蓄冷技術的基礎知識

1、蓄冷技術的基礎知識蓄冷技術的定義 蓄冷技術是一門關于低于環(huán)境溫度熱量的儲存和應用技術，是制 冷技術的補充和調節(jié)。低于環(huán)境溫度的熱量通常稱作冷量。人們的生活和生產活動在許多時候要用到冷量，但是，有些場合 缺乏制冷設備，有些時段不能使用制冷設備就需要借助蓄冷技術解決 用冷需要。蓄冷技術的應用場合 主要用在解決制冷設備定常制冷量與用冷負荷起伏的不平衡矛 盾上。蓄冷技術的內容根據(jù)用戶對冷量的需求選擇蓄冷材料， 設計蓄冷裝置， 實行冷量 的儲存和釋放。一般層次的蓄冷技術 ：在已選定蓄冷材料的基礎上， 根據(jù)應用 場合的不同，進行蓄冷量的匹配設計和蓄冷、釋冷速率的計算。較深層次的蓄冷技術：蓄冷材料的探索、設

2、計，蓄冷材料熱物性 測試，蓄冷、釋冷過程傳熱特性的計算與實驗。蓄冷方法 有顯熱蓄冷和相變潛熱蓄冷兩大類。 如在蓄冷空調中的水蓄冷空調是顯熱蓄冷， 冰蓄冷空調和優(yōu)態(tài)鹽 水合物(PCM)是相變潛熱蓄冷。蓄冷的溫度受到冷源溫度和用冷溫度的限制， 進行蓄冷工程設計和蓄冷技術的研究，一定要弄清蓄冷的特定溫度范圍蓄冷工程設計內容包括蓄冷負荷設計、蓄冷材料選擇、蓄冷和釋冷方式設計。 蓄冷工程設計中的主要技術參數(shù) 冷源溫度、蓄冷溫度、用冷溫度； 比容積蓄冷量、理論最大蓄冷量、實際蓄冷量 蓄冷速率、放冷速率。1.應用背景近幾年，我國電力發(fā)展很快，普遍缺電狀況已得到根本改善，但 隨著電力消費量的增加， 電網(wǎng)負荷在

3、白天與深夜有很大的峰谷差的矛 盾愈加突出。平衡電網(wǎng)負荷的方法：調節(jié)電廠發(fā)電能力或調節(jié)用戶負荷。 調節(jié)電廠發(fā)電能力的方法-調節(jié)水電發(fā)電功率；-調節(jié)火力發(fā)電機組的發(fā)電功率是困難和不經(jīng)濟的；-核電要求供電平穩(wěn)；-建抽水蓄能電站，其一次性投資很大，由于水泵、電機的效率影響，儲能的回收率也只 60多，蓄能成本高。-例如，十三陵抽水蓄能電站，安裝4臺200MW機組，投資達 27 億元，據(jù)測算，用它填補高峰負荷時其發(fā)電成本每千瓦時高達 1.3 元，為常規(guī)高峰電價的 2.5倍；另外最大的問題是電網(wǎng)容量有限，即使電廠可以增加峰電供應， 也因供電網(wǎng)能力的限制，對用戶而言，仍然會產生高峰缺 電狀況。-調節(jié)用戶負荷的

4、方法-空調占民用電中很大的份額，用電負荷十分集中，采用蓄 冷空調技術，在夜間用多余的電制冷蓄冷，在白天用儲存 的冷量補充空調用冷需求。-蓄冷空調技術是平衡電網(wǎng)峰谷負荷的有效方法，它有廣闊 的市場前景和顯著的經(jīng)濟效益。-蓄冷空調技術的社會效益和經(jīng)濟效益，不僅表現(xiàn)在電網(wǎng)的 峰谷平衡上，還可節(jié)省制冷主機容量、節(jié)省電力增容設備 費，在夜間享受優(yōu)惠電價，為用戶帶來效益。所以各工業(yè) 發(fā)達國家均在大力開發(fā)和推廣這項技術。2 蓄冷空調的基本原理常規(guī)空調系統(tǒng)常規(guī)空調系統(tǒng)的原理圖如圖8-l(a)所示。節(jié)徳閥»發(fā)1空M換煦讓 系統(tǒng)組成 制冷循環(huán)子系統(tǒng)：包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器等。制冷循環(huán)回路內流

5、動的介質：制冷工質。供冷循環(huán)系統(tǒng)：包括蒸發(fā)器、循環(huán)水泵和空調換熱器(即 風機盤管)等。供冷管網(wǎng)內載冷劑：被冷卻過的水?？照{標準規(guī)定：流出蒸發(fā)器的供空調用的冷水溫度為5-7C，流回蒸發(fā)器的空調回水溫度為12-13C。(a)常見空調系統(tǒng)原理(b)空調負荷圖圖8-1常見空調系統(tǒng)原理及負荷圖 空調負荷特性由于建筑圍護結構的傳熱情況、環(huán)境氣溫、內部人員和發(fā)熱器件的不同，使得不同場合、不同季節(jié)，不同時間的空調負荷是不同的。圖8-l(b)所示的是一日內空調負荷變動示意圖。81224時間(b)常規(guī)空調系統(tǒng)存在的問題1備用容量大：通常制冷用主機滿足最大空調負荷需求選擇，并 須留有一定備用容量(以備用戶發(fā)展的需求

6、以及制冷機組制冷能力下 降時能保證正常的供冷)。2對變動空調負荷不協(xié)調，制冷機多數(shù)情況不在滿負荷下工作， 工作效率不高，或有設備閑置。3.在空調負荷高峰期正是用電高峰期，電價貴。蓄冷空調系統(tǒng)鑒于常規(guī)空調對變動空調負荷不協(xié)調， 不經(jīng)濟，科研工作者和空 調工程師提出和設計了種種蓄冷空調方案，有效地彌補了常規(guī)空調系 統(tǒng)的不足。蓄冷空調系統(tǒng)基本原理圖如圖 8-2所示。2 水空調換熱器2閥IXT節(jié)流閥冷器壓編機番冷槽空調換熱器圖8-2蓄冷空調系統(tǒng)基本原理示意圖系統(tǒng)組成在常規(guī)空調系統(tǒng)的供冷循環(huán)系統(tǒng)中增添了一個既與蒸發(fā)器并聯(lián)，又與空調換熱器并聯(lián)的蓄冷槽，一個水泵和兩個 閥門?？照{換熱器圖8-2蓄冷空調系統(tǒng)基

7、本原理示意圖供冷循環(huán)回路的循環(huán)方式(i)常規(guī)空調供冷循環(huán)：此時蓄冷槽不工作，閥1開,閥2關，水泵I、2開，制冷機直接供冷。(ii)蓄冷循環(huán)：此時空調換熱器不工作，閥I關,閥2開，水泵1開，水泵2關，制冷機向蓄冷槽充冷空調換熱器iii)聯(lián)合供冷循環(huán)：此時蒸發(fā)器和蓄冷槽聯(lián)合向空調換熱器 供冷，閥I，閥2開，水泵I、2開，此循環(huán)也稱部分蓄冷空 調循環(huán)。因為執(zhí)行此循環(huán)時，蓄冷只是補充制冷機供冷不足 部分的空調負荷。這種供冷方式是蓄冷空調遇到的大部分情 況，也是以下要重點討論的問題?？照{換熱器拎展器(iv)單蓄冷供冷循環(huán)：此時制冷機停止運行，水泵I停,閥1、2開，水泵2開，空調負荷全部由蓄冷槽的冷量來提

8、 供。此循環(huán)也稱全量蓄冷空調循環(huán)。全量蓄冷空調與部分蓄冷空調在系統(tǒng)的設計和設備選型上是有區(qū)別的。因此，蓄冷空調的設計首先面臨的是要確定采用全量蓄冷空調或是部分蓄冷空調冷 凝 器壓縮機空調換熱器3.蓄冷空調設計的基本步驟 確定典型設計日的空調負荷； 選擇蓄冷方式； 確定制冷主機和蓄冷裝置的容量； 確定運行策略和設計系統(tǒng)循環(huán)流程； 選擇配套設備； 計算蓄冷期和蓄冷供冷期的制冷負荷與蓄冷供冷負荷逐 時運行圖； 經(jīng)濟分析，求得蓄冷空調增加投資的回收期。(1)空調負荷圖空調負荷一般是根據(jù)建筑物的類別按標準規(guī)范或一些 經(jīng)驗數(shù)據(jù)來選取。夏季空調制冷系統(tǒng)負荷的概算指標：辦公樓(全部)95I15 W/ m2超高層辦公樓105145W / m2旅館（全部）7095W / m2旅館中的餐廳290350W / m2百貨商店（全部）210240W / m2醫(yī)院（全部）105130W/ m2劇場（觀眾廳）230350W / m2上述概算數(shù)據(jù)只能作為常規(guī)空調的制冷機容量選擇和空調換熱器選擇的參考，不能用于蓄冷空調。蓄冷空調設計的前提：日空調負荷圖、月空調負荷圖。空調日負荷圖：橫坐標為時間軸（分 24h間隔），縱坐 標為空調負荷軸（用千瓦（kW）或冷噸（RT）表示）。作圖方法：把每小時的空調負荷表示在空調日負荷圖 上即