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暖通空调新技术吴晅能源与环境学院蓄能空调优缺点分析•优点•1)平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设•2)制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费•3)利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。•4)电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理优点•5)冷冻水温度可降到1－4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。•6)相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。•7)具有应急冷〔热〕源，空调可靠性提高。•8)冷（热）量全年一对一配置，能量利用率高。缺点•1)通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大•2)蓄能装置要占用一定的建筑空间。•3)制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低、电锅炉制热时效率有可能较热泵低。•4)设计与调试相对复杂。冰蓄冷的定义•“冰蓄冷空调”一词的英文为‘ICESTORAGE’，日文表示为“冰蓄热”，狭义的定义为“制冰蓄冷”的空调制冷系统。但在寒带国家除了需要夏季“蓄冷”外，大部分时间里还要“蓄热”，因此，广义的用语为“THERMAL（ENERGY）STORAGEAIRCONDITIONINGSYSTEM（缩写为TES）”，即“蓄能式空调系统”。发展背景•1977年前后，美国、加拿大和欧洲一些工业发达国家，夏季的电负荷增长惊人，下午的耗电量竞超过夜间耗电量的1.5倍，以致不得不增建发电站来满足高峰负荷，但一到夜间又闲置下来，而且夜间发电站处于很低的负荷效率下运转，资源浪费严重。发展背景•1980年，美国得州Dallas电力公司第一个实施“转移尖峰电力优待措施”。•开始时是以直接蒸发式管外结冰为基础的冰蓄冷空调系统，然后有其它形式的冰蓄冷设备和系统，实施的工程项目逐年增加。•1983年在美国能源部主持召开的第三次“蓄冰在制冷工程中的应用”专题研讨会上，首次提出了与冰蓄冷相结合的低温送风系统。1985年末，两座采用冰蓄冷与低温送风系统总建筑面积为46450m2的空调建筑在美国投入运行。进入90年代以来，低温送风系统的形式日趋多样，设计方法更加完善。发展背景•1952年东日会馆大楼是日本第一个采用水蓄冷的中央空调系统。60年代以后，水蓄冷中央空调系统在日本得到了大量应用。1996年，日本NHK广播中心建成9000m3水蓄冷槽空调系统。•80年代中期，人们发现冰蓄冷较水蓄冷有许多优点，因此，许多设备厂也参与冰蓄冷设备的生产，促进了冰蓄冷的迅速发展。发展背景•日本对蓄冷空调进行多方面的研究，如降低水的结冰冷度，不同增核剂对结冰的影响，制冷剂直接进入水中形式二元冰晶，过冷水过冷释放后冰的形成等等。而他们对冰蓄冷的研究则在全世界也是领先的。他们研究出了温度分层槽的R值模型，多个完全混合槽模型，多个温度分展槽模型，以及槽效率的理论预测方法等。•早在公元前一千年以前，我国劳动人民已采用天然冰进行食品冷藏和防暑降温。早在《诗经，幽风》中就曾记载“二日凿冰冲冲，三日纳于凌阴”的诗句；《左传》等书中也谈及冰房窖冰，总管藏冰，出冰的“凌人”，并有“鉴如缶，大口以盛冰，置食物于中，以御温气”的记载；《大暑赋》曾记载“积素冰于幽馆，气飞结而为霜”。它说明我国利用天然冰来制冷有着悠久的历史，一直延用至今。但是用天然冷源制冷受着季节性、地区性和贮存条件的限制，且又达不到0℃以下的低温。发展背景发展背景•我国是一个能源供应十分紧张的国家。一些大中城市空调用电量已占其高峰用电量的30％以上，使得电力系统峰谷荷差加大，有的电网峰谷差达40％多，造成机组频繁启停。不仅增加能耗，而且影响机组寿命。为此电力部门已明确提出到2000年电网移峰填谷达1000～1200万kW。与其相配套的优惠用电政策也相继出台，这给储能中央空调的广泛应用带来了契机。“移峰填谷”解决昼夜电力需求差解决常规空调大马拉小车的问题蓄冰储能的意义移峰填谷蓄冰储能的意义蓄冰储能的意义电力是无法储存的，随着经济的发展，昼夜电力的需求差别越来越大，火力发电机组启停一次损失巨大，核电和水电也因诸多原因无法参与调峰。火电发电机组启停调峰一次损失很大，一台12.5万千瓦发电机组启停调峰一次，需消耗20T标准煤；一台20万千瓦发电机组启停调峰一次，需消耗34.8T标准煤。蓄冰储能的意义夜间发电机组的发电效率高近10%。夜间产生1KW/h电量，消耗0.32kg标准煤，白天则需要0.35kg标准煤。蓄冰储能的意义蓄冰储能的意义深圳一栋普通办公楼的能耗分布，一般建筑空调的能耗占到总能的40%～60%蓄冰储能的意义常规空调方式的机组与负荷之间的关系是严重的大马拉小车，按照深圳年约2500供冷时间计算：全年只有5%，约130小时，制冷机组处于额定负荷下运行；70%，约1800小时的空调时间，空调主机是处于50%以下负荷的低效率工况运行空调冷（热）源简介•工业与民用建筑中，中央空调用冷热源常见的类型如表空调冷（热）负荷分析•综合分析一些已建成投运的建筑物，不难发现其空调冷热负荷有以下一些基本特点：•（1）空调年运行负荷率低，一般达到设计负荷50％以下的运行时间占全年运行时间的70%。空调冷（热）负荷分析•（2）空调日负荷曲线一般同电网用电负荷曲线同步。空调冷（热）负荷分析•（3）空调用电量高峰时达到城市总用电负荷的25％～30％，加大了电网的峰谷荷用电差,加强用电需求侧管理势在必行。•（4）蓄能空调技术能帮助电网有效实行移峰填谷。什么是冰蓄冷？就是利用廉价的夜间低谷电力制冰，将冷能用冰储存起来，白天用电高峰把冷能释放出来，满足空调制冷需要。冰蓄冷空调原理•蓄冷技术的分类蓄冷技术有很多具体的形式，美国制冷工业协会（ARI）1994年出版的《蓄冷设备热性能指南》将蓄冷设备广义地分为显热式蓄冷和潜热式蓄冷，见下表。蓄冷空调系统工作原理•蓄冷过程伴随：温度变化、物态变化、化学反应。•蓄冷空调系统：尽可能地利用非峰值电力，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储存于蓄冷介质中，一旦出现空调负荷，便释放出来，满足空调系统的需要。概念：1.蓄冷设备：用来储存水、冰或其它介质的设备，通常是一个空间或一个容器。2.蓄冷系统：包含了蓄冷设备、制冷设备、连接管路及控制系统。3.蓄冷空调系统：蓄冷系统与空调系统的总称。按照蓄冷进行的原理分类•在介质吸热或放热过程中，必然会引起介质的温度或物态发生变化。蓄冷就是利用工质状态变化过程中所具有的显热、潜热效应或化学反应中的反应热来进行冷量的储存。实现蓄冷的原理主要有显热蓄冷、浴热蓄冷和热化学蓄冷。按照蓄冷进行的原理分类•在介质吸热或放热过程中，必然会引起介质的温度或物态发生变化。蓄冷就是利用工质状态变化过程中所具有的显热、潜热效应或化学反应中的反应热来进行冷量的储存。实现蓄冷的原理主要有显热蓄冷、潜热蓄冷和热化学蓄冷。按照蓄冷持续时间进行分类•主要有昼夜蓄冷和季节性蓄冷两种类型。昼夜蓄冷是将电动制冷机组在夜间低谷期运行制取的冷量，以显热或浴热的形式格冷量储存起来并用于次日白天高峰期的冷量需求。季节性蓄冷是在冬季将形成的冷量(以冰或冷水的形式)储存在特定的容器或地下蓄水层中，在夏季再将其释放出来供应用户的冷负荷需求。按照用于蓄冷的介质进行分类•有水蓄冷、冰蓄冷、其它相变蓄冷材料蓄冷等。在季节性蓄冷中，多采用水或冰来进行。在昼夜蓄冷中，根据具体要求可以采用使用水作为蓄冷介质的显热蓄冷、或利用冰和共晶盐作为蓄冷介质的潜热蓄冷。各种蓄冷方式及其系统组成简介•水蓄冷(ChilledWaterThermalStorage)水蓄冷是利用价格低廉、使用方便的水作为蓄冷介质，利用显热进行冷量储存的。水蓄冷技术具有以下特点：(1)可以使用常规的冷水机组，也可以使用吸收式制冷机组，并使其在经济状态下运行。(2)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。(3)可以利用消防水池、原有的蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄冷容器来降低初投资。•(4)可以实现蓄热和蓄冷的双重用途。•(5)技术要求低，维修方便，无需特殊的技术培训。•(6)水蓄冷系统是一种较为经济的储存大量冷量的方式。蓄冷罐体积越大，单位蓄冷量的投资越低。当蓄冷量大于7000KW.H（602万大卡）或蓄冷容积大于760m3时，水蓄冷是最为经济的。水蓄冷技术适用于对现有常规制冷系统的扩容或改造，可以实现在不增加或少增加制冷机组容量的情况下，提高供冷能力。水蓄冷•为了提高蓄冷槽的蓄冷效果，防止负荷回来的热水与储存冷水间的混合，蓄冷槽的结构形式可以采用多种方法，如多蓄水罐方法(MultipleTank)、迷宫法(LabyrinthandBaffle)、隔膜法(MembraneorDiaphragm)、自然分层方法(NaturalStrati—fication)。在这些方法中，自然分层水蓄冷技术应用得较为普遍。水蓄冷•水的密度与其温度密切相关，在水温大于4℃时,温度升高密度减小,而在0~4℃范围内，温度升高密度增大，3.98℃时水的密度最大。自然分层蓄冷就是依靠密度大的水自然会聚集在蓄冷罐的下部,形成高密度水层的趋势进行的,在分层蓄冷中使温度为4~6℃的冷水聚集在蓄冷罐的下部,而10~18℃的热水自然地聚集在蓄冷罐的上部,来实现冷热水的自然分层。水蓄冷•自然分层水蓄冷罐的结构形式如图所示。水蓄冷•在蓄冷罐中设置了上下两个均匀分配水流散流器，为了实现自然分层的目的，要求在蓄冷和释冷过程中，热水始终是从上部散流器流入或流出，而冷水是从下部散流器流入或流出，应尽可能形成分层水的上下平移运动。水蓄冷•在自然分层水蓄冷罐蓄冷循环中,冷水机组送来的冷水由下部散流器进入蓄冷罐,而热水则从上部散流器流出,进入冷水机组降温。在释冷循环中，水流动方向相反，冷水由下部散流器送至负荷，而回流热水则从上部散流器进入蓄冷罐。1.水蓄冷：利用水的显热进行冷量储存。具体来讲，就是利用4℃~7℃的低温水进行蓄冷。(1)优点：投资省，技术要求低，维护费用少，可用常规制冷机组，且冬季可以用于蓄热。(2)缺点：水的蓄冷密度低，只能利用8℃温差，故系统占地面积大、冷损耗大、防水保温麻烦等。(3)空调水蓄冷系统的设计，应异于常规空调系统的设计，尽可能提高空调回水温度，减少蓄冷水槽的体积。a.温差为8℃时，蓄冷槽体积：0.118m3／kWh;b.温差为11℃时，蓄冷槽体积：0.086m3／kWh(4)适用于：a.现有常规制冷系统的扩容或改造，可不增加或少增加制冷机组容量，提高制冷能力。b.可利用消防水池、水箱作为蓄水容器，降低系统初投资，提高经济性。冰蓄冷•冰蓄冷就是将水制成冰的方式，利用冰的相变潜热进行冷量的储存。由于冰蓄冷除可以利用一定温差的水显热外，主要利用的是：335KJ/Kg的相变潜热。因此，与水蓄冷相比，储存同样多的冷量，冰蓄冷所需的体积将比水蓄冷所需的体积小得多。冰蓄冷•蓄冰槽内的水并不是全部都冻结成冰。为此，常使用制冰率(IPF)来表示蓄冰槽中冰所占的体积份额。这种特点促进了冰蓄冷槽与制冷机一体机化机组的发展。蓄冰系统的技术水平要求较高，它必须使用蒸发温度低的制冷机组，要求制冷剂的蒸发压力较低，所以压缩机能耗高；而且冰蓄冷系统的设计和控制比水蓄冷系统复杂得多。冰蓄冷•当空调系统采用蓄冰和低温送风相结合的形式后，由于输送冷水温度降低、送风温度降低，系统的管网和盘管、整个风道系统，以及水泵、冷却塔等辅机在材料、尺寸和容量方面，均要比水蓄冷和共晶盐蓄冷系统要小，可节约系统设备投资。在建设过程中，施工量和材料消耗量相对也要减少。同时，由于减少了管网和空气分配系统的体积，建筑物的可用空间会有所增加。在运行时，由于风扇和水泵设备容量的减少，其耗电量也要降低。•冰蓄冷•所以，在空调工程中，选用蓄冰和低温送风系统相结合的蓄冷供冷方式在初投资上是可以和常规制冷空调系统相竞争的；且在分时计费的电价结构下，其运行费用要比常规制冷空调系统低得多。蓄冰和低温送风系统相结合已成为建筑空调技术发展的一个方向。优点：•a.用冰蓄冷的