建筑环境能源工程第6章-蓄能技术的应用课件.ppt

1、6.16.26.36.46.56.62在工业生产和日常生活中，由于能量的产生和需求有时间上和数量上的不一致，为了有效利用能量，经常会设置一些蓄能装置。蓄能，又称为储能，是将不稳定的能量转化为在自然条件下比较稳定存在形态的过程，包括自然界和人为的转化方法。其中采取储存和释放能量的人为过程或技术手段，就称为蓄能技术。按蓄能形态来分，有储存石油、煤炭、天然气等本身就是一种含能体的能量储存方式；也有进行能源转换的蓄能方式，把要蓄存的能源转化为热能、机械能、电磁能和化学能等。6.1.1 6.1.1 热能蓄能热能蓄能热能是最普遍的能量形式。热能蓄能就是把某段时间内不需要的热量通过技术手段收集储存，等到需要

2、用时再提取。热能蓄能技术有显热蓄能、潜热蓄能和化学反应蓄能三种。36.1.1 6.1.1 热能蓄能热能蓄能6.1.1.1 6.1.1.1 显热蓄能显热蓄能（1）蒸汽蓄能 在热电厂，当外界负荷低时，将多余的中压蒸汽（4.8MPa左右）导入蓄热器蓄存。当外界需要负荷时，就将蓄热器中的蒸汽补充给汽轮机组发电，使得电厂锅炉和汽轮机都能以最佳参数运行，蓄热器起调峰机组的作用。（2）热水蓄能 用高压热水的形式把火电或核电机组在夜间低谷时产生的部分热量储存起来，白天高峰负荷时，利用二相流的热水透平设备和闪蒸蒸汽透平设备将储存的热水用来发电。46.1.1 6.1.1 热能蓄能热能蓄能6.1.1.2 6.1.1

3、.2 潜热蓄能潜热蓄能潜热蓄能是利用蓄热材料发生相变来实现的，因为通常是利用固体液体相变蓄能，因此熔化潜热大、熔点在适应范围内、冷却时结晶率大、化学稳定性好、热导率大等特点是好的蓄热材料的主要指标同时因为水的汽化潜热较大、温度适应范围较大、化学性质稳定、无毒、价廉等优点，使它成为应用最广泛的液体气体相变蓄热材料但由于水在汽化时有很大的体积变化，需要较大的蓄热容器。56.1.1 6.1.1 热能蓄能热能蓄能6.1.1.2 6.1.1.2 潜热蓄能潜热蓄能(1)(1)相变蓄热供暖相变蓄热供暖为了减少用电的峰谷差，在夜间充分利用廉价的电能加热相变材料，以潜热的形式把热能蓄存起来，在白天让相变材料把蓄

4、存的热能释放出来给房间供暖。相变蓄热供暖方式中应用最广泛的是电加热蓄热式地板供暖，其运行费用比无蓄热的电热供暖方式低。此外还有吸收太阳能辐射热的相变蓄热地板、利用楼板蓄热的吊顶空调系统以及相变蓄能墙等。普通散热器供暖主要依靠空气对流散热，各种蓄热供暖主要利用辐射加热，也有部分对流加热，舒适性高。66.1.1 6.1.1 热能蓄能热能蓄能6.1.1.2 6.1.1.2 潜热蓄能潜热蓄能(2)(2)蓄冷空调蓄冷空调空调系统是空调蓄冷技术研究的热点和方向。在夜间电网低谷时，也是一般空调系统负荷低谷时，这时开启制冷主机制冷并将冷量用蓄冷设备储存起来。在白天电网高峰用电时，也是一般空调系统负荷高峰时，释

5、放出储存的冷量来满足空调系统的需要。目前蓄冷空调主要有冰蓄冷和水蓄冷，以及共晶盐蓄冷和气体水合物蓄冷等陆续应用在实际工程中。空调相变蓄冷的优势主要是相变蓄冷材料的储能密度是同体积显热储能物质的5 14 倍，可根据空调系统特性选取适宜的相变温度，直接采用常规单工况制冷机蓄冷，获得较高的蒸发温度，提高系统效率。76.1.1 6.1.1 热能蓄能热能蓄能6.1.1.2 6.1.1.2 潜热蓄能潜热蓄能(2)(2)蓄冷空调蓄冷空调随着社会和经济发展以及人民生活水平的提高，能源消耗已成为制约人类发展的首要问题，其中电力紧张成为社会发展面临的首要问题，电力供应高峰不足而低谷过剩的矛盾日益突出，某些地区用电

6、峰谷差以每年10%的速度持续增长。为此有关部门实行了电力峰谷差价的政策，旨在“移峰填谷”。于是蓄冷空调应运而生，该技术被认为是平衡峰谷用电差距，缓解电力紧张的有效途径。开发和应用适于空调蓄冷的相变材料，优化相变蓄冷设备和运行工况，开发新型相变蓄冷空调系统是空调蓄冷技术研究的热点和方向。86.1.1 6.1.1 热能蓄能热能蓄能6.1.1.3 6.1.1.3 化学反应热蓄能化学反应热蓄能利用可逆化学反应通过热能与化学热的转换来蓄热就是化学反应蓄能，受热和受冷时发生可逆反应，分别对外吸热或放热，可以把热能蓄存起来。典型的化学蓄热体系有CaO-H2O、MgO-H2O、H2SO4-H2O等。利用无机盐

7、的水合脱水反应，结合水的蒸发、冷凝而构成的化学热泵称之为水合物系，适用于有效利用低温、中温的太阳能和工业余热。利用碱金属、碱土金属氢氧化物的脱水加水反应完成蓄热的氢氧化物系。此外还有金属氢化物的蓄热。可作为化学反应热蓄能的热分解反应很多。但需要满足一些条件才便于应用，例如反应可逆性好没有明显的附带反应、正逆反应快、满足热量输入输出的要求、反应生成物容易分离且能稳定储存、反应物和生成物都无毒无腐蚀不可燃等。96.1.2 6.1.2 机械能蓄能机械能蓄能把要储存的能源转化为机械能称之为机械能蓄能，目前开发应用的蓄存技术包括飞轮蓄能、抽水蓄能和压缩空气蓄能三种。（1 1）飞轮蓄能）飞轮蓄能飞轮蓄能是

8、将电能转化成可蓄存的动能或势能，当电网电量富裕时，通过电动机拖动飞轮加速以动能的形式蓄存电能，当电网需要电量，飞轮减速并拖动发电机发电释放电能。随着风力发电技术的成熟，风力发电机组+内燃机组+飞轮蓄能的组合装置承担着局部冲击负荷，并起调峰作用。106.1.2 6.1.2 机械能蓄能机械能蓄能（2 2）抽水蓄能）抽水蓄能抽水蓄能是利用电力系统负荷低谷时剩余的电量，将抽水蓄能机组作水泵工况运行，把下水库的水抽到上水库，蓄存于上水库中，把不好储存的电能转化成好储存的水的势能。当电网出现高峰负荷时，抽水蓄能机组作水轮机工况运行，把上水库的水用来水力发电，以满足调峰需要。抽水蓄能运行方式灵活，启动时间较

9、短，增减负荷速度快，运行成本低，但是初期投资较大，工期长，建设工程量大，远离负荷中心，需要额外的输变电设备，而且能量转换的效率只有6070%。116.1.2 6.1.2 机械能蓄能机械能蓄能（3 3）压缩空气蓄能压缩空气蓄能压缩空气蓄能也是利用电力系统负荷低谷时剩余的电量，由电动机带动空气压缩机将空气压入密闭的大容量储气室，把不好储存的电能转化成好储存的压缩空气的气压势能。当电网出现高峰负荷或发电量不足时，把压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧，导入燃气轮机作功发电，以满足调峰需要。压缩空气蓄能运行方式灵活，启动时间短，污染物排放量和运行成本都只有同容量燃气轮机的1/3，投资相对较少，但是远离

10、负荷中心，需要密闭大容量地下洞穴等一定的地质条件，能量转换的效率有6575%。126.1.3 6.1.3 电磁能蓄能电磁能蓄能把要储存的能源转化为电磁能称之为电磁能蓄能。目前开发应用的蓄存技术包括电容器蓄能、和超导电磁蓄能两种。（1 1）电容器蓄能）电容器蓄能电容器是储存电荷的“容器”，它储存的正负电荷等量地分布于两块中间隔以电介质的导体板上。和电池这些蓄能元件相比，电容器可以瞬时充放电，而且充放电电流基本不受限制，能为熔焊机、闪光灯等设备提供大功率的瞬时脉冲电流。136.1.3 6.1.3 电磁能蓄能电磁能蓄能（2 2）超导电磁蓄能）超导电磁蓄能超导电磁蓄能是把超导体材料制成超导螺旋管，通过

11、功率调节器，将电力系统负荷低谷时剩余的电量转化成直流电，以磁场形式储存在超导螺旋管中。当电网出现高峰负荷或发电量不足时，通过功率调节器的逆向输送，把储存在超导螺旋管中的磁场能转换成交流电，来补充电网电力。超导电磁蓄能不经过其他形式的能量转换，反应速度快，可长期无损耗的蓄存能量，能量转换效率高达9295%，同时单位蓄能量的成本低，操作维护方便，占地面积小，不受地形限制。但是初期投资大，冷却技术比较复杂，强磁场对环境可能产生影响。146.1.4 6.1.4 化学能蓄能化学能蓄能把要储存的能源转化为化学能称之为化学能蓄能，目前开发应用的蓄存技术主要是化学燃料蓄能和电化学蓄能两种。（1 1）化学燃料蓄

12、能化学燃料蓄能煤、石油、天然气等化学燃料以及由他们加工获得的各种燃料油和煤气等，本身就是一种含能体，将这些含能体储存起来也可以实现能量蓄存的目的。譬如汽车的油箱，飞机和飞行器的燃料储存箱，燃煤电厂的堆煤场，天然气储气罐等，都是化学燃料蓄能。156.1.4 6.1.4 化学能蓄能化学能蓄能（2 2）电化学蓄能）电化学蓄能电池就是一个电化学系统，一般分为三种：原电池、蓄电池和燃料电池。电池工作时，化学能转化为电能。原电池经过连续放电或间歇放电后，不能用充电的方法将两极的活性物质恢复到初始状态，反应不可逆。蓄电池放电时通过化学反应产生电能，充电时将电能以化学能的形式重新蓄存起来，使体系恢复到原来状态

13、，实现了电池两极的可逆充放电反应。燃料电池又称为连续电池，是一种新型发电技术，相当于一个进行电化学反应的反应器。正负极本身不包含活性物质，活性物质被连续注入电池，电池就源源不断地产生电能。目前应用较广的燃料电池是质子交换膜电池，其核心是三合一电极，由两块涂有催化剂的电极和夹在中间的质子交换膜压合而成。燃料电池的转化效率比较高，是一种有效的蓄能手段。在热电联供情况下，可根据需要进行串联、并联，负荷几秒钟内从最低可升至最高，污染物排放很少，燃料总利用率可达80%。166.2.16.2.1蓄能空调原理和介质蓄能空调原理和介质蓄能空调就是蓄冷、蓄热空调，即把电网负荷低谷时段的电力用于制冷或制热，将水等

14、蓄能介质制成冰或者热水，达到储存冷量或热量的目的，在电网负荷高峰时段就将冷量或热量释放出来，作为空气的冷热源。蓄能空调系统的特点是转移设备的运行时间，充分利用夜间的廉价电，减少白天的峰值用电，实现电力移峰填谷的目的。液、金属、石块等都可以作为蓄能介质，但理想的蓄能介质应该满足工作性能、经济性、安全性等方面的要求。具有较大的热容量、较高的潜热、合适的相变温度、良好的导热性能、化学性能稳定、无毒无腐蚀、不污染环境、使用寿命长、价格便宜等特点，符合要求的常用蓄能介质为水、冰、及部分相变材料。176.2.2 6.2.2 蓄能空调的国内外发展状况蓄能空调的国内外发展状况用人工制冷的蓄冷空调大约出现在20

15、世纪30年代，最初主要用于影剧院、乳品加工厂等。后来由于蓄冷装置成本大，以及多耗电的不利因素比较突出，此项技术的发展停滞了一段时间。20世纪70年代，由于全球性能源危机，加之美国、加拿大和欧洲一些工业发达国家夏季的电负荷增长和峰谷差拉大的速度惊人，以至不断增建发电站来满足高峰负荷，到夜里，发电机组又闲置下来，而且夜间发电站是在很低的负荷下低效率运转。于是，蓄能技术的研究又迅猛发展起来，并派生出水蓄能、冰蓄能、化合物蓄能等技术手段。186.2.2 6.2.2 蓄能空调的国内外发展状况蓄能空调的国内外发展状况冰蓄冷技术研究较多，并试验性的引入到集中空调系统。20世纪80年代，美国能源部主持召开“冰

16、蓄冷在制冷工程中的应用”专题研讨会，首次提出与冰蓄冷相结合的低温送风系统，此后，冰蓄冷空调的使用不断增多。到20世纪90年代，美国有40多家电力公司制定了分时计费电价，从事蓄冷系统及冰蓄冷专用制冷机开发的公司也多达10家。1994年底前，美国约有4000多个蓄冷空调系统用于不同的建筑物。美国BAC公司在芝加哥的最大盘管式冰蓄冷空调系统，最大蓄冷量近46万kWh。近年来，Calmac蓄冰筒、FAFCO蓄冰槽等设备日趋完善，BAC外融冰蓄冰槽向内融冰蓄冰槽方向发展，MaximICE推出动态蓄冰系统等推动了美国冰蓄冷空调技术的发展和应用。196.2.2 6.2.2 蓄能空调的国内外发展状况蓄能空调的

17、国内外发展状况日本由于战败引起的经济衰退，20世纪90年代以前，主要是发展初投资较低的水蓄能系统，后来才转向发展冰蓄冷系统。1998年底前，日本大约有9400个蓄冷空调系统在运行。到2002年已建成一万多套蓄冷空调系统，其中集中式冰蓄冷2039项，分散式冰蓄冷14813项，电网低谷约有45%被应用。截至2004年，日本小型冰蓄冷空调机组达到6万多台，总容量超过8000MW h，而且一般都具有蓄热功能，其蓄热量主要用于热泵除霜，也有部分机组利用晚上低谷电蓄热，直接用于白天供暖。日本横滨市最大的冰球式冰蓄冷空调系统最大蓄冷量近39万kWh。206.2.2 6.2.2 蓄能空调的国内外发展状况蓄能空

18、调的国内外发展状况20世纪70年代初就有学者将水蓄冷空调技术引入到我国，但行业内只是展开理论和技术的研讨。直到20世纪80年代末90年代初，随着改革开放的不断发展，集中空调和居民空调的耗电量占整个城市用电的比例不断上升，电力供应高峰不足而低谷过剩的矛盾相当突出，才开始实际工程应用。1994年10月及1995年4月召开的全国节电、计划用电会议上，提出在2000年前全国电网要实现将10001200万Kw高峰电负荷转移至后半夜的目标，“蓄冷空调”成为电力部门和空调制冷界共同关注的重点。216.2.2 6.2.2 蓄能空调的国内外发展状况蓄能空调的国内外发展状况为了大力推进蓄冷空调的应用，国家计委、电

19、力工业部等部门实行电力供应峰谷不同电价的政策，来推动削峰填谷的策略，以此缓解电力建设与新增用电的矛盾。例如北京市峰谷电价为：高峰0.85元，平段0.514元，低谷0.20元；天津市峰谷电价为：高峰0.792元，平段0.475元，低谷0.18元。杭州市、烟台市等给冰蓄冷用户许多优惠措施，在上海、天津、武汉等地建立冰蓄冷空调示范工程。早期的蓄冷空调系统有深圳电子科技大厦和北京日报社综合办公楼，以后建成和投入运行的冰蓄冷项目越来越多，研制和生产蓄冷设备的厂家也比较多。226.2.36.2.3蓄能空调优缺点及适用范围蓄能空调优缺点及适用范围所谓蓄冷、蓄热空调，就是将电网负荷低谷时段的电力用于制冷和制热

20、，利用水或优态盐等介质的显热和潜热，将制得的冷量和热量储存起来，在电网负荷高峰段时再将冷、热量释放出来，作为空调的冷热源。近年来空气调节系统是用电大户，也是造成电网峰谷负荷差的主要原因之一。蓄冷和蓄热的空调系统是解决这一矛盾的主要方法，使空调系统原来高峰期8个小时或12小时的运行改为24小时全日蓄能和放能的运行，使制冷机组的装机容量、供电设备的容量减少3050%，如果实行峰谷电价差，可节省大量的运行费用。蓄能空调技术的种类很多，其中以冰蓄冷技术的利用比较成熟。冰蓄冷是利用冰的相变潜热来储存冷量，因为相变温度0是比较低的，而且蓄冰时存在比较大（46）的过冷度，因此其制冷主机的蒸发温度必须低至-8

21、-10，这样就降低了制冷机组的效率。而且空调工况和蓄冰工况需要配置双工况制冷主机，增加了系统的复杂性236.2.36.2.3蓄能空调优缺点及适用范围蓄能空调优缺点及适用范围该系统的其他缺点该系统的其他缺点 蓄能空调的一次性投资比常规空调大；蓄能装置通常需要占用额外的建筑空间；蓄能空调的设计与调试相对复杂，必须为用户提供专业的工程设计、制造、安装、调试、售后服务等；蓄能空调产品设计、评定、运行、操作、验收标准等有待进一步规范。246.2.36.2.3蓄能空调优缺点及适用范围蓄能空调优缺点及适用范围该系统的其他优点该系统的其他优点平衡电网峰谷负荷，减缓电厂和输变电设施的建设制冷主机容量减少，减少空

22、调系统电力增容费和供配电设施费利用电网峰谷负荷电力差价，降低空调运行费用冷冻水温度可降低到14，可实现大温差、低温送风、节省水、风输送系统的投资和能耗相对湿度较低，空调品质提高，可 防止中央空调综合症具有应急冷源，空调可靠性提高256.2.36.2.3蓄能空调优缺点及适用范围蓄能空调优缺点及适用范围特点小结特点小结蓄能空调能够利用电价的峰谷差，通过节省电费来回收系统初投资，随着更加优惠的电力政策出台，蓄能空调投资回收期限将进一步缩短，这是其他空调系统无法比拟的。当地的电价政策是决定是否采用蓄冷空调的关键，电价由电力报装费、峰谷电价和基本电价三部分构成，其中的电力报装费影响初投资，峰谷电价和基本

23、电价影响运行费用。前两部分是影响蓄冷空调经济性的重要因素。另外，通过设置与冰蓄冷相结合的低温、超低温送风空调系统大大降低能耗，采用小型化风机、缩小风管尺寸等都可以在一定程度上弥补设置蓄冰系统增加的初投资，从而整体上提高冰蓄冷空调的竞争能力。目前，我国已建成并投入运行的蓄冰系统有164 个，总蓄冰量达到 2477302kWh，相当于每天转移高峰时段用电 869200kWh，产生了巨大的经济效益，这还未计算建设电厂占用土地、电厂管理以及对环境的污染。26冰蓄冷空调系统的种类和制冰形式有很多种。从蓄冷系统所用的冷媒来分有直接蒸发式和间接冷媒式。直接蒸发式制冰空调系统是指制冷系统的蒸发器直接用来做制冰

24、元件，以蓄冷槽代替蒸发器，蓄冰过程中，制冷剂与冷冻水只发生一次热交换。间接冷媒式是利用制冷系统的蒸发器冷却载冷剂，再用载冷剂来制冰，需要两次换热才能实现蓄冰过程。按制冷主机和蓄冰装置所组成的循环流程分为并联和串联系统。按蓄冰的形式不同，可分为静态蓄冰和动态蓄冰。静态蓄冰是指蓄冰设备和制冰部件为一体结构，冰的制备和融化在同一位置进行。动态蓄冰是指制冰机和蓄冷槽相对独立，冰的制备和储存不在同一位置。取冷过程有外融冰方式和内融冰方式两种。276.3.1 6.3.1 冰盘管式冰盘管式此蓄冷系统属于直接蒸发式，其制冷系统的蒸发器直接放在蓄冷槽内，如图6-1。蓄冷过程中，低温制冷剂（-5以下）或载冷剂在盘

25、管内循环，吸收蓄冷槽中水的热量，冰层结在蒸发器盘管的外表面，随着蓄冷时间的推移，冰层越来越厚。因为冰的热阻较大，所以冰层厚度应控制在36mm以内，否则制冷机的蒸发温度会降低，耗电量增加。286.3.1 6.3.1 冰盘管式冰盘管式融冰过程中温度较高的空调冷冻水回水与冰直接接触，冰由外向内融化，也称外融冰系统，可以在较短时间内产生大量的低温冷冻水。由于释冷速度快，适用于工业制冷和低温送风空调系统。如图6-2是外融冰方式示意图，温度较高的空调系统回水直接送入盘管表面结有冰层的蓄冷槽，盘管表面的冰层由外向内逐渐融化。空调回水与冰层直接接触，换热效果好，取冷快，空调回水温度可以降低到1左右，这样空调供

26、低温水直接来自蓄冷槽也不需要二次换热装置。由于盘管外表面冻结的冰层不太均匀，容易形成水流死角，需要搅拌措施；另外蓄冷槽内应保持50以上的水，否则无法抽取低温水使用并进行融冰。因此最好使用厚度控制器和搅拌措施或增加盘管中心距，以避免“冰桥”发生，但蓄冷槽容积必须较大。296.3.2 6.3.2 完全冻结式完全冻结式将冷水机组出来的载冷剂（也叫二次制冷剂，一般为低温乙二醇溶液，平均温度在64）送入蓄冰槽中的塑料管或金属管内，使管外的水结冰。蓄水槽可以将90以上的水冻结成冰。融冰时，从空调负荷端（或二次换热装置）流回的温度较高的乙二醇水溶液进入蓄冰槽，仍在塑料或金属管内流动循环，通过盘管表面将热量传

27、递给管外的冰层，使盘管外表面的冰层自内向外逐渐融化进行取冷。306.3.2 6.3.2 完全冻结式完全冻结式结冰和融冰过程见图6-3和6-4。对于冰块来说，是从内部融冰，所以称为内融冰式。盘管与冰接触以外的部分，热量传递主要通过盘管外水的对流来实现，由于上冷下热的效果，盘管水平中心线以上部分的水对流传热效果好。另外由于水的热导率仅为冰的25%左右，融冰换热热阻较大，影响取冷速率，目前采用细管和薄冰层蓄冰来解决这个问题。同时，内融冰系统为闭式流程，对系统的防腐及静压问题的处理较为简便、经济。316.3.3 6.3.3 冰球式冰球式封装式蓄冷设备是将蓄冷材料封装在球形或板状小容器内，并把许多小容器

28、密集地放置在密封罐或开式槽体内。这种小蓄冷容器有冰球、冰板和芯心冰球三种形式。其中冰球式蓄冷装置内，一般蓄冰球外壳用高密度聚合烯烃材料制成，内部装填水和冰成核剂作为蓄冷介质，形状及大小视不同的厂家而异。法国Cristopia公司用于空调蓄冷的C.OO型号冰球，外径有96mm和77mm等。美国Cryogel公司的冰球直径为100mm，其表面有多处凹涡，可以使用自然堆垒方式安装于密闭压力钢槽内，当冰球结冰体积膨胀时凹处外凸成平滑圆球。乙二醇水溶液在球与球之间流动，球内的水结冰。为了防止乙二醇水溶液从自由水面或无球空间旁通过，安装时冰球成包装排列填满在整个蓄冷槽内，可以使每个冰球四周形成环流，热交换

29、均衡。326.3.3 6.3.3 冰球式冰球式冰球的结冰过程和融冰过程见图6-5和6-6。蓄冷槽有卧式和立式两种，为了使所有的溶液均匀地掠过槽内部的冰球，使溶液在蓄冷槽内均匀流动。为了提高换热效率，蓄冷槽内设置必要的导流挡板，避免流动短路现象。立式蓄冷槽内，当冰球浮在槽体顶部时，溶液几乎是自动地均匀流过，效果更好。只要乙二醇水溶液流场分布均匀，释冷效果是较好的336.3.4 6.3.4 制冰滑落式制冰滑落式上述三种蓄冷设备的蓄冰层或冰球都是一次冻结完成，属于静态制冰。蓄冰冰层冻结得越厚，制冷机的蒸发温度越低，性能系数也越低。如果能控制冰层的厚度，每次仅冻结薄层片冰，并且能反复快速制冷，则可以提

30、高制冷机的蒸发温度23，从而提高制冷机容量和效率等性能系数。制冰滑落式正是在这个基础上开发出来的。该系统基本是以垂直板片式制冰机作为制冷设备，板式蒸发器表面上不断冻结薄片，以保温的槽体作为蓄冷设备保存不断滑落的冰片。346.3.4 6.3.4 制冰滑落式制冰滑落式如图6-7所示为制冰滑落式蓄冷空调系统流程图，1-2-3-4-5为制冷剂流程给蒸发器4进行吸热制冷。低温水经过6输送到热交换器8与空调用户回水换热后升温经过阀门9重新喷淋到蒸发器表面，部分结冰部分落入蓄冷槽。除冰的方法一般采用制冷剂热气除霜原理，使冰层从蒸发器表面脱落依靠重力落入下部放置的蓄冷槽。“结冰”和“取冰”可以反复进行，如图6

31、-8。356.3.4 6.3.4 制冰滑落式制冰滑落式其制冰过程为：在循环水泵的作用下通过分水集管，制冰原料水从水箱中循环至制冰蒸发板模块上部的分水盘（也称布水器），通过分水盘的均匀分配，循环水沿蒸发板表面呈膜状均匀流下，制冷剂在蒸发板内吸热蒸发，部分水凝结成冰附着在蒸发板的表面，并不断增厚，另一部分水落到蓄冰槽内，由循环水泵吸入，进入蒸发板模块上部的分水盘，从而完成整个制冰过程。其脱冰过程为：根据制冰时间，控制蒸发板表面的冰层厚度为612mm（可根据需要现场调整制冰时间），当制冰时间达到预设定值时，某一组蒸发板模块的高温制冷剂进气电磁阀打开，供液电磁阀关闭，部分热的制冷剂气体进入蒸发板内使蒸

32、发板温度升高，与蒸发板表面接触的冰由于受热微融失去附着力，冰层与蒸发板脱离，依靠重力落到滑冰板内，破碎成小冰片，经螺旋送冰装置送出。当某一组蒸发板表面冰完全脱落后，与蒸发板配套的高温制冷剂进气电磁阀关闭，重新进入制冰状态，同时另一组蒸发板的制冷剂进气电磁阀打开，进入脱冰过程，依次循环，直到所有蒸发板模块的冰脱落。当某一组蒸发板模块进入脱冰过程时，其它组蒸发板模块仍处于制冰状态，循环反复进行。366.3.4 6.3.4 制冰滑落式制冰滑落式制冰滑落式的设备剖面图如图6-9。由于片状的冰具有很大的表面积，热交换性能好，有较高的释冷速度，通常情况下，蓄冷槽内即使有80%90%的冰被融化，仍能保持释冷

33、温度不高于2。但由于蓄冷槽本身有适当的深度，而且冰比水轻使得部分冰块漂浮在水面，故容易造成不均匀的冰块堆叠分布，降低了蓄冷槽的有效蓄冰容积。解决的办法就是在制冰主机的落冰处加装螺杆输送机构，借助螺杆机构的引导使落冰分配到蓄冷槽的各个角落，提高蓄冷槽的空间利用率。376.3.5 6.3.5 优态盐式优态盐式优态盐也称为共晶盐，是一种无机盐，由硫酸钠加水和添加剂调配而成，充注在高密度聚乙烯容器内，是目前除了冰以外采用的主要相变蓄冷材料。由于冰蓄冷空调首先使水结成冰，制冷机的蒸发温度非常低，使得目前只有三级离心式和螺杆式冷水机组才能应用，同时一般情况下还需增加板式换热器，这些情况给活塞式空调系统的改

34、造带来较大的困难。优态盐式的蓄冷空调技术理论上可以在任何温度下进行相变，相变温度高于0，正是克服了冰蓄冷蒸发温度低这个缺点，适合与任何冷水机组配合使用，冷冻水也不需要添加防冻液。美国Transphase公司共晶盐蓄冷的相变温度为5或8.3；我国台佳公司的高温相变共晶盐蓄冷系统的相变温度为8。386.3.5 6.3.5 优态盐式优态盐式优态盐无论蓄冷放热还是释冷吸热，都是通过容器壁和水进行热交换的，所以要求容器壁有非常好的传热性能和足够大的表面积，以保证优态盐蓄冷系统的正常蓄冷和放冷。另外，通常优态盐在过饱和状态溶解时，一部分无机盐会沉淀在容器底部，使部分液体浮在容器的上部，形成“层化现象”。如

35、果优态盐的层化现象没有得到控制，在经过最初的几千次反复冻结与溶解后，蓄冷容量仅剩下60%左右，会损失40%左右的溶解热，大大降低蓄冷设备的蓄冷能力。影响层化的因素很多，包括优态盐种类、核化方法、封装容器的厚度等。美国Transphase公司采用浓化方法与设计独特的优态盐容器，完全防止了层化现象。但在实际应用中优态盐的可靠性、稳定性、经济性、耐久性等还是面临着挑战。396.3.6 6.3.6 冰晶式或冰泥式冰晶式或冰泥式 冰晶式蓄冷也属于动态制冰，通过冰晶制冷机将浓度较低的乙二醇溶液冷却到0以下，并将此状态的过冷水溶液送入蓄冷槽，溶液中就会分解出0的冰晶。若过冷温度为-2，则会产生2.5%的直径

36、100微米的冰晶。由于单颗粒冰晶非常细小，且冰晶是比较均匀地混合在乙二醇水溶液中，所以其在蓄冷槽分布就十分均匀，不会象其他冰蓄冷系统一样容易在冰桶或冰槽内产生冰桥和死角，蓄冷槽的蓄冰率约50%，结晶化的溶液可以直接用泵输送。由于生成的冰晶直径小而且均匀，因此总的换热面积大，制冰和融冰速度快且稳定。406.3.6 6.3.6 冰晶式或冰泥式冰晶式或冰泥式其系统流程图如下。如图6-10（a），当制作冰晶时，被蒸发器冷却到冻结点温度以下的低浓度的乙二醇水溶液产生细小的冰晶从蒸发器4蓄冰晶槽5蓄冰泵6循环回到蒸发器4，实现制冰，直径100微米的冰晶与乙二醇水溶液一起形成了泥浆状，所以也叫冰泥，储存在蓄

37、冰晶槽5。如图6-10（b），当有空调冷负荷要求融冰时，乙二醇水溶液从蓄冰晶槽5融冰泵8换热器7蓄冰晶槽5。416.3.6 6.3.6 冰晶式或冰泥式冰晶式或冰泥式冰晶式空调蓄冷系统的最大缺点是制冰机需要特殊设计和制造，费用大。同时，制冷能力和蓄冷能力偏小，目前还不适用于大型空调系统。在以上介绍的六种方式里，冰盘管式和冰球式两项技术都很成熟，我国蓄冷空调工程中应用较多。冰盘管系统中，释冷性能较稳定，但由于盘管很长，决不能出现渗漏。冰球系统中，冰球生产方便，在槽内随意堆放就可以，但释冷特性没有盘管稳定。例如1993年投入运行的深圳电子科技大厦，建筑面积6.3万平米，连地下室共38层，采用法国西雅

38、特冰球，削峰能力为47%，16层以下乙二醇水溶液直接送到空气处理设备，其他通过板式热交换器转为冷冻水。象1997年投入运行的上海锦都大厦，采用的是浙江华源冰球。1999年竣工的中国国际贸易中心二期冰蓄冷工程中中采用3台内融冰板式换热器。426.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统转移多少高峰负荷，储存多少冷量与其采用的运行模式是分不开的。需要考虑建筑物空调负荷的分布、电力负荷分布、电费的计价结构、各种设备的容量及储存空间等等。建筑物冷负荷的最大值一般出现在14001800的某个时刻，而其常规空调系统的设备选择都是按最不利情况来选型的。我国定义的高峰用电时段

39、是上午8001100及晚上18002100这段时间，所以除河南、湖南等几个省外，绝大部分地区的空调冷负荷最大值时段都不是用电高峰，因此冰蓄冷空调系统有多种运行模式。根据当地电费结构及其他优惠政策，有明显优势时可以只选择一种运行模式，否则应选择几种不同的运行模式来进行经济比较。436.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式（1 1）全部蓄冷）全部蓄冷其蓄冷时间和空调时间完全错开，夜间非用电高峰期间启动制冷机进行蓄冷，当蓄冷量达到空调所需的全部冷量时，制冷机停机。白天空调期间制冷机不运行，依靠蓄冷系统融冰供冷。这种运行模式中蓄冷设备要承担空调系统全部的冷负荷，使得蓄冷设备的容

40、量较大。（2 2）部分蓄冷部分蓄冷为了减少制冷机组的装机容量，蓄冷量为峰值的3060%，制冷机利用夜间电力低谷时段蓄冷，储存部分冷量，白天空调期间先释冷，当冷量不足时再启动制冷机组运行。一般来说 部分蓄冷比全部蓄冷制冷机利用率高，蓄冷设备容量小，是更为经济有效的负荷管理模式，应用较为广泛。446.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式（3 3）分时蓄冷）分时蓄冷由于电费分时计价，一天中会有某些时段内电价最高，因此可以充分利用夜间低谷电或电费低谷期来制冰蓄冷，而在电力高峰时段不开制冷机全部靠释冷满足要求。（4 4）空调淡季释冷）空调淡季释冷按空调旺季设计的冰蓄冷系统，在空调

41、淡季可以容易地部分或全部由蓄冷装置中的冰融化供给，以更加节省运行费用。（5 5）应急释冷）应急释冷也称为应急冷源，当主要制冷系统出现问题时，蓄冷系统起到替代的作用。低谷或平时段蓄冷，根据临时需要释冷。456.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式具体的冰蓄冷空调系统运行策略和工作模式类型有多种，选择时，要根据建筑物本身负荷的实际特点，经过技术经济分析后，才能做出合适的选择。下边根据不冻液的循环运行模式来介绍，在不冻液循环中，按制冷机组和蓄冷装置的相对位置不一样，分为并联连接和串联连接两种。并联连接就是冷水机组设备和蓄冰槽等蓄冰设备并联，兼顾压缩机与蓄冷槽的容量和效率。但是

42、这种连接方式使冷媒水的流量和出水温度控制变得复杂，难以保持恒定。尤其当主机产生的冷媒水温度较高，而蓄冷槽产生的冷媒水温度低时，两股冷媒水的混合消耗了蓄冰的低温能量。因此实际中较少使用。一般都采用串联流程。466.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式如图6-11就是串联蓄冷，当启动蓄冷模式时，阀门V2、V4、V5、V6 和水泵P2全部关闭，而阀门V3打开。当制冷机出液温度和回液温度都达到同一设定温度（如-6.5）后，制冷机减载停机，蓄冷过程结束。476.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式液在板式换热器进出口温差在812或更大时采用。关闭阀门V3、

43、V5，其他阀门都打开，从板式换热器来的温度稍高的不冻液首先进入蓄冰桶，温度降低后再进入制冷机进一步降温。这种模式释冷速度高，不仅使蓄冷装置的蓄冷容量得到充分的发挥，而且进入制冷机的不冻液温度不致太低，这样制冷机的效率也不会太低。这种方式适合于工艺制冷和低温空调系统。486.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式图6-13显示的是串联释冷制冷机优先供冷的运行模式，关闭阀门V2、V4、V6，其他阀门都打开，从板式换热器来的温度稍高的不冻液首先进入制冷机的蒸发器，温度降低后如果冷量还不够再进入蓄冰桶进一步融化冰降温。这种模式虽然进入制冷机的不冻液温度较高，制冷机的效率较高，但是

44、蓄冷装置的释冷速度较低，蓄冷容量得不到充分的发挥，常用于舒适性空调系统。496.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式图6-14显示的是单蓄冷的运行模式。水泵P2、P3全部关闭，三通阀门V2将通向用户的2和3通路关闭，阀门V1打开，制冷机在制冰工况下运行，乙二醇水溶液在制冷机、蓄冰桶和水泵P1构成的环路中循环，直到蓄冰桶中的冰量达到要求或电力低谷时段结束为止。充分利用低谷电制冷蓄冷。506.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式图6-15显示的是蓄冷和供冷同时进行的运行模式。一般用于办公楼空调系统，上午开始上班时空调负荷比较低，一般也处于电力平段时间

45、，这时制冷机一边向蓄冰桶供冷，继续蓄冷，一边向空调用户供冷。水泵P2、P3全部打开，三通阀门V2根据温度要求调节来自板式换热器的不冻液流量和来自制冷机的不冻液流量，阀门V1也打开。经过制冷机降温的的不冻液一部分经三通阀门V2供给空调用户，一部分经蓄冰桶与从板式换热器来的温度高一些的不冻液混合后经水泵P1进入制冷机。516.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式图6-17显示的是单释冷的运行模式。一般出现在用电高峰期间，水泵P2、P3全部打开，水泵P1、阀门V1、制冷机全部关闭，仅用蓄冰桶供冷。乙二醇水溶液在蓄冰桶和水泵P2、板式换热器构成的环路中循环，通过三通阀门V2的调

46、节，可以使用户的冷冻水水温保持要求，起到非常理想的移峰填谷作用。充分利用低谷电制冷蓄冷，尽量减少电力高峰时段的用电，这是蓄冷空调最突出的优点。526.4.16.4.1冰蓄冷空调系统运行模式冰蓄冷空调系统运行模式对于冰蓄冷空调，具体采用哪种运行模式，必须计算出设计日逐时冷负荷，并画出冷负荷曲线图，以便确定蓄冷量和选择冷水机组大小。为了使设计人员快捷、方便、准确标出设计日逐时冷负荷，科研人员通过大量科学的统计数据，提出了系数法和平均法的近似估算法以及动态计算法。目前，国内冰蓄冷空调系统大多是部分蓄冷，与常规空调中的冷水机组同时合用，增加20%30%的投资费用，如果没有电力部门或政府部门的优惠电力政

47、策，仅靠电价差来补偿，回收年限是比较长的，这样会限制冰蓄冷空调系统的推广应用。国外冰蓄冷空调系统一般采用区域性供冷，广泛用于低温送风，使其初投资明显下降，基本和常规空调系统初投资持平。536.4.2 6.4.2 冷水机组冷水机组冷水机组是在制造厂内将制冷系统的全部或部分设备组装成一个整体，结构紧凑，机组工作效率高。通常的冷水机组，其制冷能力随蒸发温度的降低而减少，随冷凝温度的降低而提高。选择蓄冷空调用冷水机组，首先应考虑冷水机组的蒸发温度适应蓄冷温度的要求，其次要使冷水机组的容量和调节范围满足负荷需求。对水蓄冷系统和优态盐式蓄冷系统，一般可选常规冷水机组，载冷剂为水。而冰蓄冷空调系统一般要求制

48、冷剂的蒸发温度较低，所以对冰蓄冷空调系统，需采用双工况运行的制冷机组。一般机组在制冰工况下的容量仅为标定容量的60%80%。546.4.2 6.4.2 冷水机组冷水机组常用的蓄冷空调主机形式和主要性能指标见表6-1。其中空调工况按冷却水进出口温度为32/37，冷冻水进出口温度为12/7来计算的；蓄冷工况是质量分数为25%的乙二醇水溶液，进、出口温度为-2/-6来计算的，冷却水进出口温度为30/35。556.4.2 6.4.2 冷水机组冷水机组从表6-1中两种工况下的性能参数对比，为了最大限度地提高在蓄冷工况下的制冷量，同时又使制冷机组易于从空调工况向蓄冷工况转化。目前，制冷机组大多采用三级离心

49、式、螺杆式及涡旋式。单级、双级离心式制冷机变工况能力差，不适宜于蓄冰工况，三级离心式制冷机能适应空调及蓄冰工况的要求，性能系数也最高。三级压缩离心式冷水机组一般包括：全封闭三级压缩机和电动机组合、蒸发器、冷凝强、两级中间节能器、微处理机的控制柜、启动柜、制冷剂和润滑系统等。566.4.2 6.4.2 冷水机组冷水机组如图6-18所示。图6-19为一种高级不锈钢蒸发板组，其表面上不断冻结薄片冰，并滑落到蓄冷槽内进行蓄冷。选择冷水机组之前，按照建筑物空调冷负荷的计算方法算出逐时冷负荷，并画出冷负荷曲线图。因为使用冰蓄冷空调技术的主要目的是避开高峰用电，多用夜间低估电，起到削峰填谷的作用，所以空调冷

50、负荷高峰部分由融冰释冷来提供。为了最大限度地利用削峰填谷并减少制冷机组的装机容量，降低初投资，必须根据冷负荷曲线图确定运行模式进而确定出最佳的蓄冷量和制冷机容量。576.4.3 6.4.3 蓄冷槽蓄冷槽冰蓄冷空调系统中的蓄冷设备有储冰罐、蓄冰槽等，它们和盘管换热器等功能部件可以组成各种标准型号的蓄冷装置，也可以根据具体条件因地制宜制成适合建筑物的非标准的蓄冷装置。蓄冷装置可设置在室内或室外，也可放置在屋顶或埋在地下、半地下，甚至必要时可设置在安装支架上。图6-20是配有顶部喷管的储冰罐，图6-21是某绝热蓄冰槽外形图。58冰蓄冷是利用水的潜热和显热来蓄冷，而水蓄冷仅仅是利用水的显热进行蓄冷。一