暖通空调新进展-蓄能技术

暖通空调新技术的发展和应用第三讲蓄冷蓄热、低温送风和大温差技术1、蓄冷技术在空调领域应用中的发展从世界范围来看，大致经历了三个阶段：（1）初期阶段—以降低制冷系统初投资为目的。从20世纪30年代至60年代，是以削减空调制冷设备装机容量为主要目标，以小制冷机带动大冷量负荷的冰蓄冷阶段。 适用范围：周期性使用、供冷时间又很短的建筑物，如教堂、体育馆、会堂中，采用这种蓄冷技术，旨在降低制冷系统的初投资。1、蓄冷技术在空调领域应用中的发展（2）中期阶段—以移峰填谷为主要目的。从20世纪70年代至80年代，是以转移尖峰用电时段空调用电负荷为主要目的。适用范围：主要在一些尖峰用电时段使用空调的建筑物，如办公楼、大型商场内推广冰蓄冷技术。

由于蓄冷需降低蒸发温度，因而降低了制冷机效率及增加了蓄冷时的输送电耗，故对用户而言，节省运行费用，但实际电能消耗却有所增加，系统总投资较高，回收投资期一般在7年以上。1、蓄冷技术在空调领域应用中的发展（3）快速发展阶段—以降低整体投资，改善空气品质为目标。

从20世纪80年代至今，除了转移尖峰用电时时段空调用电负荷目标外，又增加了利用冰蓄冷的“高品位冷量”，以提高空调制冷系统整体能效，以及降低空调制冷系统整体投资及建筑造价，改善室内空气品质和热舒适的目标，进入了低温、大温差供冷送风的蓄冷空调发展阶段。建筑范围：扩大到实验楼、研究中心、工厂、学校、医院等类型建筑，以及区域供冷的改造。初投资回收期：2年左右。2、蓄冷技术基础知识（1）蓄冷的含义依据：工程材料具有蓄热（冷）的特性。蓄冷空调的原理：根据水、冰及其他物质的蓄热特性，尽量地利用非峰值电力，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蓄存于水、冰或其他物质中，一旦出现空调负荷，使用这些蓄冷物质蓄存的冷量满足空调系统的需要。整个蓄冷系统包含：蓄冷设备（蓄存水、冰或其他介质的设备）、制冷设备、连接管路及控制系统。2、蓄冷技术基础知识2、蓄冷技术基础知识（2）蓄冷系统的分类按蓄冷介质分：冰蓄冷系统、水蓄冷系统、共晶盐蓄冷系统。冰蓄冷系统按制冰方式分：静态制冰、动态制冰（液冰-冰浆）---目前主要研究目标（3)全部蓄冷模式与部分蓄冷模式全部蓄冷：蓄冷设备容量较大，适用于白天供冷时间短的场所，或峰谷电差价很大的地区。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。3、蓄冷系统的特点优点缺点：3、蓄冷系统的特点4、蓄冷技术研究热点近年来主要研究热点：（1）蓄冷及低温送风空调系统---空调应用的一种趋势。在美国，这种技术被称为暖通空调工程中，继变风量系统之后最重大的变革。

开发新型蓄冰制冷机成套产品，以及与低温送风系统配套的末端设备，如适用于低温系统的冷却盘管，性能良好的高诱导比末端散流器等，是目前研究的主要内容。4、蓄冷技术研究热点（2）冷水储蓄技术---蓄冷水罐的研究

为提高蓄冷水罐的蓄冷质量，减少充、排水过程的影响，研究人员对一些减少扰动的设想进行了实验和理论研究，得出控制住充、排水温度，采用自然温度分层技术，可以保证较高的储蓄效果。研究手段：利用现有蓄冷水罐设备现场实验或测试，或者建立数学模型进行数值模拟。4、蓄冷技术研究热点（3）蓄冷系统的热经济优化

在各个部件基础上，建立各部件的数学模型，应用计算机数值模拟技术进行系统合成化的分析和优化。这也是蓄冰空调系统研究的一个方向。（4）蓄冷系统的技术经济分析和评估

在进行蓄冷系统可行性研究时，如何综合评价冰蓄冷空调系统转移负荷能力、总能耗水平及用户效益，根据何种方法对常规系统进行比较，也是人们所关心的一个问题。4、蓄冷技术研究热点（5）蓄冷介质的研究开发开发新型蓄冷介质，便于放置的、无腐蚀性的有机蓄冷介质，如常温下胶状的可凝胶。利用水合物的特性进行蓄冷，也是目前研究较多的一个课题。冰浆（IceSlurry）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IceSlurry制取方式几种冰浆制取原理冰浆制取美国PaulMuellerCompany公司冰浆机制取冰浆的过程冰浆制取日本东洋制作所开发的冰浆系统冰浆用途果品冷藏工艺快速冷却水产品冷藏低温环境与灭火水产品冷藏运输 超市食品冷藏冰浆空调系统典型的冰浆系统空调建筑物

冰浆空调系统系统结构示意 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（IceSlurryWorkshopofIIR）丹麦国际冰浆研究中心（InternationalIceSlurryCentreofDenmark）国际能源署（InternationalEnergyAgency）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技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5、我国的蓄冷蓄热技术应用近几年电力供应紧张和电网峰谷差的扩大，蓄冷蓄热技术得到了较快的发展。采用需求侧管理（DSM）的蓄冷技术来达到削峰填谷，是缓解电力建设和新增用电矛盾的有效的解决途径。

1998年1月成立了国家电力公司电力需求侧管理指导中心。 并在上海成立了蓄能空调技术协作网，2004年协作网由上海迁至南京，直接由电力需求侧管理指导中心领导， 并于2004年6月和2005年6月在南京分别召开了“全国电力蓄能技术应用交流会”和“应对空调负荷措施技术交流会”。

随着全国峰谷电价差实施范围的进一步扩大和峰谷电价比的加大，为电力蓄能技术的推广应用提供了更为有利的条件。

一方面，随着峰谷电价比的加大，用户侧采用电力蓄能技术将大大减少其空调运行费用，降低用电成本，提高企业效益；

另一方面，采用蓄能空调技术移峰填谷，有利于提高电网负荷率，有利于提高电网的安全经济运行水平。 电力蓄能技术不仅仅是应对当前电力供应紧张形势的有效手段，而且在今后电力供求平衡时期，电力蓄能技术仍然是DSM重要的移峰填谷技术措施。5、我国的蓄冷蓄热技术应用

我国从上世纪九十年代开始建造水蓄冷和冰蓄冷空调系统，到目前为止，已经建成投入使用和正在施工的工程有400多个，分布在全国21个省市。

蓄冷空调实绩最多的依次是浙江省（63项）、北京市（61项）、江苏省（48项）、山东省（27项）和上海市（26项）。

湖北已建成和在建的冰蓄冷工程有22项，水蓄冷工程有5项。

我国水蓄冷空调工程有40多项，采用了十几项专利技术，载冷体工作温差达到8～10ºC，使蓄冷密度由原来的5.8KW/m³提高到11.6KW/m³或更大。5、我国的蓄冷蓄热技术应用建筑物有已建消防水池或有空地可建蓄冷水池时，水蓄冷推广使用的价值更大。广西近几年采用水蓄冷空调工程较多，桂林两江国际机场及众多星级酒店。

上海浦东机场二期候机楼（405，000m²）的能源中心，冷源采用了水蓄冷系统，总蓄冷量为106，696RTH，共用4个水蓄冷罐，每个水蓄冷罐直径26m，高22m。冷水机组共10台，每台制冷量为2000RT，供冷水温度为4ºC，回水温度12ºC。武汉中商广场和中南商业大楼采用消防水池的水蓄冷工程，节电效益明显。5、我国的蓄冷蓄热技术应用

我国冰蓄冷工程近400个，在引进消化、吸收国外先进技术的同时，进行了国产冰蓄冷设备的开发和大量的工程设计实践。

目前工程中采用的不仅有美国BAC、FAFCO、CALMAC、MUELLER、CRYOGEC和法国CIAT的先进蓄冰设备。国内厂商如杭州华源、浙江国祥、清华同方、北京西冷等开发了具有自己特色的蓄冰设备。5、我国的蓄冷蓄热技术应用蓄冷设备BACFAFCOC IATCALMACMUELLERCRYOGEC浙江华源（心冰球合小圆冰球）浙江华源（导热塑料盘管）浙江国祥清华同方北京西冷水蓄冷其它项目总数63181011455813632753745、我国的蓄冷蓄热技术应用

表1全国蓄冷空调项目数量统计（按蓄冰设备）BAC17%FAFCO 5%CIAT

29%全国蓄冷空调项目数量统计（按蓄冰设备）其它

1%清华同方北京西冷QINGHUAXILENG 7%1%

浙江国祥KING 1%浙江华源HUAYUAN 33%MUELLER1%CALMAC 4%CRYOGEL1%5、我国的蓄冷蓄热技术应用4.27%XILENG全国蓄冷空调项目蓄冷量统计（按蓄冰设备）HUAYUAN 19.04%

BAC40.35%FAFCO5.13%

CIAT20.43%0.35%

KINGQINGHUA0.35%CALMAC 2.25%

CRYOGEL 0.59%MUELLER 6.07%5、我国的蓄冷蓄热技术应用序号工程名称建筑功能建筑面积（m²）夏季设计日峰值冷负荷（KW）蓄冷量及（kwh）及蓄冷时间（h）1湖北出版文化城办公、书城3000001484142816（8小时）2武汉国际会展中心会议、办公、展厅1260001223035860（7小时）3武汉科技会展中心会议、办公、展览700001100023600（7小时）4武汉万丽酒店客房、餐饮、娱乐40000380011645（8小时）5武汉华美达天禄酒店客房、餐饮、娱乐3800044408590（8小时）表2湖北蓄冷空调项目情况统计5、我国的蓄冷蓄热技术应用华美达酒店（冰球蓄冷）武汉地区蓄冷工程

武汉国际会展中心（冰盘管蓄冷）湖北出版文化城（冰球蓄冷）武汉科技会展中心（冰球蓄冷）湖北剧场（水蓄冷）序号工程名称建筑功能建筑面积（m²）夏季设计日峰值冷负荷（KW）蓄冷量及（kwh）及蓄冷时间（h）6武汉洪山区华瑞大厦客房、餐饮、娱乐3600046604000（8小时）7荆门二医院病房、手术室、办公3500038307966（7小时）8中商广场商场、办公利用消防水池蓄冷9宜昌供电局办公、会议1942025137330（7小时）10神龙汽车公司办公650，00084400263000（8小时）表2湖北蓄冷空调项目情况统计5、我国的蓄冷蓄热技术应用序号工程名称建筑功能建筑面积（m²）夏季设计日峰值冷蓄冷量及（kwh）及蓄冷时间（h）11恩施民族医院病房、手术室、办公1200012004400（7小时）12湖北剧场剧场、娱乐100002095（水蓄冷方式）13汉口文体中心办公、会议、娱乐800015125251（8小时）14武汉供电局客服中心办公、会议560018654552（7小时）15武汉长江好世界餐饮4420（7小时）16安国大酒店客房、餐饮、娱乐1300012103516（8小时）表2湖北蓄冷空调项目情况统计5、我国的蓄冷蓄热技术应用序号工程名称建筑功能建筑面积（m²）夏季设计日峰值冷负荷蓄冷量及（kwh）及 蓄冷时间（h）17百步亭办公楼办公、会议18百步亭会所、医院办公、餐饮、 娱乐1725021453575（8小时）19武汉劳动力大厦办公、会议23000390011250（8小时）20硚口供电局办公、会议40005161406（7小时）21琴台大剧院演艺、办公、 会议65650818021000（8小时）22武汉华洋大厦办公、会议700011685022（8小时）表2湖北蓄冷空调项目情况统计5、我国的蓄冷蓄热技术应用从已建成和投入运行的蓄冷空调工程来看，具有以下几方面的特点：

a,大部分工程都很成功，达到了设计要求，在削峰填谷、减少运行费用等方面起到了积极的作用。很多工程在用电高峰时段可以不开主机，削峰作用极大。

b,几万甚至几十万平方米以上的建筑群和住宅小区，在采用区域供冷系统时，冰蓄冷方案在很多工程中得到了应用。

住宅小区：杭州中江都市花园、常州金禧园、仪征镜湖园、上海路易凯旋宫、上海万里凯旋华庭、湖南电信花园等。5、我国的蓄冷蓄热技术应用冰蓄冷与常规电制冷的 经济性比较(示例)冰蓄冷与常规电制冷的经济性分析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6、蓄冷蓄热技术---区域性供冷区域供冷：a,区域供冷的优点:(1)较低的初期成本——9%，水风系统均可减少;(2)较低的运行成本、电力费用降低、效率提高、维护量减少;(3)减少、消除CFC，有助于减缓变暖。b,发展区域供冷应注意的问题:(1)合理的规模;(2)必要的配置;(3)合理的冷媒参数。

c,热泵及蓄能式集中空调技术在多项工程中得到了应用。北京九华山庄（土壤源热泵＋冰蓄冷）、北京茶叶城（水源热泵＋水蓄冷、蓄热）、北京大红门服装市场（水水热泵＋冰蓄冷）、北京音像城（水水热泵＋水蓄冷、蓄热）、武汉百步亭办公楼、会所、医院（水水热泵＋冰蓄冷）。

d,美国的动态制冰（滑落式制冰）和凹型冰球开始进入国内市场并在多个工程中得到应用。浙江嘉兴广电中心和华庭商业街、上海东华大学。6、蓄冷蓄热技术---区域性供冷

冰蓄冷空调工程的测试和研究工作得到了重视和加强。高等院校、科研机构的研究，蓄冷空调设备制造厂商和承建商的开发研究。相关的专业技术书籍出版、暖通规范、设计技术措施和手册均增加了有关蓄冷蓄热的章节和内容。2003年颁布了《蓄冷空调系统的测试与评估方法》国家标准。行业标准《蓄冷空调工程技术规程》正在报批。6、蓄冷蓄热技术7、低温送风和大温差技术由于蓄冰空调系统提供了低温冷源，为低温送风技术的利用创造了有利条件。

蓄冰技术与低温送风技术的结合，既可以有效地减少峰谷差，降低系统的初投资和减少空调设备及其输送管道的尺寸，又能充分节能，提高室内空气品质，改善热舒适度。 它是目前国际HVAC&R行业公认值得推广应用的技术，我国也十分重视低温送风技术的发展和应用，目前已有14个冰蓄冷空调工程采用了低温送风和大温差技术。序号

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

名称 国家电力调度中心 上海科技城 西北电力集团公司调度通讯楼 西安咸阳国际机场候机楼 四川邮政管网中心大楼嘉兴华庭街主力百货和地下超市 上海浦东国际儿童医学中心 杭州建设银行（银泰广场） 中央电视台音像资料馆 北京中关村西区区域供冷 广州大学城 上海东华大学 浙江金华时代广场 上海浦东机场能源中心建筑面积（m²）

80，000 96，000 35，000 52，000 56，730 20，000 40，000 31，000 45，000 900，000 7，240，000 94，000 140，000 405，000蓄冷量RTH 7，120 9，240 3，564 13，680 7，616 6，125 4，500 2，820 3，654 28，560 252，000 6，536 11，880 106，696

蓄冰设备 美国BAC-TSU-972M型 美国BAC-TSU-920MS型 美国BAC-TSU-594MS型 美国BAC-TSC-380M型 美国BAC-TSC-238M型美国PaulMueller片冰机 美国BAC-TSC-300M型 美国BAC-TSU-594MS型 美国BAC-TSC-297M型 美国BAC-TSC-306S型 美国BAC-TSC-7121MFS型美国PaulMueller片冰机

CIAT冰球 水蓄冷7、低温送风和大温差技术

表3低温送风和大温差空调系统工程应用情况7、低温送风和大温差技术

所谓的低温送风系统即其名义送风温度低于10ºC的空调系统，根据送风温度的不同，低温送风系统可分为三类：名义送风温度≤5