蓄冷空调系统基础知识讲解PPT课件68页

1、1.4 蓄冷空调系统工作原理蓄冷过程伴随：温度变化、物态变化、化学反应。蓄冷空调系统：尽可能地利用非峰值电力，使制冷机在满负荷条件下运行，将空调所需的制冷量以显热或潜热的形式部分或全部地储存于蓄冷介质中，一旦出现空调负荷，便释放出来，满足空调系统的需要。概念：1.蓄冷设备：用来储存水、冰或其它介质的设备，通常是一个空间或一个容器。2.蓄冷系统：包含了蓄冷设备、制冷设备、连接管路及控制系统。3.蓄冷空调系统：蓄冷系统与空调系统的总称。 1.4.1各种蓄冷空调方式按储能方式可分为：显热蓄冷和潜热蓄冷。按蓄冷介质可分为：水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷和气体水合物蓄冷四种方式。1.水蓄冷：利用水的显热进行

2、冷量储存。具体来讲，就是利用47的低温水进行蓄冷。 (1)优点：投资省，技术要求低，维护费用少，可用常规制冷机组，且冬季可以用于蓄热。(2)缺点：水的蓄冷密度低，只能利用8温差，故系统占地面积大、冷损耗大、防水保温麻烦等。(3)空调水蓄冷系统的设计，应异于常规空调系统的设计，尽可能提高空调回水温度，减少蓄冷水槽的体积。a.温差为8时，蓄冷槽体积：0.118m3kWh;b.温差为11时，蓄冷槽体积：0.086m3kWh(4)适用于：a.现有常规制冷系统的扩容或改造，可不增加或少增加制冷机组容量，提高制冷能力。b.可利用消防水池、水箱作为蓄水容器，降低系统初投资，提高经济性。2.冰蓄冷：利用冰的相

3、变潜热进行冷量的储存。 由于O时冰的蓄冷密度达334kJkg，故储存同样多的冷量，所需体积比水蓄冷小得多。概念：（1）制冰率IPF（Ice Packing Factor ）：是指蓄冷槽中制冰量与制冰前储槽内水量的体积百分比。（2）tw：为利用温差，分别为5、10、15、20、 25。（3）ViVw：冰蓄冷槽容积Vi与水蓄冷槽容积Vw之比。（4）冷损失：由于蓄冷槽的温度低于周围空气温度，而散失到周围环境中去的冷量。图2-1 冰蓄冷槽与水蓄冷槽容积比较 （5）容积比较 a当IPF=10，tw=5时，则ViVw = 0.35，即冰蓄冷槽容积Vi仅为水蓄冷槽容积Vw的35；b当IPF=50，tw=5时

4、，则ViVw = 0.14，即冰蓄冷槽容积Vi仅为水蓄冷槽容积Vw的14。可见，冰蓄冷比用水蓄冷其蓄冷槽容积大幅度减小。冰蓄冷槽的体积取决于槽中冰水百分比，一般蓄冷槽体积为0.020.025m3kWh。 （6）优点：a.用冰蓄冷的空调系统，水温稳定，不易波动，因为蓄冷槽在融冰放冷时为一恒温相变过程。b.冰蓄冷槽的冷损失减小。其值与蓄冷槽的表面积，与周围空气温度差，蓄冷槽隔热材料的种类、厚度、结构以及蓄冷时间长短有关。图2-2 冰蓄冷槽与水蓄冷槽冷损失比较 Ii为冰蓄冷槽冷损失；Iw为水蓄冷槽冷损失。a.当制冰率IPF=50时，则IiIw=0.2，即冰蓄冷槽冷损失是水蓄冷槽冷损失的20左右。b.

5、综合考虑各种因素影响，冰蓄冷的冷损失为其蓄冷量的13，而水蓄冷为510，这与其表面积有关。（7）冷损失比较 在空调工程中，选用蓄冰和低温送风系统相结合的蓄冷、供冷方式，可节省初投资、运行费用，已成为建筑空调技术的发展方向。(8)缺点： a.制冷机组的蒸发温度降低，使压缩机性能系数(COP值)减小；b.空调系统设备与管路比水蓄冷空调系统复杂；对常规空调系统改造，用冰蓄冷困难较大。3.共晶盐蓄冷:是利用固液相变特性蓄冷的另一种形式 。(1)蓄冷介质:是由无机盐、水、成核剂和稳定剂组成的混合物，目前应用较广泛的是相变温度约89的共晶盐蓄冷材料，其相变潜热约为95kJkg。(2)一般来讲，共晶盐蓄冷槽

6、的体积比冰蓄冷槽大，比水蓄冷槽小。 (3)优点：相变温度较高，可以克服冰蓄冷要求很低的蒸发温度的弱点，并可以使用普通的空调冷水机组。(4)缺点：虽然其相变温度较高，但由于蓄能密度低、设备占地面积大，对设备要求较高，所以推广应用受到一定限制。4.气体水合物蓄冷：在定温度和压力下，水 能在某些气体分子周围形成坚实的网络状结晶 体。在水合物结晶时释放出固化相变热。(1)气体水合物蓄冷在20世纪80年代由美国橡树岭国家试验室开始研究，以Rll、R12等为工质。(2)气体水合物蓄冷是一种新兴蓄冷空调技术，但该方法还有一系列问题有待解决，离工程实用还有一段距离。1.4.2蓄冷系统分类及其工作原理 1.蓄冷

7、系统分类按蓄冷装置结构形式可分为盘管式、板式、球式、冰晶式和冰片滑落式等几种形式。 (1)水蓄冷系统a.水蓄冷是利用冷冻水储存在储槽内的显热进行冷量储存，即夜间制出47的低温水供白天空调用，该温度适合于大多数常规冷水机组直接制取冷水。b.供、回水温差为8左右，为防止储槽内冷水与温水相混合，引起冷量损失，可在储槽内采取如下措施：分层化；迷宫曲板；复合储槽等。 (2)盘管外蓄冰系统 a.是空调系统中常用蓄冰方式，即冰直接冻结在蒸发盘管上，盘管伸人蓄冰槽内构成结冰时的主干管。b.蓄冷装置充冷时，制冷剂或乙二醇水溶液在盘管内循环，吸收储槽中水的热量，直至盘管外形成冰层。圆形盘管蓄冷装置外部溶冰方式内部

8、溶冰方式盘管外融冰：a.由温度较高的回水或载冷剂直接进入结满冰的盘管外储槽内循环流动，使盘管外表面的冰层逐渐融化。b.由于空调回水可与冰直接接触，因而融冰速率高，放冷温度为1 2，充冷温度为-4 -9。c.为防止盘管外结冰不均匀，在储槽内设置了水流扰动装置，用压缩空气鼓泡，加强水流扰动，使换热均匀。d.盘管一般为钢制蛇形盘管，储槽为矩形钢制或混凝土结构。 图2-3盘管外融冰结构示意图 外融冰：优点空调回水与冰直接接触，换热效果好，取冷快不需要二次换热装置缺点蓄冰槽的蓄冰率低，蓄冰槽容积大盘管外表面结冰不均匀，易形成水流死角需要采取搅拌措施，促进冰的均匀融化盘管内融冰： a.从空调流回的回水通过

9、盘管内循环，由管壁将热量传给冰层，使盘管表面的冰层自内向外融化释冷，将回水冷却到需要的温度。 b.充冷温度一般为-3-6，释冷温度为13。 c.盘管形状有蛇形管、圆筒形管和U形管等。盘管材料一般为钢或塑料。 图2-4 盘管内融冰结构示意图内融冰：优点盘管外表面融冰均匀，不易形成水流死角。不需要采取搅拌措施，以促进冰的均匀融化。缺点空调回水与冰间有很薄的水层，融冰换热热阻较大。多采用细管、薄冰层蓄冰。2.蓄冷系统工作原理 a.众所周知，建筑物空调的负荷分布是很不均匀的。在8：0018：00为空调开机时间，其它时间为空调关机时间。b.常规空调时，制冷机的选择必须满足峰值负荷，即Qm=1000kW，

10、而采用蓄冷系统则可充分利用夜间时间，由原来lOh工作时间延长到24h，制冷机组装机容量降到Qx=300kW。图2-5 冷负荷需求曲线 电能需求曲线电能需求曲线分析从电能需求曲线中可以看到:一天中冷量需求的高峰持续的时间并不长，为了满足最大需求冷量就要求制冷机组的制冷量达到最大需求冷量。这样就需要大制冷量的机组，而如果采用冰蓄冷系统就不需要采用那么大冷量的机组，这既节省了在制冷机组上的投资，也可使机组全天均匀平稳的运行。c.以盘管式蓄冷系统为例，阐明蓄冷空调系统的工作原理。 蓄冷过程：夜间，乙二醇载冷剂通过冷水机组和冰筒与旁通构成蓄冷循环，经盘管将冷量转移给冰筒内的水，使水结冰。融冰放冷过程为：

11、白天，载冷剂液体经蓄冰筒及并联旁通，通过设定出水温度调节阀控制蓄冰筒流量与并联旁通流量的比例，确保出水温度为给定的值，然后经换热系统将冷量直接送人空调使用。图2-6 夜间制冷蓄冷过程 图2-7 白天融冰放冷过程 1.5 蓄冷系统的运行策略及工作流程 1.5.1蓄冷系统的运行策略 1.运行策略：是指蓄冷系统以设计循环周期(如设计日或周等)的负荷及其特点为基础，按电费结构等条件对系统以蓄冷容量、释冷、供冷或制冷机组共同供冷作出最优的运行安排。包括：全部蓄冷策略和部分蓄冷策略 。冷水机组负载1.系统冷量是按建筑物最高负荷设计2.全日制冷周期中有负荷波峰出现，即14:00-18:00之间2.全部蓄冷策

12、略：蓄冷时间与空调时间完全错开，在夜间非用电高峰期，制冷机进行蓄冷，当蓄冷量达到空调所需的全部冷量时，制冷机停机；在白天将冷量转移到空调系统，此期间制冷机不运行。（1）全部蓄冷时，蓄冷设备承担空调所需的全部冷量，故蓄冷设备的容量较大。（2）适用于：白天供冷时间较短的场所或峰谷电差价很大的地区。图2-8 全部蓄冷策略运行安排图 图2-9 全部蓄冷策略系统循环图 3.部分蓄冷策略：是在夜间非用电高峰时制冷设备运行，储存部分冷量，白天空调期间一部分空调负荷由蓄冷设备承担，另一部分则由制冷设备承担。部分蓄冷比全部蓄冷制冷机利用率高，蓄冷设备容量小，是一种更经济有效的负荷管理模式。 图2-10 部分蓄冷

13、策略运行安排图 图2-11 部分蓄冷策略系统循环图 4.制冷机容量的比较： 就选择的制冷机容量而言，常规系统最大，全部蓄冷系统次之，部分蓄冷系统最小。 冷机制冷量比蓄冷量高出一部分，是因为空调运行时制冷机的制冷量一般大于蓄冰运行时的制冷量。5.部分蓄冷策略根据电费结构情况通常可分为以下两种典型情况： （1）按负荷均衡蓄冷：是指制冷机组全天24小时满负荷或接近满负荷运行。 a.当冷负荷低于制冷机生产的冷量时，多余的部分储存起来； b.当冷负荷超过机组容量时，多出的需求由蓄冷来满足。(2)按电力需求限制蓄冷：a.在高峰期，电力公司对用户提出限电要求，用户必须将制冷机组在较低的容量下运行，这就是限定

14、需求策略。b.在该运行策略下，系统满足电力的峰值需求，制冷机组在白天运行定的电功率下供冷，不足的冷负荷由蓄冷装置供应，晚间蓄冷时的机组运行容量大于白天。c.总之，以上的运行策略，是指制冷机组和蓄冷装置在电力高峰供冷时，考虑如何才能更经济。d.一般情况下，部分蓄冷策略的经济性较好，应用得较为广泛。尽管其“移峰”能力不如全部蓄冷策略高，但初投资较低，易为用户接受。6.其它运行策略：夜间有少量供冷负荷：在这种情况下，制冷机组在夜间充冷并同时供冷。夜间有定量的供冷负荷：通常针对夜间这部分负荷，选择单独的制冷机组，单独连续直接供应，这部分负荷称为基本负荷量。空调淡季放冷：按空调旺季设计的蓄冷系统，在空调

15、淡季易转为全部蓄冷或一天中分时段蓄冷，更大地节省运行费用。分时蓄冷：由于电费分时计价，一天中可以在电费低谷期储存冷量，而在用电高峰期释放冷量(冷机不开)。应急冷源：当主要制冷系统出现问题时，它可以起替代作用，定期补充储存能量以弥补冷耗。 1.5.2 蓄冷系统常见工作流程及特点 系统流程：主机与蓄冰槽串联和并联两种。1.并联流程：主机与蓄冰槽并联。 a.优点：可以兼顾压缩机与蓄冰槽容量和效率。b.缺点：连接方式使冷冻水的出口温度和出水量的控制变得相当复杂，往往难以保持恒定，浪费能量。图2-14 主机与蓄冰槽并联示意图 并联 工况阀V1阀V2阀V3阀V4阀V5制冷机水温蓄冰槽水温供水回水供水回水蓄

16、冰关关开关开5.0-1.7制冷机供冷开关关关关 5.6 10.6蓄冰槽供冷关开关调节调节 5.6 10.6制冷机与蓄冰槽同时供冷开开关调节调节 10.6 5.6 10.6从表中可以看出，供冷时可以有三种运行模式：制冷主机单独运行蓄冰槽单独供冷制冷主机与蓄冰槽联合供冷2.串联流程(1)主机在蓄冷槽上游 空调回水先流经主机，使主机能在较高的蒸发温度下运行，提高了压缩机的容量和效率，使能耗降低，蓄冷槽在较低温度下运行，释冷速度较低。常用于舒适性空调系统。图2-15 主机在蓄冷槽上游串联连接示意图 (2)主机在蓄冷槽下游 空调回水先流经蓄冷槽，使蓄冷槽的放冷速度提高，但为了防止过快地消耗蓄冰量，需控制蓄冰槽出