我国暖通空调新技术的发展和应用(设计院)

1、我国暖通空调新技术的发展和应用 陈焰华武汉市建筑设计院Wuhan Architectural Design Institute报告内容引言空调水系统变频变流量技术蓄冷蓄热、低温送风和大温差技术区域冷热电联供和分布式能源技术地源热泵等舒适节能空调技术CFD技术和消防性能化设计制冷空调设备的新技术应用蓄冷空调简介空调蓄冷利用分时电价的不同，贮存电网低谷时段的“便宜的能源”，在需要冷量的峰值时段，将贮存的冷量释放出来以满足空调负荷的要求。以蓄冷介质区分，有水蓄冷,冰蓄冷和共晶盐蓄冷三种方式。蓄冷空调日负荷武汉地区蓄冷工程华美达酒店（冰球蓄冷）武汉国际会展中心（冰盘管蓄冷） 湖北出版文化城（冰球蓄冷）

2、武汉科技会展中心（冰球蓄冷） 湖北剧场（水蓄冷）冰蓄冷与常规电制冷的经济性比较(示例)江苏广播电视综合大楼工程概况江苏地区分时电价冰蓄冷与常规电制冷的经济性分析冰蓄冷优势：冷水机组容量降低38空调设备功率减少27年运行费用节省37.1万元冰浆（Ice Slurry） 冰浆是含有悬浮冰粒子的固液两相溶液，也称流体冰，二元冰。其中冰粒子颗粒为毫米至厘米级。通常为了降低凝固点加入醇类和盐类抑制剂。冰浆微观形态冰粒子微观示意冰晶粒子融冰过程融冰过程中的冰粒子蓄冰槽Ice Slurry制取方式几种冰浆制取原理冰浆制取美国Paul Mueller Company公司冰浆机制取冰浆的过程冰浆制取日本东洋制作

3、所开发的冰浆系统冰浆用途果品冷藏水产品冷藏水产品冷藏运输工艺快速冷却低温环境与灭火超市食品冷藏冰浆空调系统典型的冰浆系统冰浆空调系统系统结构示意空调建筑物冰浆发生器蓄冰室（1）蓄冰室（2）冰浆空调系统应用示例北京嘉里中心酒店（Maximice冰浆技术）商贸综合楼（韩国，sunwell冰浆技术）京都火车战（日本，高砂热学过冷水技术）冰浆技术应用优势巨大的相变潜热 ，并可利用低温显热（冰的融解热335kJ/kg，水的比热容 4.18kJ/kg）较好的流动性，可泵送至任何地方融冰释冷速度，热响应速度快采用蓄冷策略 ，减少系统运行费用，增强供冷的可靠性国外研究机构国际制冷学会冰浆研究会（Ice Slu

4、rry Workshop of IIR） 丹麦国际冰浆研究中心（International Ice Slurry Centre of Denmark） 国际能源署（International Energy Agency） 研究冰浆的学术机构美国阿尔贡国家实验室 美国橡树岭国家实验室 加拿大 多伦多大学应用化学系 新西兰 西新西兰应用科计大学 丹麦科技研究院 荷兰代夫特大学机械系 瑞典皇家技术学院 英国埃克塞特大学机械系 日本东京工业大学过冷水冰浆制取的原理水的过冷特性曲线过冷水中冰晶的形成过程过冷现象：水溶液在冷却时，最初温度逐渐下降，容易产生过冷现象，达到一定过冷度后，由于晶核形成，冰晶迅速

5、长大。实验构想：采取某些措施，防止过冷水过早的消除过冷态，而在蓄冰槽中消除过冷，冰晶就会在蓄冰槽中连续生成。冰浆制取过程原理冰浆制取过程过冷却（热交换）器实验系统图过冷水过冷却器蓄冰槽过冷解除实验目的：获得便捷，高效节能和环保的动态制冰装置实验系统图片 三个循环 介质制冷循环 R22载冷剂循环 氯化钙溶液制冰循环 乙二醇溶液载冷剂及温控系统载冷剂桶载冷剂可调加热温控装置压缩机电压调幅装置可调节电压150-300v制冷压缩机温度数据采集系统采集系统结构图温度一次显示仪表显示屏上系统温度实时监测（1）显示屏上系统温度实时监测（2）过冷却（热交换）器过冷却器图片热交换原理过冷水及冰浆制取 冰浆生成（

6、实验结果）纯净水过冷生成的冰晶乙醇溶液溶液（7%）过冷生成的冰晶乙二醇溶液（6%）过冷生成的冰浆自来水过冷生成的冰山系统稳定性分析过冷器出口温度的变化曲线过冷器冰堵模型冰堵中柱状冰条1)管壁温度较低，溶液经过圆形管道后，温度逐渐降低，如左图，前段液体温度高于对应的凝固温度，而后段壁面温度达到冰点，溶液会在壁面附着，形成冰层。2)由于液体响应相变速率较慢，管中心液体会出现过冷现象。3)实验中由于液体含有较多杂质粒子，而且壁面条件利于冰晶的形成，故过冷水实验中容易出现图中的冰堵现象。冰堵分析实验结果分析影响系统稳定运行的主要因素杂质粒子对系统稳定运行的影响进口温度对过冷度的影响冷却速率对管内冻结的

7、影响流动速率对管内冻结的影响杂质粒子的影响杂质粒子的存在，在一定程度上起到了成核剂的作用。由于过冷器中壁面附近温度梯度较大，而异质成核要求的过冷度要比均质成核低很多，所以，冰晶和杂质粒子进入过冷器，极容易诱发管内大量的冰晶形成，从而造成管内冻结。实验发现，在蓄冰槽底部增加冰晶过滤装置，能够大大提高系统稳定运行的时间。在蓄冰槽底部回水口设置标准筛（200目）后，出口过冷度变大，过冷段维持的时间也相应变长。进口温度对过冷度的影响在过冷器出口液体达到过冷状态时，进出口温差较大，乙二醇为1，自来水甚至接近2当管内出现冻结，温度突变后，温差才明显变小进口温度太高，出口的过冷度不可能太大乙二醇溶液进出口温

8、度变化曲线 进口温度出口温度冷却速率对管内冻结的影响冷却速率越大，过冷持续时间越短，但过冷器出口最大过冷度相差不大。如果冷却速率太高，壁面温度梯度太大，过冷水极容易过早消除过冷状态，在管内形成冰晶，而冰晶的形成又进一步诱发管内大量晶核的形成从而产生管内冻结。 （自来水）不同冷却速率下过冷器出口温度 流动速率对管内冻结的影响在冷却速率相同的情况下，流速越大，出口最大过冷度越小，温度出现突变所需的时间与流速几乎成正比在相同的冷却速率时，流速较小，温度突变的时刻也会提前综合考虑流速与冷却速率的影响，可以认为冷却速率对过冷器管内冻结影响最大。纯净水的出口温度乙二醇溶液出口温度过冷器管内防冻结策略（1）

9、换热器基底壁面处理表面处理的目的是为了提高冰晶与基底材料之间的表面能垒，使得晶核不容易在壁面产生。壁面处理一般方法：金属壁面电解抛光；精加工提高表面的光滑度；采用特殊的壁面涂层材料。涂层材料可以采用聚四氟乙烯、酚醛树脂、清漆和其他高分子材料。（2）添加抗冻剂在过冷水消除过冷形成冰晶时，冰晶长大并发生二次结晶现象，为了防止冰晶尺寸过大，影响冰浆低温蓄冷的能力，必须采取措施阻止冰晶的再生长。使用抗冻蛋白如（AFP-I）可以有效的阻止冰浆的再结晶现象，提高冰浆的可流动性能过冷器管内防冻结策略（3）消除结晶核 均匀成核,要求有较大的过冷度。对比异质成核,所要求的过冷度比均匀成核要小得多，因此，消除晶核与杂质粒子，可以降低异质成核的可能性，提高水的过冷度。（4）减小管内温度梯度 流动处于湍流区，扰动增加，换热系数较大，使得流