第10章蓄冷（热）技术.ppt

1、2020/8/6,1,第10章 蓄冷（热）技术,10.1 概述,10.2 水蓄冷技术,10.3 冰蓄冷技术,2020/8/6,2,我国电力状况 装机容量世界第二位；人均用电量较少 电网峰谷差很大 空调耗能情况 基本在用电高峰 每年以15速度增长 国家提倡采用蓄能技术转移空调的高峰用电,背景,10.1 概述,2020/8/6,3,蓄能技术原理,所谓蓄能，就是在电力需求低谷时启动制冷、制热设备，将产生的冷或热储存在某种媒介中；在电力需求高峰时，将储存的冷或热释放出来使用，从而减少高峰用电量。因此，蓄能技术又称为“移峰填谷”。采用此技术，就可以减少电网的峰谷差，提高电网的运行效率，少建或缓建电站。,

2、2020/8/6,4,冷水机组在夜间时段制冰储存，储存的冷量供次日空调负荷的应用。图中晚上18点到早上8点的深蓝色区域为制冰储存的冷量，早上8点到晚上18点的深蓝色区域为用储存的冰制冷的冷量。,2020/8/6,5,2020/8/6,6,蓄能系统的分类,按蓄存能量温度高低分为 蓄热、蓄冷 按蓄能介质分为 水蓄热/冷、冰蓄冷、相变材料蓄能 按系统连接关系又分为 串联系统、并联系统,2020/8/6,7,不同蓄能介质的差异,水蓄冷/热主要是利用水的显热，蓄存一定冷/热量时，通常需要较大的体积；但与制冷/热设备的介质一样，因此系统较简单。 冰蓄冷利用冰的溶解热，蓄存一定冷量时，需要的体积较小，通常是

3、水蓄冷的1/7；但需要采用载冷剂，如盐水溶液、乙二醇溶液等，且系统较复杂。,2020/8/6,8,宏观效益,转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差 减少新建电厂投资 减少环境污染，有利于生态平衡 充分利用有限的不可再生资源,2020/8/6,9,微观（用户）效益,减少主机装机容量和功率可达30%-50% 相应减少冷却塔的装机容量和功率 设备满负荷运行比例增大，可充分提高设备利用率 减少一次电力投资费用，包括电贴费、变压器、配电柜等 利用分时电价，可节省大量的运行费用 可作为应急冷源,2020/8/6,10,为调动广大末端用户转移高峰用电的积极性，各地政府出台了分时电价政策（我国通常分为高峰、平峰和

4、低谷电价），有的还采用减免电力增容费等政策优惠。 以北京商业用电为例，分时电价政策为： 高峰0.983元，8:0011:00,18:0023:00 平峰0.623元，11:0018:00,7:00 8:00 低谷0.285元，23:007:00,鼓励蓄能的政策措施,2020/8/6,11,冰蓄冷的应用 在我国，目前国内冰蓄冷项目有100多个，冰蓄冷空调发展前景非常广阔。,2020/8/6,12,10.2 水蓄冷技术,水蓄冷是利用水的显热来蓄冷。制冷机尽量在用电低谷期间运行，制备57的冷冻水，将冷量储存起来；在电力高峰期间空调负荷出现时，将冷冻水抽出来，提供给用户使用。 水蓄冷系统一般是以普通制

5、冷机作为冷源，以保温槽为蓄冷装置，加上其他辅助设备、连接管与控制系统等构成。基本上是在常规空调系统的基础上，增加蓄冷槽及其辅助设备，是一种最为简单的蓄冷系统形式。,2020/8/6,13,水蓄冷系统之一 原理图及特点 开式系统 直连 水池和冷机可分别或同时供冷,一、水蓄冷系统,2020/8/6,14,水蓄冷系统之二 原理图及特点 水池侧开式系统，负荷侧闭式系统 水池和冷机可分别或同时供冷 间连，负荷侧水温稍高,2020/8/6,15,水蓄冷系统之三 原理图及特点 冷机和负荷侧闭式系统 水池和冷机串联供冷 蓄冷和取冷均通过换热器，温差损失稍大 水蓄热与水蓄冷系统基本一致,2020/8/6,16,

6、蓄存损失主要是指蓄水槽表面热损失和内部传热损失。 减少蓄水槽表面热损失可以通过加强外表面的保温措施、减少蓄水槽的表面积和冷冻水的储存时间来实现。,蓄水槽内部传热损失主要是水与内表面相互作用、不同温度冷冻水之间的界面传热和混合造成的。,2020/8/6,17,温度分层蓄水罐,二、水蓄冷装置,2020/8/6,18,2020/8/6,19,温度分层蓄水罐多罐串联,2020/8/6,20,2020/8/6,21,隔膜式蓄水罐,2020/8/6,22,空槽式水蓄冷,2020/8/6,23,迷宫式蓄水槽,2020/8/6,24,三、水蓄冷槽的设计,1蓄水槽设计特殊要求,（1）应该具有很好的保温效果； （

7、2）以控制热流进入蓄水槽的方式来控制浮力 在蓄冷过程中，温水应从槽顶抽出，制备的冷水从槽底流入；释冷过程则相反，冷水从槽底抽出至空调用户使用升温后，温水从顶部流入。 （3）应避免低于4的水进入蓄水槽，因低于4的水的密度随温度降低而变小。 （4）一般在蓄水槽的上、下部设有起均流作用的散流器，使水由水平方向缓慢流入或流出，避免纵向的扰动和混合。,2020/8/6,25,2蓄水槽容积和形状的确定,在蓄水槽容积一定的条件下，为减少蓄水槽的热损失，应尽量减小其表面积。,3蓄水槽进水管布置,设计原则是： 控制进出水流最低速度，以维持最大浮力，使密度大的水在槽的下部流动，而密度小的水则向上流动。,2020/

8、8/6,26,四、水蓄冷空调系统的缺点： 水蓄冷只利用显热，其蓄冷密度低，在同样蓄冷量条件下，需要大量的水，使用时受到空间条件的限制； 由于一般使用开启式蓄水槽，水和空气接触容易产生菌藻，管路也容易生锈，增加水处理费用； 蓄冷槽内不同温度的水容易混合，影响了蓄冷效果。,2020/8/6,27,冷水机组负载 系统冷量是按建筑物最高负荷设计 全日制冷周期中有负荷波峰出现，即14:00-18:00之间,为什么采用冰蓄冷系统？,10.3 冰蓄冷技术,2020/8/6,28,一般制冷电能需求的峰值问题： 由于电能的大量消耗,电厂的成本越来越高 在紧张时间段内,电能费用更加昂贵 有时电能需求得不到满足 在

9、高峰以外时间，电力需求减少，生产过剩形成浪费。 冰蓄冷系统用于消除用电高峰 将空调负荷转移到峰值以外的时间 选择较小的冷水机获得最佳“参差率” 获得较好的投资回收率,冰蓄冷系统与一般制冷系统的对比,2020/8/6,29,少量采用直接蒸发制冰，有的小系统也直接将乙二醇送到末端中，通常采用乙二醇溶液制冰，采用乙二醇溶液或水取冷。 常见的冰蓄冷系统分为两类 用乙二醇溶液蓄冷和取冷，用板换产生冷冻水，包括冰球/板式、内融式冰盘管等 用乙二醇溶液蓄冷，直接用冷冻水取冷，如外融式冰盘管,2020/8/6,30,外部溶冰方式,内部溶冰方式,一、冰蓄冷装置,2020/8/6,31,静态制冰分冰盘管和封装式

10、冰盘管式：金属盘管（外融冰和内融冰）、塑料盘管 封装式：冰球、冰板、蕊芯冰球 动态制冰分冰片滑落式和冰晶式 冰片滑落、冰晶,2020/8/6,32,定义： 温度较高的空调回水直接送入盘管表面结有冰层的蓄冰槽，使盘管表面的冰层自外向内逐渐融化。,1. 冰盘管式蓄冷（外部融冰）,2020/8/6,33,制冰与融冰的工作过程 制冰循环 开始制冰时，冰槽内充满水，低温乙二醇水循环经盘管进口到出口，吸收冰槽水的热量；此时冰水泵不动作，小空气泵在槽内制造气泡造成水流扰动，水接触到盘管逐渐冻结而结成冰。 空调循环 在白天空调循环时，冰水泵运转系统水流，使水在冰槽内接触冰而降温，冰的融化使水的温度由进水温度降

11、到出水温度。,2020/8/6,34,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,2020/8/6,35,外融冰盘管,2020/8/6,36,制冰与融冰的工作过程 制冰循环 开始制冰时卤水（通常为乙二醇溶液）流经储冰槽内使水冻结。 空调循环 在空调循环时，来自用户或二次换热装置的温度较高的载冷剂仍在盘管中循环，通过盘管换热将外表面冰层自内向外逐渐融化进行取冷,2. 完全冻结式蓄冷（内部融冰）,2020/8/6,37,冰盘管（内部融冰）,优点 盘管外表面融冰均匀

12、，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,2020/8/6,38,金属蛇形盘管,2020/8/6,39,塑料圆形盘管,2020/8/6,40,塑料U形盘管,2020/8/6,41,蓄冰率IPF （Ice Packing Factor）,V1蓄冰槽内冰所占的容积（m3）；,V2蓄冰槽的有效容积（m3）。,2020/8/6,42,2020/8/6,43,2020/8/6,44,2020/8/6,45,2020/8/6,46,2020/8/6,47,2020/8/6,48,2020/8/6,49,3. 封装

13、式蓄冷,这种系统采用水或有机盐溶液作为蓄冷介质，将蓄冷介质封装在塑料密封件内，再把这些装有蓄冷介质的密封件堆放在密闭的金属贮罐内或开放的贮槽中一起组成蓄冰装置。 蓄冰时，制冷机组提供的低温二次冷媒（乙二醇水溶液）进入蓄冷装置，使封装件内的蓄冷介质结冰；释冷时，仍以乙二醇水溶液作为载冷剂，将封装件内冷量取出，直接或间接（通过热交换装置）向用户供冷。,2020/8/6,50,冰球和卧式冰球罐,2020/8/6,51,立式冰球罐,2020/8/6,52,蕊芯冰球,2020/8/6,53,冰板,2020/8/6,54,胶囊式 - 在高密度容器内填充去离子水和帮助冰成核溶液混合液或相变物质。外型有矩形（

14、冰砖）等。冰球式也属于胶囊式 。 动态储冰式或制冰滑落式 冰泥,4. 其他制冰方式,2020/8/6,55,冰晶式蓄冰系统,2020/8/6,56,2020/8/6,57,二、蓄能系统涉及的特殊产品 双工况冷机 (蓄冰和普通制冷) 蓄冰装置 板式换热器,2020/8/6,58,三、冰蓄冷系统运行模式,按制冷机组和蓄冰装置的相对位置不同，可分为并联和串联连接两种模式。而在串联连接中根据其相对位置不同，又可分为机组位于蓄冰装置上游和机组位于蓄冰装置下游两种。运行模式和设备布置方式主要根据削峰填谷的特点和场地以及投资而定。,2020/8/6,59,1并联运行模式,2020/8/6,60,2串联运行模

15、式,2020/8/6,61,计算建筑设计日逐时负荷 根据逐时负荷特点，确定是否设置基载主机，并确定基载主机容量，得到除去基载负荷后的逐时负荷 确定蓄冷系统模式和运行控制策略 按冷机容量最小原则确定冷机容量 按冷机在低谷时段可蓄存的总冷量确定冰槽容量 校核白天逐时取冷量能否满足负荷要求,四、冰蓄冷系统的设计计算,2020/8/6,62,基载冷机示意图,2020/8/6,63,qC：冷机在标准空调工况时的容量 Qtank：冰槽的容量 Q：设计日逐时负荷（除去基载负荷）之和 n1：白天制冷主机空调工况运行小数时（由于冷机 不满载，通常取系数0.9） Cf：冷机制冰工况相对空调工况的性能系数 n2：夜

16、间蓄冰工况冷机工作小数时,1. 冷机和冰槽容量的计算公式,2020/8/6,64,逐时负荷校核,2020/8/6,65,板式换热器：按所承担的容量和设计温度选型，并联系统温差较小，通常为5，而串联系统则可以达到8-10 膨胀水箱按最高温度和最低温度时密度差进行计算 不同类型系统中泵的流量与扬程,2. 其他辅助设备的选择计算,2020/8/6,66,Vs:蓄冰最低温度时，系统中载冷剂的体积 1 2:载冷剂最低温和最高温的密度 a1:低液位时,膨胀水箱中的剩余体积,可取10% a2:高液位时,膨胀水箱中的剩余体积,可取20%,膨胀水箱的计算公式,2020/8/6,67,蓄冰系统运行控制基本原则:

17、实现不同运行模式的切换 在满足热舒适的前提下,尽量将冰用在电力高峰,以节省运行费用 每天蓄存的冰量应基本用完,五、冰蓄冷系统的运行控制策略,2020/8/6,68,冷机蓄冰 冷机供冷 冰槽供冷 冷机与冰槽联合供冷 蓄冰并供冷 停机,1. 冰蓄冷系统的几种运行模式,2020/8/6,69,全蓄冰系统 高峰以外时段所制成的冰或冰球，其冷量要达到次日空调负荷所需。 冷水机组用于夜间制冰,2. 蓄冰系统的运行策略,2020/8/6,70,分量蓄冰系统 主机在高峰以外时段制冰，在空调时段主机持续运转搭配储冰设备以满足设计日空调负荷需要。 分量储存费用较全量储存系统经济，并可获得良好的负荷管理。 冷水机组

18、获得更低的平均负荷,2020/8/6,71,冷机优先：冷机先用,不够时再用冰槽 冰槽优先：冰槽先用,不够时再启用冷机 比例控制：冷机和冰槽按一定比例同时供冷 优化控制：根据负荷需求和电价政策,最合理地分配冷机和冰槽的负荷,最大限度地为用户节省运行费用,3. 冰蓄冷系统的控制策略,2020/8/6,72,冷机优先的控制策略,在空调循环过程主机为主要冷源，主机供应固定的冷量，不足时，以融冰辅助，主机优先模式下，主机在日间是不停地运转。,非常容易实现，且很可靠。但不能最大限度地发挥冰槽的作用，不能很好地转移高峰用电，运行费用节省不显著 早期的冰蓄冷工程采用,2020/8/6,73,back,2020

19、/8/6,74,冰槽优先的控制策略,储冰槽释放固定等量的冷量作为主要冷源。若大楼的冷量负荷超出储冰槽所供应的冷量，由主机供应，主机仅在设计日尖峰负荷时，才满载运转，主机大部分时间在部分负荷下运行。,2020/8/6,75,可最大限度地发挥冰槽的作用，但容易出现下列情况： 冰槽中的大部分很可能不是在电力高峰中利用的 负荷高峰时，冰槽中没有冰了，从而仅靠冷机不能满足房间温度要求,2020/8/6,76,back,2020/8/6,77,比例控制的运行策略,通过合理调节负荷在冷机和冰槽间的分配比例，可实现较充分利用冰槽；但分配比例并不是一成不变的，分配比例的确定很困难，需要大量的经验,2020/8/

20、6,78,2020/8/6,79,设计日（100%负荷）负荷分配情况：,2020/8/6,80,60%负荷分配情况：,2020/8/6,81,30%负荷分配情况：,back,2020/8/6,82,优化控制策略,通过对第二天逐时负荷的预测，合理分配冷机和冰槽间的负荷，最大限度的节省运行费用，并保证高峰负荷时的热舒适。 需要一套优化控制程序 运行费用至少比冷机优先省25%,2020/8/6,83,某蓄冰工程自动控制示例,2020/8/6,84,自动检测冷冻水供、回水温度、压力和供水流量 自动检测冷却水供、回水温度及板换的供、回水温度 自动检测蓄冰槽进、出口温度 自动检测各水流开关状态 自动控制冷

21、冻、冷却水泵、冷冻机、冷却塔的顺序启停及相关阀门的顺序调节，并检测其运行状态及过载报警 根据测量值计算系统冷负荷，以实现蓄冰槽出口温度及冷冻机运行台数的最优控制 根据供、回水压力自动调节旁通阀的开度，以保证管网压力和流量稳定 专家系统诊断及故障报警 可通过中央管理工作站对其进行远动控制,蓄冰控制系统实现的功能,2020/8/6,85,故障诊断示例,2020/8/6,86,蓄能系统能否实施，关键是看其经济性。通常需要将蓄能系统与普通的系统进行经济比较 对同样的建筑设计蓄能系统和普通系统 计算二者的初投资（含各种增容费） 计算二者的运行费用，得到蓄能系统相对普通系统的投资回收期,六、蓄能系统与常规

22、系统的比较,2020/8/6,87,初投资的估算,主设备的报价 自控部分报价 施工费用 增容费用 其他费用,2020/8/6,88,运行费用计算,每月选取一代表日逐时负荷，按控制策略分配冷机与冰槽的负荷，计算所有设备的功耗，按电价得到代表日运行费用，汇总得到总的运行费用 用同样方法得到普通系统的代表日和总的运行费用,2020/8/6,89,蓄能系统与常规系统的比较（1）,一般而言，蓄能系统的直接投资稍高于普通系统，但若电力增容费用较高时，蓄能系统有可能与普通系统总投资持平 若采用低温水和低温送风技术，则蓄冷系统的直接投资有可能与普通系统持平，甚至略低,2020/8/6,90,蓄能系统与常规系统

23、的比较（2）,蓄能系统的运行费用肯定应低于普通系统，通常可节省普通系统运行费用的1525%，特殊情况可节约50%,2020/8/6,91,由于蓄能系统是利用晚上低谷电蓄能的，因此最适合于晚上电力低谷时无空调负荷（或负荷较小）的建筑；蓄能系统最不适合全天负荷完全一样的场合。 蓄能系统必须有分时电价政策的支持,七、蓄能系统的应用及研究,2020/8/6,92,特别适合蓄能的电价政策,蓄能方案可减免电力增容费（而普通情况则不能减免） 高峰电价与低谷电价的比例较高（如达到3：1以上） 高峰电价与低谷电价的差较大（有的地区虽然高低比例小，但差价很大）,2020/8/6,93,适合蓄能的建筑类型（1）,写字楼：仅白天有负荷，且在高峰；晚上基本无负荷，非常适合蓄能 宾馆：晚上有一定负荷，但不到白天的1/3，可用基载主机承担晚上负荷，也较适合蓄能 体育场馆：使用时间短，晚上有充裕的时间蓄能，是非常理想的场合,2020/8/6,94,适合蓄能的建筑类型（2）,影剧院：演出时间较短，负荷较集中，适合采用蓄能 图书馆、银行：类似写字楼 商场：客流也集中在高峰电时段，可利用低谷电降低运行费用 医院：类似宾馆,2020/8/6,95,适合蓄能的建筑类型（3）,教堂：每个礼拜是主要