蓄冷技术

注：文本框可根据需求改变颜色、移动位置；文字可编辑目录1324水蓄冷蓄冷技术冰蓄冷对比根据水，冰或其他物质的蓄热特性，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全部或部分地蓄存于水、冰或其他物质中；一旦出现空调负荷，使用这些蓄冷物质储存的冷量满足空调系统的需要。蓄能空调技术分为冰蓄冷和水蓄能技术，水蓄能包括水蓄冷和水蓄热，每种蓄能方式都有各自的优缺点和适用性。水蓄能（水蓄冷+水蓄热）•水蓄能空调技术原理•所谓蓄能空调，就是将电网负荷低谷期（如夜晚）的电力用于制冷或者制热，通过利用蓄能介质将冷（热）量储蓄起来，在电网负荷高峰期（如白天），再将冷热量释放出来用于建筑物的空调末端，以承担高峰期空调所需的全部或者部分负荷。通过采用这种蓄能技术能够实现削峰填谷，是缓解电力建设和新增用电矛盾的有效途径之一。水蓄冷的组成•水蓄冷的主要组成部分：制冷机组、蓄冷水池（蓄冷罐）、板式换热器、供冷水泵、蓄冷水泵、放冷水泵、冷却塔和冷却水泵。水蓄冷方法•水蓄冷是水蓄冷是利用水的显热实现冷量的储存。因此，一个设计合理的蓄冷系统应通过维持尽可能大的蓄水温差并防止冷水与热水的混合来获得最大的蓄冷效率。在水蓄冷技术中，关键问题是蓄冷罐的结构形式应能防止所蓄冷水与回流热水的混合。为实现这一目的，目前常用的有以下几种方法：水蓄冷方法•多储水罐方法：将冷水和热水分别储存在不同的罐中，以保证送至负荷侧的冷水温度维持不变。水蓄冷方法•迷宫法：采用隔板把蓄水槽分成很多个单元格，水流按照设计的路线依次流过每个单元格。迷宫法能较好地防止冷热水混合。但在蓄冷和放冷过程中有一个是热水从底部进口进入或冷水从顶部进口进入。这样易因浮力造成混合；另外，水的流速过高会导致扰动及冷热水的混合；流速过低会在单元格中形成死区，降低蓄冷系统的容量。水蓄冷方法•隔板法：在蓄水罐内部安装一个活动的柔性膈膜或一个可移动的刚性隔板，来实现冷热水的分离，通常隔膜或隔板为水平布置。这样的蓄水罐可以不用散流器，但隔膜或隔板的初投资和运行维护费用与散流器相比并不占优势。水蓄冷方法•自然分层法：利用水在不同温度下密度不同而实现自然分层。系统组成是在常规的制冷系统中加入蓄水罐。在蓄冷循环时，制冷设备送来的冷水由底部散流器进入蓄水罐，热水则从顶部排出，罐中水量保持不变。在放冷循环中，水流动方向相反，冷水由底部送至负荷侧，回流热水从顶部散流器进入蓄水罐。水蓄冷优点•投资小，运行可靠，制冷效果好，技术要求低，维护费用少，还可实现大温差送水和应急冷源，相对于冰蓄冷系统投资大，调试复杂，推广难度较大的情况来说，水蓄冷具有经济简单的特点。•可以使用常规的冷水机组，也可以使用吸收式制冷机组。常规的主机、泵、空调箱、配管等均能使用，设备的选择性和可用性范围广。•适用于常规供冷系统的扩容和改造，可以通过不增加制冷机组容量而达到增加供冷容量的目的。用于旧系统改造也十分方便，只需要曾设蓄冷槽，原有的设备仍然可用，所增加费用不多。•蓄冷、放冷运行时冷媒水温度相近，冷水机组在这两种运行工况下均能维持额定容量和效率。•可以利用消防水池、原有蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄冷槽，来降低初投资。•可以实现蓄热和蓄冷双重功能。水蓄冷系统更适宜于采用热泵系统的地区，可用于冬季蓄热、夏季蓄冷。这对提高蓄冷槽的利用率，具有一定的经济性。•其设备及控制方式与常规空调系统相似，技术要求低，维修方便，无需特殊的技术培训。缺点•水蓄冷密度低，需要较大的储存空间，使用受到空间条件的限制。•蓄冷槽体积较大，表面散热损失也相应增加，需要增加保温层。•蓄冷槽内不同温度的冷水容易混合，会影响蓄冷效率，使储存的冷水可用能量减少。•开放式蓄冷槽内的水与空气接触易滋生菌藻，管路易锈蚀，需增加水处理费用。水蓄能的适用场合•符合下列条件之一时宜采用水蓄能式空调系统：•执行峰谷电价，且差价较大的地区；•建筑负荷高峰和电网高峰时段重合，且在电网低谷时段建筑负荷较小的工程；•逐时负荷的峰谷悬殊，使用常规系统会导致装机容量过大，且大部分时间处于部分负荷下运行的工程；•电力容量或电力供应受到限制的空调工程；•要求部分时段备用制冷量的空调工程；•要求提供低温冷水，或要求采用低温送风的空调工程；•区域性集中供冷、热的采暖供冷工程。冰蓄冷•冰蓄冷空调技术的原理•冰蓄冷中央空调是指建筑物空调时间所需要冷量的部分或全部在非空调时间利用蓄冰介质水的显热及潜热迁移等特性，将能量以冰的形式蓄存起来，然后根据空调负荷要求释放这些冷量，这样在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。由于冰蓄冷主要利用了冰的变相潜热335KJ/Kg，因此与水蓄冷相比，储存同样多的冷量，冰蓄冷比水蓄冷所需的体积小。•冰蓄冷从系统构成上来说只是在常规空调系统的基础上增加了一套蓄冷装置，其它各部分在结构上与常规空调并无不同，它在使用范围方面也与常规空调基本一致。系统组成•冰蓄冷空调系统一般由制冷机组、蓄冷设备(或蓄水池)、辅助设备及设备之间的连接、调节控制装置等组成。冰蓄冷空调系统设计种类多种多样,无论采用哪种形式,其最终的目的是为建筑物提供一个舒适的环境。另外,系统还应达到能源最佳使用效率,节省运转电费,为用户提供一个安全可靠的冰蓄冷空调系统。蓄冰装置的分类•1、按是否使用载冷剂可分为制冷剂直接蒸发式和载冷剂循环式。•2、按结冰方式不同分为静态制冰和动态制冰•3、按融冰方式不同分为内融冰、外融冰、内外同时融冰。•4、按制冷剂流程不同分为密闭式和开放式。•5、按蓄冰形式不同分为不完全冰结式、完全冰结式、制冰滑落式、封装容器式（包括冰球式）、冰泥式。直接蒸发制冰系统•1、静态制冰系统：最常见的是将金属盘管浸在水槽中，制冷剂直接在盘管内循环吸收水热量，使水温降低，在盘管外表面形成冰层。融冰时温度较高的空调回水直接进入保温冰槽，直接和盘管外冰接触，换热效果好，取冷速度快，其水温可达1℃左右，直接供空调末端用水，故不需要二次换热。•2、动态制冰系统•①板冰机：又称制冰滑落式装置。制冰机（蒸发装置）在水（冰）槽上方，用水泵将冰槽的水自上向下洒在制冰机的板状蒸发器表面上，使其结成薄冰层5—9mm（不宜太厚）,用制冰机四通阀换向，将高温气态制冷剂通入蒸发器中放热，使冰靠自重滑落到冰槽里。•②冰晶式蓄冷装置载冷剂循环式制冰系统•盘管式蓄冰装置：载冷剂为体积浓度25％乙烯乙二醇水溶液，盘管浸在水槽中，制冷剂直接在盘管内循环吸收水热量，使水温降低，在盘管外表面形成冰层。盘管形式有导热塑料盘管、蛇形盘管、螺旋盘管、U型盘管四种形式。融冰方式为外融冰和内融冰两种。•①外融冰：用冷冻水泵抽取蓄冰槽中1—2℃的冷冻水供空调使用，然后回水到冰槽内与盘管外的冰直接热交换融冰（融冰效果好），释冷量的大小取决于回水温度的高低和流量的大小。载冷剂循环式制冰系统•②内融冰：将与空调水换热后的载冷剂通入蓄冰槽盘管内循环，冰层由内向外融化，槽内水是静止的。根据结冰形式的不同，内融冰有完全冻结式和不完全冻结式两种不同的融冰性能。•1）完全冻结式蓄冰盘管的结冰和融冰过程：在制冰周期内将蓄冰槽里的水全部冻结成冰。融冰是将与空调水换热后的较高温度的载冷剂通入蓄冰槽盘管内循环，冰层由内向外融化。•2）不完全冻结式蓄冰盘管的结冰和融冰过程：在制冰周期结束后，盘管的冰层之间仍有水。在融冰的过程中，由于水的浮力，下面的冰融化的快，变薄，冰层破裂，形成温度均匀的冰水混合物。盘管与浮冰接触换热，同时与接近0℃的水对流换热，在设计工况下载冷剂出口温度始终保持稳定。圆形冰球制冷•冷介质封装在球形（蕊芯冰球、冰板）小容器内，将许许多多小球密集放置在密封钢制罐或开式冰槽内。运行时，低温载冷剂在球外空隙流动，带走热量，使球内冷介质结冰。融冰时，来自空调系统的高温载冷剂流过蓄冰罐中的蓄冰单元间隙进行融冰取冷。•目前应用普遍的是圆形冰球（PE外壳）和蕊芯冰球（金属外壳）式系统。静态冰蓄冷和动态冰蓄冷静态冰蓄冷和动态冰蓄冷•静态制冰：冰的制备和融化在同一位置进行，蓄冰设备和制冰部件为一体机构。具体形式有冰盘管式（盘管外融冰）、完全冻结式（盘管内融冰）和密封体蓄冰。•动态制冰：冰的制备和储存不在同一个位置，制冰机和蓄冰槽相对独立。如制冰滑落式、冰浆式系统。静态冰蓄冷和动态冰蓄冷•在静态冰蓄冷系统中，冷水和冰层明显分层，增大了固液界面的热阻，降低了系统的换热效率。•在动态冰蓄冷系统中，冰晶与液体充分混合，可以提供更优的传热性能，释冷速度较之静态冰蓄冷系统快。然而，大多数动态冰蓄冷系统使用一种水溶液（常用二乙醇水溶液）作为相变材料以此来帮助冰晶的流动。在这种情况下，冰晶的凝固点和相变潜热都有所降低。过冷状态在制冰技术中的应用•水或水溶液被冷却，其温度低于凝固点时还保持液态，这种状态称作水或水溶液的过冷。它是一种不稳定的状态。在静态冰蓄冷制冰过程中，液体过冷是一种较为严重的问题。在液体过冷情况下，制冷系统的制冷剂蒸发温度必须明显低于冰形成的温度，这将导致制冷系统COP值下降，功耗增加。但在动态冰蓄冷系统中，在冰浆形成过程中必须有一定的过冷度。过冷水凝固的控制是动态冰蓄冷系统的关键问题。前几年发展起一种新的制冰浆技术——过冷水动态冰蓄冷技术。在制冰过程中，水在过冷器中被冷却至过冷状态，然后进入蓄冰槽。在蓄冰槽中，过冷水过冷状态消除成为冰水混合物，其中的冰留在蓄冰槽中，水被分离出去再次进入过冷器。在过冷水动态制冰过程中，水与制冷剂之间始终保持有较高的换热系数和较低的换热温差，系统制冰效率较高，能量损失少。过冷状态在制冰技术中的应用•要保证过冷水动态制冰系统稳定运行，必须保证过冷器中流动的水不发生冻结，应该满足以下几个条件：（1）过冷器中与水接触的表面温度应高于水在该表面形成冰的温度（2）在过冷器之前须完全清除水从冰槽中携带出来的冰晶，一般应在过冷器前设置专门的冰晶过滤器（3）在冰槽中完全消除水的过冷状态冰蓄冷的优点•空调的出水温度低、制冷效果好，降温速度快，蓄冷密度大，蓄冷温度几乎恒定。•冷水机组高效率运行，系统运行灵活，冷量一比一的配置对负荷变化的适应性很强。•总用电量负荷减少，降低了变压器配电量与配电设施费，电力增容费大幅减少。•相对湿度较低，提高空调品质，防止中央空调综合症。•冷冻水温度可降到1～4℃，可实现低温送风，节省水风输送系统的投资和能耗。•体积只有水蓄冷的几十分之一，便于储存，对蓄冷槽的要求低，占用的空间小，容易做成标准化、系列化的标准设备。•在主机出现故障或系统断电的情况下，冰蓄冷备用应急恒定冷源，空调可靠性提高。•自动化程度高，管理简单，空调自控系统与大楼的楼宇自控系统通过BA接口连接，可实现大楼空调系统的远程维护，网上监控，为业主解决后顾之忧。•空调系统智能化程度高，可根据外界温度的变化自动调整冷量输出，冷量的利用率高，节能效果明显。缺点•制冷机组的蒸发温度降低，使压缩机性能系数COP减小；•空调系统设备与管路比水蓄冷空调系统复杂；用冰蓄冷低温送风会导致空气中的水分凝结，出现送到空调区的空气量不足和空气倒灌现象。•对于现有常规空调系统改造为蓄冷空调的系统，若用冰蓄冷困难较大，因为制冷主机的工况变化太大，空调末端设备（风机盘管）也不适应，保温层厚度符合要求等。冰蓄冷系统的适用领域•办公楼、写字楼、宾馆、影院、商场、医院等使用大型中央空调的场所；•蔬菜冷藏库、水果冷藏库等冷链物流仓储设施；•区域供冷中心；•有节能降耗、冷却降温需求的啤酒生产企业；•有恒温作业环境和节能降耗需求的中大型企业生产车间，如电子元器件和设备厂商、药厂、化肥厂、纺织厂等；•有节能降耗和改善工作舒适度需求的经常拉闸限电区域的工矿企业；•有节能降耗和改善旅客舒适度需求的汽车站、火车站、机场候机楼、地铁站等。水蓄能和冰蓄能的比较蓄冷装置的蓄冷密度蓄冷系统制冷机的容量蓄冷装置的兼容性蓄冷系统的建设投资水蓄能与冰蓄能比较•（1）蓄冷系统制冷机的容量从冰蓄冷简介中知道：冰蓄冷制冷机组蓄冷工况下的制冷能力系数Cf为0.6～0.65（制冰温度为-6℃时），其制冷能力比制冷机组在空调工况低了0.4～0.