4.4 蓄能系统、空调末端系统、辅助能源与控制系统设计

4.4.1 太阳能空调系统蓄能水箱的设置应符合下列规定：
    1 蓄能水箱可设置在地下室或顶层的设备间、技术夹层中的设备间或为其单独设计的设备间内，其位置应满足安全运转以及便于操作、检修的要求；
    2 蓄能水箱容积较大且在室内安装时，应在设计中考虑水箱整体进入安装地点的运输通道；
    3 设置蓄能水箱的位置应具有相应的排水、防水措施；
    4 蓄能水箱上方及周围应留有符合规范要求的安装、检修空间，不应小于600mm；
    5 蓄能水箱应靠近太阳能集热系统以及制冷机组，减少管路热损；
    6 蓄能水箱应采取良好的保温措施。
4.4.2 太阳能空调系统蓄能水箱的工作温度应根据制冷机组高效运行所对应的热水温度区间确定。
4.4.3 太阳能空调系统蓄能水箱的容积宜按每平方米集热器(20～80)L确定。
4.4.4 空调末端系统应根据太阳能空调的冷冻水工作温度进行设计，并应符合现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019的有关规定。
4.4.5 辅助能源装置的容量宜按最不利条件进行设计。
4.4.6 辅助能源装置的设计应符合现行相关规范的规定。
4.4.7 太阳能空调系统的控制及监测应符合下列规定：
    1 热力制冷系统宜采用集中监控系统，不具备采用集中监控系统的热力制冷系统，宜采用就近设置自动控制系统；
    2 辅助能源系统与太阳能空调系统之间应能实现灵活切换，并应通过合理的控制策略，避免辅助能源装置的频繁启停；
    3 太阳能空调系统的主要监测参数可按表4.4.7确定。

表4.4.7 太阳能空调系统的主要监测参数

 

4.4.1 在太阳能空调系统中，蓄能水箱是非常必要的，它同时连接太阳能集热系统以及制冷机组的热驱动系统，可以起到缓冲作用，使热量输出尽可能均匀。本条规定了蓄能水箱在建筑中安装的位置、需要预留的空间、运输条件及对其他专业如结构、给水排水的要求。其中，蓄能水箱必须做好保温措施，否则会严重影响太阳能空调系统的性能。保温材料选取、保温层厚度计算和保温做法等在现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019中的“设备和管道的保冷和保温”一节中已作详细规定，应遵照执行。
4.4.2 太阳能空调系统的蓄能水箱工作温度应控制在一定范围内。例如，对于最常见的单效溴化锂吸收式太阳能空调系统，在设计工况下所要求的热源温度为(88～90)℃，因此，蓄能水箱的工作温度可设定为(88～90)℃。对于吸附式太阳能空调系统，在设计工况下所要求的热源温度为(80～85)℃，因此，蓄能水箱的工作温度可设定为(80～85)℃。
4.4.3 太阳能空调系统通常与太阳能热水系统集成设计，因此，蓄能水箱的容积同时要考虑热水系统的要求，在对国内外已有的太阳能空调项目进行总结的基础上，得到蓄能水箱容积的设计可按照每平方米集热器(20～80)L进行。如没有热水供应的需求，蓄能水箱容积可适当减小。同时，系统应考虑非制冷工况下太阳能热水的利用问题。此外，受建筑使用功能的限制，当太阳能空调系统的运行时间与空调使用时间不一致时，蓄能水箱应满足蓄热要求。
    在确定蓄能水箱的容量时，按照目前国内的应用案例，可参考的方案包括：
    1 设置一个不做分层结构的普通蓄能水箱。如上海生态建筑太阳能空调系统，由于建筑的热水需求很小，因此，150m²集热器对应的蓄能水箱设计容量仅为2.5m³，其主要作用是稳定系统的运行。在非空调工况，太阳能热水被用作冬季采暖以及过渡季节自然通风的加强措施。再如北苑太阳能空调系统，制冷量360kW，集热面积850m²，蓄能水箱40m³。
    2 设置一个分层蓄能水箱。如香港大学的太阳能空调示范系统，38m²太阳能集热器，采用了2.75m³的分层蓄能水箱。
    3 设置大小两个蓄能水箱(小水箱用于系统快速启动，大水箱用于系统正常工作后进一步蓄存热能)。如我国“九五”期间实施的乳山太阳能空调系统，540m²太阳能集热器，采用了两个蓄能水箱，小水箱4m³用于系统快速启动，大水箱8m³用于蓄存多余热量。
    4 设置具有跨季蓄能作用的蓄能水池。如我国“十五”期间建设的天普太阳能空调系统，812m²太阳能集热器，采用了1200m³的跨季蓄能水池。
    对于不做分层结构的普通蓄能水箱，为了很好地利用水箱内水的分层效应，在加工工艺允许的前提下，蓄能水箱宜采用较大的高径比。此外，在水箱管路布置方面，热驱动系统的供水管以及太阳能集热系统的回水管宜布置在水箱上部；热驱动系统的回水管以及太阳能集热系统的供水管宜布置在水箱下部。
    根据现有的太阳能空调工程案例可知，一般情况下不需要设置蓄冷水箱。部分工程对蓄冷水箱有所考虑，但中小型系统的蓄冷水箱容积一般不超过1m³。仅当系统考虑跨季蓄能时，蓄热或蓄冷水箱才设置得比较大，如北苑太阳能空调系统，除设置40m³的蓄热水箱外，还设置了30m³的蓄冷水箱。
4.4.4 空调末端系统设计应结合制冷机组的冷冻水设定温度。吸收式制冷机组一般可提供冷冻水的设计温度为(7／12)℃，此时，空调末端宜采用风机盘管或组合式空调机组。而吸附式制冷机组的冷冻水进出口温度通常为(15／10)℃，此时空调末端处于非标准工况，因此需要对末端产品的制冷量进行温度修正，相应地，空调末端宜采用干式风机盘管或毛细管辐射末端。设计时应按照现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019的有关规定执行。
4.4.5 本条规定了太阳能空调系统辅助能源装置的容量配置原则。由于太阳能自身的波动性，为了保证室内制冷效果，辅助能源装置宜按照太阳辐射照度为零时的最不利条件进行配置，以确保建筑室内舒适的热环境。
4.4.6 从技术可行性以及目前的应用现状来看，太阳能空调系统的辅助能源装置涉及燃气锅炉、燃油锅炉以及常规空调系统等。在结合建筑特点以及当地能源供应现状确定好辅助能源装置后，各类辅助能源装置的设计均应符合现行的设计规范，例如：
    1 辅助燃气锅炉的设计应符合现行国家标准《锅炉房设计规范》GB 50041和《城镇燃气设计规范》GB 50028的相关要求；
    2 辅助燃油锅炉的设计应符合现行国家标准《锅炉房设计规范》GB 50041的相关要求；
    3 辅助常规空调系统的设计应符合现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019的相关要求。
4.4.7 太阳能空调系统的控制主要包括太阳能集热系统的自动启停控制、安全控制以及制冷机组的自动启停控制和安全控制。系统的控制应将制冷机组以及辅助能源装置自身所配的控制设备与系统的总控有机联合起来。除通过温控实现主要设备的自动启停外，其他有关设备的安全保护控制应按照产品供应商的要求执行。宜选用全自动控制系统，条件有限时，可部分选用手动。其中，太阳能集热系统应自动控制，其中应包括自动启停、防冻、防过热等控制措施。
    太阳能空调系统的热力制冷机组宜采用自动控制，一般通过监测蓄能水箱水温来控制制冷机组以及辅助能源装置的启停。在实现自动控制的过程中，还要综合考虑建筑空调使用时间以及制冷机组、辅助能源装置的安全性和可靠性。
    1 当达到开机设定时间(结合建筑物实际使用功能确定)，同时蓄能水箱温度达到设定值时，开启制冷机组。例如：在设计工况下，单效吸收式制冷机组的开机温度可设定为88℃；而吸附式制冷机组的开机温度可设定为85℃。然而，在实际应用中，开机设定温度可适当降低，例如：单效吸收式制冷机组的开机温度可设定为80℃左右；而吸附式制冷机组的开机温度可设定为75℃左右。这种情况下，虽然制冷机组COP有所降低，但是，空调冷负荷也相对较低。随着太阳辐射照度不断升高，蓄能水箱的水温会逐渐升高，制冷机组COP相应逐渐升高，这与空调冷负荷的变化趋势相似。
    2 在太阳能空调系统运行过程中，如果受环境影响，蓄能水箱水温太低不足以有效驱动制冷机组时，应开启辅助能源装置。为了避免辅助能源装置的频繁启停，辅助能源装置的开机温度设定值可适当降低，例如：对于单效吸收式制冷机组，可将开机温度设定为75℃左右；对于吸附式制冷机组，可将开机温度设定为70℃左右。辅助能源装置的停机温度设定值可按照制冷机组设计工况确定。
    3 如果达到开机设定时间，蓄能水箱温度尚未达到设定值时，应及时开启辅助能源装置。
    4 当达到停机设定时间(结合建筑物实际使用功能确定)，除太阳能集热系统保持自动运行外，系统其他部件均应停机。
    太阳能空调系统的监测参数主要包括两部分：室内外环境参数和太阳能空调系统参数。其中，与常规空调系统有所区别的主要是太阳辐射照度的监测、太阳能集热器进出口温度与流量、蓄热水箱温度和辅助能源消耗量的监测。