蓄冰空调课件

蓄冰空调04

既有蓄冰改造、运维©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.01

30年蓄冰空调回顾02

提高蓄冰系统能效03

蓄冰盘管优化设计/评估目录CONTENTS蓄冰空调01

蓄冰空调30年回顾©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.1993年全国第一个蓄冰空调在深圳电子科技大厦投入使用1994年我国暖通空调年会在深圳召开，专家在考察了深圳

蓄冰式集中空调后提出：为避免空调系统末端发生乙二醇水溶液泄露，应将其限制在机房内使用；2000年深圳市为鼓励采用蓄冰空调移峰填谷，在全国率先

实施了蓄冰空调谷期电价

优惠，并设定了获得谷期优惠电价的门槛—蓄冰量不低于总负荷的30%。至此“板式换热器隔离乙二醇水溶液和30%蓄冷量”成©

2022

A为UTO-UNION

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reserved.30年前中国建成第一个大型蓄冰空调

蓄冰空调现状

蓄冰系统和蓄冰装置的研究，仍然停留在10多年前水平上。

存在的问题：系统能效低、蓄冷量虚标、普通金属盘管寿命短及性价比低。

蓄冰行业在技术上裹足不前、无纠错机制，急需制定蓄冰标准解决上述问题。

为扭转蓄冰空调低能效窘境，我们提出了“独立蓄冰”/“制冷机高效运行+

蓄冷量调节”的高效机房技术路线、双碳背景下“避峰蓄冷”的方案

针对盘管蓄冰装置虚标严重现象，我们研发了蓄冰盘管结构优化设计方法，该方法可协助设计院、建设方对蓄冰盘管的性能进行事先评估提供支持。©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.

蓄冰空调前景

蓄冰空调面临着发展机遇独立蓄冰的高效机房技术路线

实现了机房高效低碳目标在有冷需求的应用场景，如利用谷期电力蓄冷，其投资回报、能效、安全性、环

保、使用年限等指标都优于化学蓄能。政策上：2019年国家发改等7部委提出提高空调能效的要求2023年2月《广东省绿色高效制冷行动计划（

2023-2025

）》的通知

2023年2月召开的高效机房视频会议徐伟院长提出高效低碳机房©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.02

提高蓄冰空调系统能效©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.现配置©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.制冷机最小配置原则1传统蓄冰空调的配置原则示意夜间蓄冰白天空调原需求白天空调A.

板式换热器使泵耗损失14.3%以上D.双工况制冷机空调工况效率低7.5%以上C.增加的泵耗功转变成热量损失电能4.1%B.

板式换热器带来2°C温差损失4.5%传统的蓄冰空调已经到了非改不可的时候合计损失

30%

传统蓄冰空调1

以最小制冷机配置为原则的蓄冰制冷机均匹配为双工况制冷机——白天空调工况运行，夜间蓄冰工况运行。以离心机为例，其制冷机在满足双工况运行的情况下，空调工况不是最佳能效工况，通常比高

效空调制冷机能效低10%

以上。2

乙二醇水溶液与二次冷冻水存在着板式换热器，以2°C温差计算，双工况制冷机能效下降6%

。3

白天双工况制冷机运行，除冷却水水泵、二次水冷冻水泵外还增加了乙二醇水溶液水泵

，考虑乙

二醇水溶液的物理特性粘度大、热容小原因，乙二醇水泵的能耗相对空调系统增加13%-15%能耗。4

乙二醇水溶液水泵能耗的增加，提高了系统内能，按照系统COP为4.0计算，损失能耗14%/4=3.5%加权合计为：（

10%+6%）

×75%+14%+3.5%=29.5%蓄冰空调白天运行时系统能效降低

传统蓄冰空调

双工况制冷机对蓄冰效益的负面影响

独立蓄冰的提出

蓄冰机（双工况）

不再或很少承担白天空调负荷

所蓄冷量在白天可以快速有效地应对末端负荷波动，以维持

基载制冷机高效运行。

华为松山湖冷站一期3#、

4#地块双工况制冰

1588RT×3蓄冰38000RTH

，蓄冰设备42300RTH机载制冷机

2000RT×6由华阳胡勇工程师提供独立蓄冰特征©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.高效机房经济配置原则20%-25%解决末端负荷变化（非额定负荷）的能效成为高效机房的重点©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.蓄冷空调配置原则

2独立蓄冰的高效机房技术路线

——提高蓄冰空调白天机载效率内容系统占比额定占比动态影响制冷机能效75%0-30%（定压比部分负荷）制冷机部分负荷冷却塔散热0水泵耗能水泵效率20%0管道阻力0两器阻力0过滤器阻力0止回阀主力0冷却塔耗电风扇效率5%0u水泵能耗

u制冷机能耗

n冷却塔电机

u 影响高效机房能效因素占比

对能效（EER）的影响程度©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.现配置©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.按照不同配置原则配置示意高效机房经济配置原则+保持高效运行白天不运行原需求放冷放冷第2台制冷机第1台制冷机制冷机高效运行+蓄冰冷量调剂末端负荷变化的高效机房技术路线

放冷放冷©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.制冷机如何高效运行？

蓄冰调节+机载制冷机高效运行

©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.Chiller

input

power10%20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%100%Per

sent

load

2004年

制冷机高效运行

1.21.11

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.Kw/ton©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.负荷copIPLVkw/tonkw/toncopcop比率效率下降率100%6.2230.5650.5656.223009100.00%0.00%90%6.1900.5290.5686.19014199.47%0.53%80%6.0000.5090.586696.42%3.58%70%5.7450.50.6125.74509892.32%7.68%60%5.3840.4960.6535.3843886.52%13.48%50%4.9520.5010.714.95211379.58%20.42%40%4.5430.5490.7744.54263673.00%27.00%30%4.4010.6220.7994.40050170.71%29.29%20%0.76810%1.148

制冷机部分负荷对效率的影响

©部分负荷运行与能效的关系

（注意：环境温度造成高效点偏移）

u

清华魏老师在一次讲座中提到：中国的变频离心机90%不变频使用n

变频离心制冷机只有在环境温度下降时才可以获得更高的效率

u蓄冷系统不需要变频制冷机进行负荷调节，除非全年制冷运行u

多机头磁悬浮具有调节负荷次高效特性，当必须匹配相关控制©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.

变频离心制冷机

万物之始，大道至简蓄冰空调有条件做到化繁为简的高

效低碳机房，频繁变化的末端负荷和部分

负荷不再成为影响制冷机运行效率的因素。©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.制冷机高效运行+蓄冷量调节——高效机房技术路线

双碳目标下的建筑蓄能，受纳夜间清洁能源以消除尖峰/峰期用电为目的

避峰运行配置5

-60%

蓄冰在峰期释放+机载制冷机高效运行

+©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.©2022第2台制冷机第1台制冷机第2台制冷机第1台制冷机

双碳背景下避峰配置放冷放冷放冷放冷放冷放冷放冷•当前我们是全面搞光伏、整个社会都想做储电，这不是一个正常现象•全社会要提倡要因地制宜奔双碳!•比如

:

空分厂要夜间全负荷开机，大量制取液氮、液氧•

间断的热处理工艺要排到夜间进行加热运行•

需要高温水的处理工艺可以利用夜间进行储热•冷库利用夜间谷电拉低库温，或进行低温加工处理、低温制人造冰。•

建筑用冷、用热可以通过蓄冷蓄热，避开白天用电高峰期。•建筑空调的蓄冷蓄热要提高到双碳战略高度来看，它是消纳清洁能源的重要环节，是建筑、

空调领域的

”蓝氢、

绿氢

”•双碳目标形式下的避峰运行蓄能策略独立蓄冰+基载高效运行流程03

蓄冰盘管优化设计/评估©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.静态蓄冰盘管2022AUTO-rights

reserved蓄冰盘管优化设计/评估方法提出的背景蓄冰装置虚标蓄冷量问题普遍存在，虚标蓄冷量20%

以上，有时甚至达50%,典型的劣币驱除良币现象。通过近一年的研究和试验，我们提出了蓄冰盘管优化设计方法，这不仅是蓄冰盘管优化设计方法，更可以对既有蓄冰盘管产品进行评估。这一方法简单实用，以前厂家的产品象个盲盒，安装使用后才知道蓄冰量大小、放冷速率多少，通过这种方法在招投标环节中依据产品结构参

数就可以知道蓄冷量及融冰速率。希望蓄冰盘管虚标冷量的现象止于今©

2022

AUTO-UNIO日NAllrights

reserved.结构储冷量

和

热力蓄冷量当盘管材料、管径、乙二醇温度、蓄冷时间确定后结构储冷量=热力蓄冷量时的结冰厚度（盘管管间距）为最佳蓄冷量©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.蓄冰盘管优化设计/评估定义了蓄冰盘管两个重要指标盘管排布模型——结构储冷量正四边形正三边形©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.•单位体积结构储冷量的计算：Q结=N

*K*R（L2-D2）*3.1416/4其中：N=（1/L)2

盘管数量L

管间距mD

盘管外径mK

盘管排布系数

正四边形

0.8-0.85

正三边型

0.88-0.93R

冰的潜热80000千卡/m3©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.确定盘管排布模型后仅与盘管直径和管间距有关

它表明盘管装置最多能储多少冰量（冷量）结构储冷量结构储冰量：蓄冰装置允许的最大储冰量——园园相切盘管管束

:

1000÷(16+15×2)

×1000÷

(16+15×2)

=

472考虑制造空间取箱体管束有效率85%N=472×85%=402米盘管面积

:s=0.016×3.1416×402

=20.2

平方米最终面积:S=0.046×3.1416×402=58.1平方米结冰体积

:V=3.1416÷4×(0.0462-0.0162)

×402=0.587立方米蓄冰冷量

:Q结=0.5873×1000×80÷3024=15.54冷吨时©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.

结构储冷量D16×1.8盘管——结构储冰量 二醇

乙蓄冰结束时状态©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.二醇乙二醇乙二醇乙二醇乙二醇

乙SHUISHUISHUISHUISHUISHUIw

热力蓄冷量

蓄冰厚度与塑料管材对换热系数的影响SHUI冰d内水冰与槽内水对流换热乙二醇溶液对流换热

盘管外结冰后的外径盘管的内径冰的导热系数管材的导热系数125w/m2°C960w/m2°C0.046米0.0124米

2.2w/m°C0.46w/m°CK=1/（1/125+1/259+1/78.9+

1/90.6）K=28.11

W/M2°CK=1/（

1/a外+E/a内+

E1k/入塑+(d外/2)×LN（d外/d内

）/入冰

）冰水换热冰的导热u盘管换热

乙二存换热a外

:

a内:

d外

:

d内:

入冰

入塑11%22%31%塑料盘管热阻比例二醇乙©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.36%D外w

热力蓄冷量

蓄冰厚度与金属管材对换热系数的影响K=1/（

1/a外+E/a内+

E1k/入钢+(d外/2)×LN（

d外/d内

）/入冰

）SHUI冰d内水16.7%1%47.8%冰与槽内水对流换热乙二醇溶液对流换热

盘管外结冰后的外径盘管的内径冰的导热系数管材的导热系数125w/m2°C960w/m2°C0.046米0.0124米2.2w/m°C

28w/m°CK=1/（

1/125+1/259+1/4808+

1/90.6）K=43.1W/M2°C冰水换热冰的导热盘管换热n

乙二存换热a外

:

a内:

d外

:

d内:

入冰

入钢金属盘管热阻比例二醇乙34.5%©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.D外热力蓄冷量的表述

:

蓄冰时传热系数K与盘管管径厚度材质、冰层厚度、槽内冰-水a冰-水

、管内流体与管壁a内有关；当确定了低温流体与0

°C

水的温差、一定蓄冰时间后可蓄的冷量蓄冷功率

q=K×F×ΔT8小时蓄冷量

Q=q×8小时其中：

K

传热系数F

盘管外园总面积

F=N×D×3.1416ΔT

冰槽水温（0

°C）与乙二醇水溶液平均温度的温差©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.

热力蓄冷量：

结构储冷量：确定盘管排布模型后仅与盘管直径和管间距有关

它表明盘管装置最多能储多少冰量（冷量）热力蓄冰量：与盘管管径材料、厚度、冰层厚度、a冰-水和管内流体a内

、温差有关

它表示在上述热力条件下、一定时间内可以蓄多少冰量（冷量）结构储冷量与热力蓄冰量的关系：结构储冷量等于热力蓄冰量时为最优（间距）结构设计©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.揭开了蓄冰装置蓄冰的本质w

结构与性能

结构储冰量：按照盘管截面排布，相邻盘管结冰相接时的结冰量，这是结构允许的最大储冰量。条件蓄冰量：盘管材料、尺寸、冰层厚度、温差等条件决定了蓄冰速率，乘8小时形成的蓄冰量。 条件蓄冷量3.5

条件蓄冷量4.5

条件蓄冷量5.5

结构储冷量©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.RTH40.0035.0030.0025.0020.0015.0010.005.000.00结构储冰量与热力蓄冰量10111213141617

18

192021222324252627

28

29

30qi=Ki

×Fi

×

ΔT冰厚mm3.002.502.001.501.000.500.00©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.静态蓄冰盘管在8小时蓄冰过程中换热量如何变化有人会问：我们计算条件蓄冰时，传热系数是在结冰最厚时计算的，结冰过程中换热量会大多少1

2

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3.5度

4.5度

5.5度随冰层厚度增加，换热量仅同蓄冷温差相关结构与性能1011121315161718

1920212223242526272829

30

钢盘管

PE-XX结构储冷量两种材料对换热量的影响D20×1.8最大蓄冰量与计算值的关系454035302520151050揭示了结构储冰量与热力蓄冰量的本质简化了蓄冰装置优化结构设计

为设计院选型设计有了依据建设方事先评估成为可能倒逼蓄冰空调产家提高产品质量为修改蓄冰空调标准提供了可靠的基础依据

蓄冰装置产品优化设计和事先评估方法的重要意义

结构储冰量=热力蓄冰量结构储冰量＞热力蓄冰量结构储冰量＜热力蓄冰量©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.a

校核优化产品设计

某直膨式蓄冰D10mm/100mm铜管

可以现场演示蓄冰装置评估程序©2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.

利用优化/评估方法进行演示

盘管放冷情况比较复杂，先讲内融冰，我们只谈管外的部分内融冰根据放冷过程有不同的换热形式：

盘管与冰的导热、与水的导热/自然对流、冰与水的导热/自然

对流、溶解放冷、还存在辐射热交换等，实践表明：冰的上浮使冰体紧贴盘管对放冷极为有利，研究融冰对象（PERT

D=16×1.8

冰层厚度=15mm）在破冰前2-3个多小时，放冷率＞

20%

结构与性能

盘管放冷

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reserved.水

冰

柱冰柱上浮o融冰前开始融冰盘管壁乙二醇浮冰脱离盘管破冰w