蓄冷技术的基础知识

1、蓄冷技术的基础知识蓄冷技术的定义 蓄冷技术是一门关于低于环境温度热量的储存和应用技术，是制 冷技术的补充和调节。低于环境温度的热量通常称作冷量。人们的生活和生产活动在许多时候要用到冷量，但是，有些场合 缺乏制冷设备，有些时段不能使用制冷设备就需要借助蓄冷技术解决 用冷需要。蓄冷技术的应用场合 主要用在解决制冷设备定常制冷量与用冷负荷起伏的不平衡矛 盾上。蓄冷技术的内容根据用户对冷量的需求选择蓄冷材料， 设计蓄冷装置， 实行冷量 的储存和释放。一般层次的蓄冷技术 ：在已选定蓄冷材料的基础上， 根据应用 场合的不同，进行蓄冷量的匹配设计和蓄冷、释冷速率的计算。较深层次的蓄冷技术：蓄冷材料的探索、设

2、计，蓄冷材料热物性 测试，蓄冷、释冷过程传热特性的计算与实验。蓄冷方法 有显热蓄冷和相变潜热蓄冷两大类。 如在蓄冷空调中的水蓄冷空调是显热蓄冷， 冰蓄冷空调和优态盐 水合物(PCM)是相变潜热蓄冷。蓄冷的温度受到冷源温度和用冷温度的限制， 进行蓄冷工程设计和蓄冷技术的研究，一定要弄清蓄冷的特定温度范围蓄冷工程设计内容包括蓄冷负荷设计、蓄冷材料选择、蓄冷和释冷方式设计。 蓄冷工程设计中的主要技术参数 冷源温度、蓄冷温度、用冷温度； 比容积蓄冷量、理论最大蓄冷量、实际蓄冷量 蓄冷速率、放冷速率。1.应用背景近几年，我国电力发展很快，普遍缺电状况已得到根本改善，但 随着电力消费量的增加， 电网负荷在

3、白天与深夜有很大的峰谷差的矛 盾愈加突出。平衡电网负荷的方法：调节电厂发电能力或调节用户负荷。 调节电厂发电能力的方法-调节水电发电功率；-调节火力发电机组的发电功率是困难和不经济的；-核电要求供电平稳；-建抽水蓄能电站，其一次性投资很大，由于水泵、电机的效率影响，储能的回收率也只 60多，蓄能成本高。-例如，十三陵抽水蓄能电站，安装4台200MW机组，投资达 27 亿元，据测算，用它填补高峰负荷时其发电成本每千瓦时高达 1.3 元，为常规高峰电价的 2.5倍；另外最大的问题是电网容量有限，即使电厂可以增加峰电供应， 也因供电网能力的限制，对用户而言，仍然会产生高峰缺 电状况。-调节用户负荷的

4、方法-空调占民用电中很大的份额，用电负荷十分集中，采用蓄 冷空调技术，在夜间用多余的电制冷蓄冷，在白天用储存 的冷量补充空调用冷需求。-蓄冷空调技术是平衡电网峰谷负荷的有效方法，它有广阔 的市场前景和显著的经济效益。-蓄冷空调技术的社会效益和经济效益，不仅表现在电网的 峰谷平衡上，还可节省制冷主机容量、节省电力增容设备 费，在夜间享受优惠电价，为用户带来效益。所以各工业 发达国家均在大力开发和推广这项技术。2 蓄冷空调的基本原理常规空调系统常规空调系统的原理图如图8-l(a)所示。节徳阀»发1空M换煦讓 系统组成 制冷循环子系统：包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器等。制冷循环回路内流

5、动的介质：制冷工质。供冷循环系统：包括蒸发器、循环水泵和空调换热器(即 风机盘管)等。供冷管网内载冷剂：被冷却过的水。空调标准规定：流出蒸发器的供空调用的冷水温度为5-7C，流回蒸发器的空调回水温度为12-13C。(a)常见空调系统原理(b)空调负荷图图8-1常见空调系统原理及负荷图 空调负荷特性由于建筑围护结构的传热情况、环境气温、内部人员和发热器件的不同，使得不同场合、不同季节，不同时间的空调负荷是不同的。图8-l(b)所示的是一日内空调负荷变动示意图。81224时间(b)常规空调系统存在的问题1备用容量大：通常制冷用主机满足最大空调负荷需求选择，并 须留有一定备用容量(以备用户发展的需求

6、以及制冷机组制冷能力下 降时能保证正常的供冷)。2对变动空调负荷不协调，制冷机多数情况不在满负荷下工作， 工作效率不高，或有设备闲置。3.在空调负荷高峰期正是用电高峰期，电价贵。蓄冷空调系统鉴于常规空调对变动空调负荷不协调， 不经济，科研工作者和空 调工程师提出和设计了种种蓄冷空调方案，有效地弥补了常规空调系 统的不足。蓄冷空调系统基本原理图如图 8-2所示。2 水空调换热器2阀IXT节流阀冷器压编机番冷槽空调换热器图8-2蓄冷空调系统基本原理示意图系统组成在常规空调系统的供冷循环系统中增添了一个既与蒸发器并联，又与空调换热器并联的蓄冷槽，一个水泵和两个 阀门。空调换热器图8-2蓄冷空调系统基

7、本原理示意图供冷循环回路的循环方式(i)常规空调供冷循环：此时蓄冷槽不工作，阀1开,阀2关，水泵I、2开，制冷机直接供冷。(ii)蓄冷循环：此时空调换热器不工作，阀I关,阀2开，水泵1开，水泵2关，制冷机向蓄冷槽充冷空调换热器iii)联合供冷循环：此时蒸发器和蓄冷槽联合向空调换热器 供冷，阀I，阀2开，水泵I、2开，此循环也称部分蓄冷空 调循环。因为执行此循环时，蓄冷只是补充制冷机供冷不足 部分的空调负荷。这种供冷方式是蓄冷空调遇到的大部分情 况，也是以下要重点讨论的问题。空调换热器拎展器(iv)单蓄冷供冷循环：此时制冷机停止运行，水泵I停,阀1、2开，水泵2开，空调负荷全部由蓄冷槽的冷量来提

8、 供。此循环也称全量蓄冷空调循环。全量蓄冷空调与部分蓄冷空调在系统的设计和设备选型上是有区别的。因此，蓄冷空调的设计首先面临的是要确定采用全量蓄冷空调或是部分蓄冷空调冷 凝 器压缩机空调换热器3.蓄冷空调设计的基本步骤 确定典型设计日的空调负荷； 选择蓄冷方式； 确定制冷主机和蓄冷装置的容量； 确定运行策略和设计系统循环流程； 选择配套设备； 计算蓄冷期和蓄冷供冷期的制冷负荷与蓄冷供冷负荷逐 时运行图； 经济分析，求得蓄冷空调增加投资的回收期。(1)空调负荷图空调负荷一般是根据建筑物的类别按标准规范或一些 经验数据来选取。夏季空调制冷系统负荷的概算指标：办公楼(全部)95I15 W/ m2超高层办公楼105145W / m2旅馆（全部）7095W / m2旅馆中的餐厅290350W / m2百货商店（全部）210240W / m2医院（全部）105130W/ m2剧场（观众厅）230350W / m2上述概算数据只能作为常规空调的制冷机容量选择和空调换热器选择的参考，不能用于蓄冷空调。蓄冷空调设计的前提：日空调负荷图、月空调负荷图。空调日负荷图：横坐标为时间轴（分 24h间隔），纵坐 标为空调负荷轴（用千瓦（kW）或冷吨（RT）表示）。作图方法：把每小时的空调负荷表示在空调日负荷图 上即