1、2020/8/6,1,第10章 蓄冷（熱）技術(shù),10.1 概述,10.2 水蓄冷技術(shù),10.3 冰蓄冷技術(shù),2020/8/6,2,我國電力狀況 裝機容量世界第二位；人均用電量較少 電網(wǎng)峰谷差很大 空調(diào)耗能情況 基本在用電高峰 每年以15速度增長 國家提倡采用蓄能技術(shù)轉(zhuǎn)移空調(diào)的高峰用電,背景,10.1 概述,2020/8/6,3,蓄能技術(shù)原理,所謂蓄能，就是在電力需求低谷時啟動制冷、制熱設備，將產(chǎn)生的冷或熱儲存在某種媒介中；在電力需求高峰時，將儲存的冷或熱釋放出來使用，從而減少高峰用電量。因此，蓄能技術(shù)又稱為“移峰填谷”。采用此技術(shù)，就可以減少電網(wǎng)的峰谷差，提高電網(wǎng)的運行效率，少建或緩建電站。,

2、2020/8/6,4,冷水機組在夜間時段制冰儲存，儲存的冷量供次日空調(diào)負荷的應用。圖中晚上18點到早上8點的深藍色區(qū)域為制冰儲存的冷量，早上8點到晚上18點的深藍色區(qū)域為用儲存的冰制冷的冷量。,2020/8/6,5,2020/8/6,6,蓄能系統(tǒng)的分類,按蓄存能量溫度高低分為 蓄熱、蓄冷 按蓄能介質(zhì)分為 水蓄熱/冷、冰蓄冷、相變材料蓄能 按系統(tǒng)連接關系又分為 串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng),2020/8/6,7,不同蓄能介質(zhì)的差異,水蓄冷/熱主要是利用水的顯熱，蓄存一定冷/熱量時，通常需要較大的體積；但與制冷/熱設備的介質(zhì)一樣，因此系統(tǒng)較簡單。 冰蓄冷利用冰的溶解熱，蓄存一定冷量時，需要的體積較小，通常是

3、水蓄冷的1/7；但需要采用載冷劑，如鹽水溶液、乙二醇溶液等，且系統(tǒng)較復雜。,2020/8/6,8,宏觀效益,轉(zhuǎn)移電力高峰用電量，平衡電網(wǎng)峰谷差 減少新建電廠投資 減少環(huán)境污染，有利于生態(tài)平衡 充分利用有限的不可再生資源,2020/8/6,9,微觀（用戶）效益,減少主機裝機容量和功率可達30%-50% 相應減少冷卻塔的裝機容量和功率 設備滿負荷運行比例增大，可充分提高設備利用率 減少一次電力投資費用，包括電貼費、變壓器、配電柜等 利用分時電價，可節(jié)省大量的運行費用 可作為應急冷源,2020/8/6,10,為調(diào)動廣大末端用戶轉(zhuǎn)移高峰用電的積極性，各地政府出臺了分時電價政策（我國通常分為高峰、平峰和

4、低谷電價），有的還采用減免電力增容費等政策優(yōu)惠。 以北京商業(yè)用電為例，分時電價政策為： 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,鼓勵蓄能的政策措施,2020/8/6,11,冰蓄冷的應用 在我國，目前國內(nèi)冰蓄冷項目有100多個，冰蓄冷空調(diào)發(fā)展前景非常廣闊。,2020/8/6,12,10.2 水蓄冷技術(shù),水蓄冷是利用水的顯熱來蓄冷。制冷機盡量在用電低谷期間運行，制備57的冷凍水，將冷量儲存起來；在電力高峰期間空調(diào)負荷出現(xiàn)時，將冷凍水抽出來，提供給用戶使用。 水蓄冷系統(tǒng)一般是以普通制

5、冷機作為冷源，以保溫槽為蓄冷裝置，加上其他輔助設備、連接管與控制系統(tǒng)等構(gòu)成?；旧鲜窃诔Ｒ?guī)空調(diào)系統(tǒng)的基礎上，增加蓄冷槽及其輔助設備，是一種最為簡單的蓄冷系統(tǒng)形式。,2020/8/6,13,水蓄冷系統(tǒng)之一 原理圖及特點 開式系統(tǒng) 直連 水池和冷機可分別或同時供冷,一、水蓄冷系統(tǒng),2020/8/6,14,水蓄冷系統(tǒng)之二 原理圖及特點 水池側(cè)開式系統(tǒng)，負荷側(cè)閉式系統(tǒng) 水池和冷機可分別或同時供冷 間連，負荷側(cè)水溫稍高,2020/8/6,15,水蓄冷系統(tǒng)之三 原理圖及特點 冷機和負荷側(cè)閉式系統(tǒng) 水池和冷機串聯(lián)供冷 蓄冷和取冷均通過換熱器，溫差損失稍大 水蓄熱與水蓄冷系統(tǒng)基本一致,2020/8/6,16,

6、蓄存損失主要是指蓄水槽表面熱損失和內(nèi)部傳熱損失。 減少蓄水槽表面熱損失可以通過加強外表面的保溫措施、減少蓄水槽的表面積和冷凍水的儲存時間來實現(xiàn)。,蓄水槽內(nèi)部傳熱損失主要是水與內(nèi)表面相互作用、不同溫度冷凍水之間的界面?zhèn)鳠岷突旌显斐傻摹?2020/8/6,17,溫度分層蓄水罐,二、水蓄冷裝置,2020/8/6,18,2020/8/6,19,溫度分層蓄水罐多罐串聯(lián),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,迷宮式蓄水槽,2020/8/6,24,三、水蓄冷槽的設計,1蓄水槽設計特殊要求,（1）應該具有很好的保溫效果； （

7、2）以控制熱流進入蓄水槽的方式來控制浮力 在蓄冷過程中，溫水應從槽頂抽出，制備的冷水從槽底流入；釋冷過程則相反，冷水從槽底抽出至空調(diào)用戶使用升溫后，溫水從頂部流入。 （3）應避免低于4的水進入蓄水槽，因低于4的水的密度隨溫度降低而變小。 （4）一般在蓄水槽的上、下部設有起均流作用的散流器，使水由水平方向緩慢流入或流出，避免縱向的擾動和混合。,2020/8/6,25,2蓄水槽容積和形狀的確定,在蓄水槽容積一定的條件下，為減少蓄水槽的熱損失，應盡量減小其表面積。,3蓄水槽進水管布置,設計原則是： 控制進出水流最低速度，以維持最大浮力，使密度大的水在槽的下部流動，而密度小的水則向上流動。,2020/

8、8/6,26,四、水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的缺點： 水蓄冷只利用顯熱，其蓄冷密度低，在同樣蓄冷量條件下，需要大量的水，使用時受到空間條件的限制； 由于一般使用開啟式蓄水槽，水和空氣接觸容易產(chǎn)生菌藻，管路也容易生銹，增加水處理費用； 蓄冷槽內(nèi)不同溫度的水容易混合，影響了蓄冷效果。,2020/8/6,27,冷水機組負載 系統(tǒng)冷量是按建筑物最高負荷設計 全日制冷周期中有負荷波峰出現(xiàn)，即14:00-18:00之間,為什么采用冰蓄冷系統(tǒng)？,10.3 冰蓄冷技術(shù),2020/8/6,28,一般制冷電能需求的峰值問題： 由于電能的大量消耗,電廠的成本越來越高 在緊張時間段內(nèi),電能費用更加昂貴 有時電能需求得不到滿足 在

9、高峰以外時間，電力需求減少，生產(chǎn)過剩形成浪費。 冰蓄冷系統(tǒng)用于消除用電高峰 將空調(diào)負荷轉(zhuǎn)移到峰值以外的時間 選擇較小的冷水機獲得最佳“參差率” 獲得較好的投資回收率,冰蓄冷系統(tǒng)與一般制冷系統(tǒng)的對比,2020/8/6,29,少量采用直接蒸發(fā)制冰，有的小系統(tǒng)也直接將乙二醇送到末端中，通常采用乙二醇溶液制冰，采用乙二醇溶液或水取冷。 常見的冰蓄冷系統(tǒng)分為兩類 用乙二醇溶液蓄冷和取冷，用板換產(chǎn)生冷凍水，包括冰球/板式、內(nèi)融式冰盤管等 用乙二醇溶液蓄冷，直接用冷凍水取冷，如外融式冰盤管,2020/8/6,30,外部溶冰方式,內(nèi)部溶冰方式,一、冰蓄冷裝置,2020/8/6,31,靜態(tài)制冰分冰盤管和封裝式

10、冰盤管式：金屬盤管（外融冰和內(nèi)融冰）、塑料盤管 封裝式：冰球、冰板、蕊芯冰球 動態(tài)制冰分冰片滑落式和冰晶式 冰片滑落、冰晶,2020/8/6,32,定義： 溫度較高的空調(diào)回水直接送入盤管表面結(jié)有冰層的蓄冰槽，使盤管表面的冰層自外向內(nèi)逐漸融化。,1. 冰盤管式蓄冷（外部融冰）,2020/8/6,33,制冰與融冰的工作過程 制冰循環(huán) 開始制冰時，冰槽內(nèi)充滿水，低溫乙二醇水循環(huán)經(jīng)盤管進口到出口，吸收冰槽水的熱量；此時冰水泵不動作，小空氣泵在槽內(nèi)制造氣泡造成水流擾動，水接觸到盤管逐漸凍結(jié)而結(jié)成冰。 空調(diào)循環(huán) 在白天空調(diào)循環(huán)時，冰水泵運轉(zhuǎn)系統(tǒng)水流，使水在冰槽內(nèi)接觸冰而降溫，冰的融化使水的溫度由進水溫度降

11、到出水溫度。,2020/8/6,34,優(yōu)點 空調(diào)回水與冰直接接觸，換熱效果好，取冷快 不需要二次換熱裝置 缺點 蓄冰槽的蓄冰率低，蓄冰槽容積大 盤管外表面結(jié)冰不均勻，易形成水流死角 需要采取攪拌措施，促進冰的均勻融化,2020/8/6,35,外融冰盤管,2020/8/6,36,制冰與融冰的工作過程 制冰循環(huán) 開始制冰時鹵水（通常為乙二醇溶液）流經(jīng)儲冰槽內(nèi)使水凍結(jié)。 空調(diào)循環(huán) 在空調(diào)循環(huán)時，來自用戶或二次換熱裝置的溫度較高的載冷劑仍在盤管中循環(huán)，通過盤管換熱將外表面冰層自內(nèi)向外逐漸融化進行取冷,2. 完全凍結(jié)式蓄冷（內(nèi)部融冰）,2020/8/6,37,冰盤管（內(nèi)部融冰）,優(yōu)點 盤管外表面融冰均勻

12、，不易形成水流死角 不需要采取攪拌措施，以促進冰的均勻融化 缺點 空調(diào)回水與冰間有很薄的水層，融冰換熱熱阻較大 多采用細管、薄冰層蓄冰,2020/8/6,38,金屬蛇形盤管,2020/8/6,39,塑料圓形盤管,2020/8/6,40,塑料U形盤管,2020/8/6,41,蓄冰率IPF （Ice Packing Factor）,V1蓄冰槽內(nèi)冰所占的容積（m3）；,V2蓄冰槽的有效容積（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. 封裝

13、式蓄冷,這種系統(tǒng)采用水或有機鹽溶液作為蓄冷介質(zhì)，將蓄冷介質(zhì)封裝在塑料密封件內(nèi)，再把這些裝有蓄冷介質(zhì)的密封件堆放在密閉的金屬貯罐內(nèi)或開放的貯槽中一起組成蓄冰裝置。 蓄冰時，制冷機組提供的低溫二次冷媒（乙二醇水溶液）進入蓄冷裝置，使封裝件內(nèi)的蓄冷介質(zhì)結(jié)冰；釋冷時，仍以乙二醇水溶液作為載冷劑，將封裝件內(nèi)冷量取出，直接或間接（通過熱交換裝置）向用戶供冷。,2020/8/6,50,冰球和臥式冰球罐,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,膠囊式 - 在高密度容器內(nèi)填充去離子水和幫助冰成核溶液混合液或相變物質(zhì)。外型有矩形（

14、冰磚）等。冰球式也屬于膠囊式 。 動態(tài)儲冰式或制冰滑落式 冰泥,4. 其他制冰方式,2020/8/6,55,冰晶式蓄冰系統(tǒng),2020/8/6,56,2020/8/6,57,二、蓄能系統(tǒng)涉及的特殊產(chǎn)品 雙工況冷機 (蓄冰和普通制冷) 蓄冰裝置 板式換熱器,2020/8/6,58,三、冰蓄冷系統(tǒng)運行模式,按制冷機組和蓄冰裝置的相對位置不同，可分為并聯(lián)和串聯(lián)連接兩種模式。而在串聯(lián)連接中根據(jù)其相對位置不同，又可分為機組位于蓄冰裝置上游和機組位于蓄冰裝置下游兩種。運行模式和設備布置方式主要根據(jù)削峰填谷的特點和場地以及投資而定。,2020/8/6,59,1并聯(lián)運行模式,2020/8/6,60,2串聯(lián)運行模

15、式,2020/8/6,61,計算建筑設計日逐時負荷 根據(jù)逐時負荷特點，確定是否設置基載主機，并確定基載主機容量，得到除去基載負荷后的逐時負荷 確定蓄冷系統(tǒng)模式和運行控制策略 按冷機容量最小原則確定冷機容量 按冷機在低谷時段可蓄存的總冷量確定冰槽容量 校核白天逐時取冷量能否滿足負荷要求,四、冰蓄冷系統(tǒng)的設計計算,2020/8/6,62,基載冷機示意圖,2020/8/6,63,qC：冷機在標準空調(diào)工況時的容量 Qtank：冰槽的容量 Q：設計日逐時負荷（除去基載負荷）之和 n1：白天制冷主機空調(diào)工況運行小數(shù)時（由于冷機 不滿載，通常取系數(shù)0.9） Cf：冷機制冰工況相對空調(diào)工況的性能系數(shù) n2：夜

16、間蓄冰工況冷機工作小數(shù)時,1. 冷機和冰槽容量的計算公式,2020/8/6,64,逐時負荷校核,2020/8/6,65,板式換熱器：按所承擔的容量和設計溫度選型，并聯(lián)系統(tǒng)溫差較小，通常為5，而串聯(lián)系統(tǒng)則可以達到8-10 膨脹水箱按最高溫度和最低溫度時密度差進行計算 不同類型系統(tǒng)中泵的流量與揚程,2. 其他輔助設備的選擇計算,2020/8/6,66,Vs:蓄冰最低溫度時，系統(tǒng)中載冷劑的體積 1 2:載冷劑最低溫和最高溫的密度 a1:低液位時,膨脹水箱中的剩余體積,可取10% a2:高液位時,膨脹水箱中的剩余體積,可取20%,膨脹水箱的計算公式,2020/8/6,67,蓄冰系統(tǒng)運行控制基本原則:

17、實現(xiàn)不同運行模式的切換 在滿足熱舒適的前提下,盡量將冰用在電力高峰,以節(jié)省運行費用 每天蓄存的冰量應基本用完,五、冰蓄冷系統(tǒng)的運行控制策略,2020/8/6,68,冷機蓄冰 冷機供冷 冰槽供冷 冷機與冰槽聯(lián)合供冷 蓄冰并供冷 停機,1. 冰蓄冷系統(tǒng)的幾種運行模式,2020/8/6,69,全蓄冰系統(tǒng) 高峰以外時段所制成的冰或冰球，其冷量要達到次日空調(diào)負荷所需。 冷水機組用于夜間制冰,2. 蓄冰系統(tǒng)的運行策略,2020/8/6,70,分量蓄冰系統(tǒng) 主機在高峰以外時段制冰，在空調(diào)時段主機持續(xù)運轉(zhuǎn)搭配儲冰設備以滿足設計日空調(diào)負荷需要。 分量儲存費用較全量儲存系統(tǒng)經(jīng)濟，并可獲得良好的負荷管理。 冷水機組

18、獲得更低的平均負荷,2020/8/6,71,冷機優(yōu)先：冷機先用,不夠時再用冰槽 冰槽優(yōu)先：冰槽先用,不夠時再啟用冷機 比例控制：冷機和冰槽按一定比例同時供冷 優(yōu)化控制：根據(jù)負荷需求和電價政策,最合理地分配冷機和冰槽的負荷,最大限度地為用戶節(jié)省運行費用,3. 冰蓄冷系統(tǒng)的控制策略,2020/8/6,72,冷機優(yōu)先的控制策略,在空調(diào)循環(huán)過程主機為主要冷源，主機供應固定的冷量，不足時，以融冰輔助，主機優(yōu)先模式下，主機在日間是不停地運轉(zhuǎn)。,非常容易實現(xiàn)，且很可靠。但不能最大限度地發(fā)揮冰槽的作用，不能很好地轉(zhuǎn)移高峰用電，運行費用節(jié)省不顯著 早期的冰蓄冷工程采用,2020/8/6,73,back,2020

19、/8/6,74,冰槽優(yōu)先的控制策略,儲冰槽釋放固定等量的冷量作為主要冷源。若大樓的冷量負荷超出儲冰槽所供應的冷量，由主機供應，主機僅在設計日尖峰負荷時，才滿載運轉(zhuǎn)，主機大部分時間在部分負荷下運行。,2020/8/6,75,可最大限度地發(fā)揮冰槽的作用，但容易出現(xiàn)下列情況： 冰槽中的大部分很可能不是在電力高峰中利用的 負荷高峰時，冰槽中沒有冰了，從而僅靠冷機不能滿足房間溫度要求,2020/8/6,76,back,2020/8/6,77,比例控制的運行策略,通過合理調(diào)節(jié)負荷在冷機和冰槽間的分配比例，可實現(xiàn)較充分利用冰槽；但分配比例并不是一成不變的，分配比例的確定很困難，需要大量的經(jīng)驗,2020/8/

20、6,78,2020/8/6,79,設計日（100%負荷）負荷分配情況：,2020/8/6,80,60%負荷分配情況：,2020/8/6,81,30%負荷分配情況：,back,2020/8/6,82,優(yōu)化控制策略,通過對第二天逐時負荷的預測，合理分配冷機和冰槽間的負荷，最大限度的節(jié)省運行費用，并保證高峰負荷時的熱舒適。 需要一套優(yōu)化控制程序 運行費用至少比冷機優(yōu)先省25%,2020/8/6,83,某蓄冰工程自動控制示例,2020/8/6,84,自動檢測冷凍水供、回水溫度、壓力和供水流量 自動檢測冷卻水供、回水溫度及板換的供、回水溫度 自動檢測蓄冰槽進、出口溫度 自動檢測各水流開關狀態(tài) 自動控制冷

21、凍、冷卻水泵、冷凍機、冷卻塔的順序啟停及相關閥門的順序調(diào)節(jié)，并檢測其運行狀態(tài)及過載報警 根據(jù)測量值計算系統(tǒng)冷負荷，以實現(xiàn)蓄冰槽出口溫度及冷凍機運行臺數(shù)的最優(yōu)控制 根據(jù)供、回水壓力自動調(diào)節(jié)旁通閥的開度，以保證管網(wǎng)壓力和流量穩(wěn)定 專家系統(tǒng)診斷及故障報警 可通過中央管理工作站對其進行遠動控制,蓄冰控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能,2020/8/6,85,故障診斷示例,2020/8/6,86,蓄能系統(tǒng)能否實施，關鍵是看其經(jīng)濟性。通常需要將蓄能系統(tǒng)與普通的系統(tǒng)進行經(jīng)濟比較 對同樣的建筑設計蓄能系統(tǒng)和普通系統(tǒng) 計算二者的初投資（含各種增容費） 計算二者的運行費用，得到蓄能系統(tǒng)相對普通系統(tǒng)的投資回收期,六、蓄能系統(tǒng)與常規(guī)

22、系統(tǒng)的比較,2020/8/6,87,初投資的估算,主設備的報價 自控部分報價 施工費用 增容費用 其他費用,2020/8/6,88,運行費用計算,每月選取一代表日逐時負荷，按控制策略分配冷機與冰槽的負荷，計算所有設備的功耗，按電價得到代表日運行費用，匯總得到總的運行費用 用同樣方法得到普通系統(tǒng)的代表日和總的運行費用,2020/8/6,89,蓄能系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)的比較（1）,一般而言，蓄能系統(tǒng)的直接投資稍高于普通系統(tǒng)，但若電力增容費用較高時，蓄能系統(tǒng)有可能與普通系統(tǒng)總投資持平 若采用低溫水和低溫送風技術(shù)，則蓄冷系統(tǒng)的直接投資有可能與普通系統(tǒng)持平，甚至略低,2020/8/6,90,蓄能系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)

23、的比較（2）,蓄能系統(tǒng)的運行費用肯定應低于普通系統(tǒng)，通?？晒?jié)省普通系統(tǒng)運行費用的1525%，特殊情況可節(jié)約50%,2020/8/6,91,由于蓄能系統(tǒng)是利用晚上低谷電蓄能的，因此最適合于晚上電力低谷時無空調(diào)負荷（或負荷較小）的建筑；蓄能系統(tǒng)最不適合全天負荷完全一樣的場合。 蓄能系統(tǒng)必須有分時電價政策的支持,七、蓄能系統(tǒng)的應用及研究,2020/8/6,92,特別適合蓄能的電價政策,蓄能方案可減免電力增容費（而普通情況則不能減免） 高峰電價與低谷電價的比例較高（如達到3：1以上） 高峰電價與低谷電價的差較大（有的地區(qū)雖然高低比例小，但差價很大）,2020/8/6,93,適合蓄能的建筑類型（1）,寫字樓：僅白天有負荷，且在高峰；晚上基本無負荷，非常適合蓄能 賓館：晚上有一定負荷，但不到白天的1/3，可用基載主機承擔晚上負荷，也較適合蓄能 體育場館：使用時間短，晚上有充裕的時間蓄能，是非常理想的場合,2020/8/6,94,適合蓄能的建筑類型（2）,影劇院：演出時間較短，負荷較集中，適合采用蓄能 圖書館、銀行：類似寫字樓 商場：客流也集中在高峰電時段，可利用低谷電降低運行費用 醫(yī)院：類似賓館,2020/8/6,95,適合蓄能的建筑類型（3）,教堂：每個禮拜是主要