獲得通過布水器的流速v,

    Q`=Q/(Δt*Cp*ρ1)

    Re=ρ2vd/η<2000

    式中:Q`為通過布水器的最大流量;

    Cp為水的比熱;

    Q為蓄冷罐需提供的總冷量;

    ρ1水的常溫平均密度;

    ρ2為布水器進口水的密度;

    η為布水器進水口的運行粘度;

    d為布水器中布水孔的孔口直徑;

    Δt為布水器進口水與出口水之間的溫度差;

    Re為保證雷諾準則數;

    v為通過布水器的流速;

    3)根據通過布水器的最大流量Q`除以通過布水器的流速v來獲得布水器的最小開孔數量;

    4)根據布水器的最小開孔數量、結合布水器的有效開孔長度確定最終的開孔數量;

    5)根據布水器的通過布水器的最大流量和有效開孔長度按以下公式獲得布水器單位長度的體積流量:

    q=Q`/L

    式中:q為布水器單位長度的體積流量;

    Q`為通過布水器的最大流量;

    L為布水器的有效開孔長度;

    6)將布水器單位長度的體積流量q代入弗蘭德(Frande)準則數Fr≤1的公式:

    Fr=q/[gh3(ρi-ρa)/ρa]1/2<1

    式中:

    Fr為布水器進口的弗蘭德數;

    q為布水器單位長度的體積流量;

    g為重力加速度;

    h為布水器最下方布水孔距離蓄冷罐底板的高度;

    ρi為布水器中進口水密度;

    ρa為布水器中出口水密度;

    獲得布水器最下方布水孔距離蓄冷罐底板內表面的高度h,從而能夠依據所述高度h對布水器進行安裝,確保布水器內部水流進出平穩、緩慢、均勻、無擾動。

    保證蓄冷罐內冷熱水保持穩定的層流狀態。蓄冷的有效容量增大、蓄冷效率提高,并有效的延長了放冷時間。


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