蓄能技術(shù)培訓(xùn)技巧講義

1、12目錄背景蓄能系統(tǒng)的分類典型的蓄能廠家與產(chǎn)品蓄能系統(tǒng)的設(shè)計計算蓄能系統(tǒng)的運行控制蓄能系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)的比較蓄能系統(tǒng)的應(yīng)用場合我公司在蓄能方面特點31. 背景n我國電力狀況我國電力狀況n裝機容量世界第二位；人均用電量較少裝機容量世界第二位；人均用電量較少n電網(wǎng)峰谷差很大電網(wǎng)峰谷差很大n空調(diào)耗能情況空調(diào)耗能情況n基本在用電高峰基本在用電高峰n每年以每年以1515速度增長速度增長n國家提倡采用蓄能技術(shù)轉(zhuǎn)移空調(diào)的高國家提倡采用蓄能技術(shù)轉(zhuǎn)移空調(diào)的高峰用電峰用電4蓄能技術(shù)原理n所謂蓄能，就是在電力需求低谷時啟動制冷、制熱設(shè)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

2、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。5鼓勵蓄能的政策措施n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、平峰和低谷電價），有的還采用減免電力增容費等政策優(yōu)惠。n以北京商業(yè)用電為例，分時電價政策為：n高峰0.983元，8:0011:00,18:0023:00 n平峰0.623元，11:0018:00,7:00 8:00 n低谷0.285元，23:007:00 6蓄能系統(tǒng)的額外好處n采用蓄能系統(tǒng)除可以降低運行費用、減少電容量外，還可提高空調(diào)可靠性n采用蓄能系統(tǒng)后，當(dāng)整棟大

3、樓停電時，可依靠備用發(fā)電機，使水泵和風(fēng)機運轉(zhuǎn)起來，即可實現(xiàn)大樓的空調(diào)，提高空調(diào)系統(tǒng)的可靠性72. 蓄能系統(tǒng)的分類n按蓄存能量溫度高低分為n蓄熱、蓄冷n按蓄能介質(zhì)分為n水蓄熱/冷、冰蓄冷、相變材料蓄能n按系統(tǒng)連接關(guān)系又分為n串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)8不同蓄能介質(zhì)的差異n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(shè)備的介質(zhì)一樣，因此系統(tǒng)較簡單。n冰蓄冷利用冰的溶解熱，蓄存一定冷量時，需要的體積較小，通常是水蓄冷的1/7；但需要采用防冰液，如鹽水溶液、乙二醇溶液等，且系統(tǒng)較復(fù)雜。92.1 水蓄冷的系統(tǒng)形式n水蓄冷直接將冷機產(chǎn)生的冷水儲存在蓄水罐或蓄水池中，用冷時再從

4、水罐或水池中將冷水取走。n水蓄冷系統(tǒng)通常為開式系統(tǒng)，當(dāng)水罐或水池位于最高位置時，系統(tǒng)才類似閉式系統(tǒng)；因此水蓄冷系統(tǒng)應(yīng)注意倒空，泵的選型也需正確。10嚴書嚴書P26圖圖3-2水蓄冷系統(tǒng)1n原理圖及特點n開式系統(tǒng)n直連n水池和冷機可分別或同時供冷11嚴書嚴書P27圖圖3-3水蓄冷系統(tǒng)2n原理圖及特點n水池側(cè)開式系統(tǒng)，負荷側(cè)閉式系統(tǒng)n水池和冷機可分別或同時供冷n間連，負荷側(cè)水溫稍高12水蓄冷系統(tǒng)3n原理圖及特點n冷機和負荷側(cè)閉式系統(tǒng)n水池和冷機串聯(lián)供冷n蓄冷和取冷均通過換熱器，溫差損失稍大n水蓄熱與水蓄冷系統(tǒng)基本一致13溫度分層蓄水罐n彥書P6圖2-2, 2-3, 2-4n特靈教程:第二部分圖111

5、4溫度分層蓄水罐多罐串聯(lián)溫度分層蓄水罐多罐串聯(lián)15迷宮式蓄水槽16隔膜式蓄水罐17特靈串聯(lián)和并聯(lián)蓄水罐n特靈教程:第二部分圖9和圖10182.2 冰蓄冷的系統(tǒng)形式n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AHU或FCU中，通常采用乙二醇溶液制冰，采用乙二醇溶液或水取冷。n常見的冰蓄冷系統(tǒng)分為兩類n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n用乙二醇溶液蓄冷，直接用冷凍水取冷，如外融式冰盤管192.2.1 乙二醇溶液蓄冷和取冷的系統(tǒng)n并聯(lián)系統(tǒng)：冷機和冰槽并聯(lián)，可獨自供冷，也可聯(lián)合供冷，小溫差供冷n單板換系統(tǒng)、雙板換系統(tǒng)n串聯(lián)系統(tǒng)：冷機和冰槽串聯(lián)，可實現(xiàn)大溫

6、差供冷n單泵、雙泵、三泵系統(tǒng)n冷機上游、冰槽上游20并聯(lián)雙板換蓄冰系統(tǒng)n冷機和冰槽的供回水溫差基本一致，通常為5n兩組板換n3個電動閥n2個電動調(diào)節(jié)閥n兩組乙二醇泵21并聯(lián)單板換蓄冰系統(tǒng)n冷機和冰槽的供回水溫差基本一致，通常為5n一組板換n1個電動閥n2個電動調(diào)節(jié)閥n兩組乙二醇泵22串聯(lián)單泵蓄冰系統(tǒng)n冷機和冰槽的供回水溫差不一致，串聯(lián)后溫差可大于5n一組板換n2個電動閥n2個電動調(diào)節(jié)閥n一組乙二醇泵23特靈串聯(lián)單泵系統(tǒng)n特靈教程:第三部分圖4, 圖2924串聯(lián)雙泵蓄冰系統(tǒng)n冷機和冰槽的供回水溫差不一致，串聯(lián)后溫差可大于5n一組板換n2個電動閥n2個電動調(diào)節(jié)閥n兩組乙二醇泵25串聯(lián)三泵蓄冰系統(tǒng)n

7、冷機和冰槽的供回水溫差不一致，串聯(lián)后溫差可大于5，適合于大系統(tǒng)n一組板換n三組乙二醇泵：至少P2和P3變頻泵26特靈串聯(lián)三泵系統(tǒng)n特靈教程:第三部分圖3027關(guān)于冰槽放在冷機的上游或下游n特靈教程:第三部分圖33,圖34和圖3528上游 OR 下游？292.2.1 乙二醇溶液蓄冷、水取冷的系統(tǒng)外融冰盤管系統(tǒng)n開式水箱30間連式外融冰系統(tǒng)31閉式外融冰系統(tǒng)圖4322.3 其他形式蓄冷系統(tǒng)n特靈教程:第二部分圖2533冰晶式蓄冰系統(tǒng)n嚴書P94圖4-41(a)(b)343. 典型的蓄能廠家與產(chǎn)品n目前蓄能水池的設(shè)計還未標準化，蓄熱對熱源無特殊要求，蓄熱水泵有高溫要求，蓄冰泵能用乙二醇溶液n蓄能系統(tǒng)

8、涉及的特殊產(chǎn)品n雙工況冷機(蓄冰和普通制冷)n蓄冰裝置n板式換熱器353.1 蓄冰雙工況主機n常見蓄冰系統(tǒng)多采用螺桿式冷水機組，典型廠家包括n頓漢布什、YORK、開利、特靈、麥克威爾n大型系統(tǒng)可采用特靈的三級離心冷機，小系統(tǒng)可采用活塞式冷機n一些普通冷機可現(xiàn)場改造成雙工況冷機363.2 蓄冰裝置n靜態(tài)制冰分冰盤管和封裝式n冰盤管式：BAC和清華同方金屬盤管（外融冰和內(nèi)融冰）、CALMAC和FAFCO塑料盤管n封裝式：冰球、冰板、蕊芯冰球n動態(tài)制冰分冰片滑落式和冰晶式n冰片滑落、冰晶37BAC金屬蛇形盤管n彥書P7圖2-638BAC盤管組及冰槽n彥書P8圖2-739CALMAC塑料圓形盤管40F

9、AFCO塑料U形盤管n嚴書P63圖4-441FAFCO盤管組及冰槽n嚴書P64圖4-5, 圖4-742法國CIAT冰球和臥式冰球罐n嚴德隆P72圖4-15, P76圖4-18和4-1943法國法國CIAT立式冰球罐立式冰球罐44CARRIER的貯冰槽n嚴書P77圖4-2045美國REACTION和開利公司的冰板n彥書P11圖2-12n嚴書P73圖4-1646杭州華源公司的蕊芯冰球n嚴書P74圖4-17,P79圖4-2247EVAPCO外融冰盤管n嚴書P87圖4-30483.3 板式換熱器nALFA LAFAn舒瑞普n京海494. 蓄能系統(tǒng)的設(shè)計計算n以冰蓄冷系統(tǒng)為例說明計算過程,水蓄冷和蓄熱可

10、參考之n計算建筑設(shè)計日逐時負荷n根據(jù)逐時負荷特點，確定是否設(shè)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n按冷機容量最小原則確定冷機容量n按冷機在低谷時段可蓄存的總冷量確定冰槽容量n校核白天逐時取冷量能否滿足負荷要求50基載冷機示意圖n彥書P26圖3-6514.1 冷機和冰槽容量的計算公式qC：冷機在標準空調(diào)工況時的容量Qtank：冰槽的容量Q：設(shè)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：夜間蓄冰工況冷機工作小數(shù)時21nCnQqfCCfkqCnQ2tan52逐時負荷校核n

11、彥書P38表4-3534.2 不同類型系統(tǒng)中泵的流量與揚程n詳細內(nèi)容參閱：李先庭，張茂勇，趙慶珠。冰蓄冷系統(tǒng)中鹵水泵的合理配置和選型。暖通空調(diào)，2002，（3）：7074 54管道阻力計算n乙二醇物性參見彥書P40-41的表4-4、4-5、4-6和4-7。n蓄冰系統(tǒng)通常采用質(zhì)量濃度為25%的乙二醇溶液，凝固點為-10.7(參見彥書表4-8)n乙二醇管路的阻力:計算出水阻力后按彥書P42圖4-3中的曲線修正55管道阻力修正修正曲線管道阻力修正修正曲線56并聯(lián)雙板換蓄冰系統(tǒng)nP1：冷機額定流量，揚程為空調(diào)工況和蓄冰工況阻力大者nP2：冰槽承擔(dān)的最大負荷與設(shè)計溫差確定57并聯(lián)單板換蓄冰系統(tǒng)nP1：冷

12、機額定流量，蓄冷工況阻力nP2：最大負荷與設(shè)計溫差確定；揚程為冰槽、板換回路阻力58串聯(lián)單泵蓄冰系統(tǒng)nP1：冷機額定流量，冷機、冰槽、板換回路的阻力59串聯(lián)雙泵蓄冰系統(tǒng)nP1：冷機額定流量，冷機、冰槽回路阻力；nP2：等于P1流量，揚程為板換支路的阻力60串聯(lián)三泵蓄冰系統(tǒng)nP1：冷機額定阻力，冷機部分阻力nP2：流量一樣，板換部分阻力nP3：冰槽冰分的阻力614.3 板式換熱器和膨脹水箱n板式換熱器：按所承擔(dān)的容量和設(shè)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 n膨脹水箱按最高溫度和最低溫度時密度差進行計算62膨脹水箱的計算公式nVs:蓄冰最低溫度時，系統(tǒng)中載冷劑的體

13、積n1 2:載冷劑最低溫和最高溫的密度na1:低液位時,膨脹水箱中的剩余體積,可取10%na2:高液位時,膨脹水箱中的剩余體積,可取20%)(1) 1/(2121aaVVSE635. 蓄能系統(tǒng)的運行控制n以蓄冰系統(tǒng)為例說明,水蓄冷和蓄熱可參考之.以下為運行控制基本原則:n實現(xiàn)不同運行模式的切換n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n每天蓄存的冰量應(yīng)基本用完64冰蓄冷系統(tǒng)的幾種運行模式n冷機蓄冰n冷機供冷n冰槽供冷n冷機與冰槽聯(lián)合供冷n蓄冰并供冷n停機65冰蓄冷系統(tǒng)控制的幾種策略n冷機優(yōu)先:冷機先用,不夠時再用冰槽n冰槽優(yōu)先:冰槽先用,不夠時再啟用冷機n比例控制:冷機和冰槽

14、按一定比例同時供冷n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66冷機優(yōu)先的控制策略n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n早期的冰蓄冷工程采用67冰槽優(yōu)先的控制策略n可最大限度地發(fā)揮冰槽的作用，但容易出現(xiàn)下列情況：n冰槽中的大部分很可能不是在電力高峰中利用的n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68比例控制的運行策略n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69優(yōu)化控制策

15、略n通過對第二天逐時負荷的預(yù)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。n需要一套優(yōu)化控制程序n運行費用至少比冷機優(yōu)先省25%70某蓄冰工程自動控制示例71蓄冰控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能自動檢測冷凍水供、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(guān)狀態(tài)自動控制冷凍、冷卻水泵、冷凍機、冷卻塔的順序啟停及相關(guān)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

16、報警可通過中央管理工作站對其進行遠動控制72故障診斷示例736. 蓄能系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)的比較n蓄能系統(tǒng)能否實施，關(guān)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n對同樣的建筑設(shè)計蓄能系統(tǒng)和普通系統(tǒng)n計算二者的初投資（含各種增容費）n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74初投資的估算n主設(shè)備的報價n自控部分報價n施工費用n增容費用n其他費用75運行費用計算n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(shè)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n用同樣方法得到普通系統(tǒng)的代表日和總的運行費用76蓄能系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)的比較（1）n一般

17、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n若采用低溫水和低溫送風(fēng)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77蓄能系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)的比較（2）n蓄能系統(tǒng)的運行費用肯定應(yīng)低于普通系統(tǒng)，通常可節(jié)省普通系統(tǒng)運行費用的1525%，特殊情況可節(jié)約50%787. 蓄能系統(tǒng)的應(yīng)用場合n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?。┑慕ㄖ?；蓄能系統(tǒng)最不適合全天負荷完全一樣的場合。n蓄能系統(tǒng)必須有分時電價政策的支持79特別適合蓄能的電價政策n蓄能方案可減免電力增容費（而普通情況則不能減免）n高峰電價與低

18、谷電價的比例較高（如達到3：1以上）n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）80適合蓄能的建筑類型（1）n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n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(dān)晚上負荷，也較適合蓄能n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81適合蓄能的建筑類型（2）n影劇院：演出時間較短，負荷較集中，適合采用蓄能n圖書館、銀行：類似寫字樓n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n醫(yī)院：類似賓館82適合蓄能的建筑類型（3）n教堂：每個禮拜是主要負荷，可有充分時間蓄能，最大限度降低設(shè)備

19、容量，并節(jié)省運行費用n寺廟：主要活動在白天，晚上是蓄能的很好時間83冰蓄冷系統(tǒng)的延伸應(yīng)用（1）n大溫差送水和低溫送風(fēng)n利用蓄冰產(chǎn)生的低溫水，外融冰時可達到2，從而可利用10 溫差，減少管道尺寸和泵耗n利用低溫水可產(chǎn)生低溫風(fēng)（普通送風(fēng)約16-18 ），如10 以下，從而減少風(fēng)道尺寸和風(fēng)機功耗84冰蓄冷系統(tǒng)的延伸應(yīng)用（2）n已有建筑由于空調(diào)負荷增加，或冷機出力下降，不想增添新冷機時，可采用蓄能方式，增加白天的供冷能力n這種方式通常初投資較少，且運行費用較省85改造工程的特點n改造工程通常受場地條件限制n冰槽太大，現(xiàn)有的運輸通道不夠大n現(xiàn)場場地不規(guī)則，標準槽體放不下n解決措施n冰槽和盤管分開運進，現(xiàn)

20、場拼裝n可根據(jù)現(xiàn)場條件設(shè)計非標產(chǎn)品86改造工程的注意事項n分清用戶的需求：是為節(jié)省運行費用，還是為解決供冷能力不足，突出重點n充分利用現(xiàn)有的空間條件布置冰槽、換熱器和水泵等n個別工程如有資金問題，可考慮不上自控，而用手動閥門，人工切換n部分冷機可通過改造實現(xiàn)空調(diào)和制冰雙工況運行，應(yīng)確認冷機能否進行改造878. 我公司在蓄能方面特點n對蓄能系統(tǒng)有深入的研究n彥先生是國內(nèi)最早開展蓄能研究與應(yīng)用的教授，二十世紀70年代即開展水蓄冷應(yīng)用n在國內(nèi)唯一進行負荷預(yù)測與優(yōu)化控制n最早開展冰蓄冷系統(tǒng)動態(tài)仿真研究88公司已有技術(shù)n水蓄冷和冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計軟件n水蓄冷布水器優(yōu)化設(shè)計軟件n水蓄冷和冰蓄冷動態(tài)仿真軟件n空調(diào)負荷預(yù)測軟件n蓄能系統(tǒng)優(yōu)化控制軟件n閉式外融冰冰槽n一體化蓄冰機組89低溫送風(fēng)時的技術(shù)措施n已有低溫送風(fēng)時風(fēng)口是否結(jié)露（這是一般用戶用低溫送風(fēng)最擔(dān)心的，而特殊風(fēng)口非常昂貴）的分析軟件n低溫條件下保溫材料性能檢測臺90蓄能系統(tǒng)技術(shù)研究熱點（1）n不同