蓄冷技術(shù)的基礎(chǔ)知識

1、蓄冷技術(shù)的基礎(chǔ)知識蓄冷技術(shù)的定義 蓄冷技術(shù)是一門關(guān)于低于環(huán)境溫度熱量的儲存和應(yīng)用技術(shù)，是制 冷技術(shù)的補(bǔ)充和調(diào)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(chǎn)活動在許多時候要用到冷量，但是，有些場合 缺乏制冷設(shè)備，有些時段不能使用制冷設(shè)備就需要借助蓄冷技術(shù)解決 用冷需要。蓄冷技術(shù)的應(yīng)用場合 主要用在解決制冷設(shè)備定常制冷量與用冷負(fù)荷起伏的不平衡矛 盾上。蓄冷技術(shù)的內(nèi)容根據(jù)用戶對冷量的需求選擇蓄冷材料， 設(shè)計蓄冷裝置， 實行冷量 的儲存和釋放。一般層次的蓄冷技術(shù) ：在已選定蓄冷材料的基礎(chǔ)上， 根據(jù)應(yīng)用 場合的不同，進(jìn)行蓄冷量的匹配設(shè)計和蓄冷、釋冷速率的計算。較深層次的蓄冷技術(shù)：蓄冷材料的探索、設(shè)

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(diào)中的水蓄冷空調(diào)是顯熱蓄冷， 冰蓄冷空調(diào)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(jìn)行蓄冷工程設(shè)計和蓄冷技術(shù)的研究，一定要弄清蓄冷的特定溫度范圍蓄冷工程設(shè)計內(nèi)容包括蓄冷負(fù)荷設(shè)計、蓄冷材料選擇、蓄冷和釋冷方式設(shè)計。 蓄冷工程設(shè)計中的主要技術(shù)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(yīng)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(fèi)量的增加， 電網(wǎng)負(fù)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(fù)荷的方法：調(diào)節(jié)電廠發(fā)電能力或調(diào)節(jié)用戶負(fù)荷。 調(diào)節(jié)電廠發(fā)電能力的方法-調(diào)節(jié)水電發(fā)電功率；-調(diào)節(jié)火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率是困難和不經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)組，投資達(dá) 27 億元，據(jù)測算，用它填補(bǔ)高峰負(fù)荷時其發(fā)電成本每千瓦時高達(dá) 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(yīng)， 也因供電網(wǎng)能力的限制，對用戶而言，仍然會產(chǎn)生高峰缺 電狀況。-調(diào)節(jié)用戶負(fù)荷的

4、方法-空調(diào)占民用電中很大的份額，用電負(fù)荷十分集中，采用蓄 冷空調(diào)技術(shù)，在夜間用多余的電制冷蓄冷，在白天用儲存 的冷量補(bǔ)充空調(diào)用冷需求。-蓄冷空調(diào)技術(shù)是平衡電網(wǎng)峰谷負(fù)荷的有效方法，它有廣闊 的市場前景和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。-蓄冷空調(diào)技術(shù)的社會效益和經(jīng)濟(jì)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(jī)容量、節(jié)省電力增容設(shè)備 費(fèi)，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(dá)國家均在大力開發(fā)和推廣這項技術(shù)。2 蓄冷空調(diào)的基本原理常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)常規(guī)空調(diào)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(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器等。制冷循環(huán)回路內(nèi)流

5、動的介質(zhì)：制冷工質(zhì)。供冷循環(huán)系統(tǒng)：包括蒸發(fā)器、循環(huán)水泵和空調(diào)換熱器(即 風(fēng)機(jī)盤管)等。供冷管網(wǎng)內(nèi)載冷劑：被冷卻過的水?？照{(diào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：流出蒸發(fā)器的供空調(diào)用的冷水溫度為5-7C，流回蒸發(fā)器的空調(diào)回水溫度為12-13C。(a)常見空調(diào)系統(tǒng)原理(b)空調(diào)負(fù)荷圖圖8-1常見空調(diào)系統(tǒng)原理及負(fù)荷圖 空調(diào)負(fù)荷特性由于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱情況、環(huán)境氣溫、內(nèi)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(diào)負(fù)荷是不同的。圖8-l(b)所示的是一日內(nèi)空調(diào)負(fù)荷變動示意圖。81224時間(b)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)存在的問題1備用容量大：通常制冷用主機(jī)滿足最大空調(diào)負(fù)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(jī)組制冷能力下 降時能保證正常的供冷)。2對變動空調(diào)負(fù)荷不協(xié)調(diào)，制冷機(jī)多數(shù)情況不在滿負(fù)荷下工作， 工作效率不高，或有設(shè)備閑置。3.在空調(diào)負(fù)荷高峰期正是用電高峰期，電價貴。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)鑒于常規(guī)空調(diào)對變動空調(diào)負(fù)荷不協(xié)調(diào)， 不經(jīng)濟(jì)，科研工作者和空 調(diào)工程師提出和設(shè)計了種種蓄冷空調(diào)方案，有效地彌補(bǔ)了常規(guī)空調(diào)系 統(tǒng)的不足。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)基本原理圖如圖 8-2所示。2 水空調(diào)換熱器2閥IXT節(jié)流閥冷器壓編機(jī)番冷槽空調(diào)換熱器圖8-2蓄冷空調(diào)系統(tǒng)基本原理示意圖系統(tǒng)組成在常規(guī)空調(diào)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(diào)換熱器并聯(lián)的蓄冷槽，一個水泵和兩個 閥門?？照{(diào)換熱器圖8-2蓄冷空調(diào)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(diào)供冷循環(huán)：此時蓄冷槽不工作，閥1開,閥2關(guān)，水泵I、2開，制冷機(jī)直接供冷。(ii)蓄冷循環(huán)：此時空調(diào)換熱器不工作，閥I關(guān),閥2開，水泵1開，水泵2關(guān)，制冷機(jī)向蓄冷槽充冷空調(diào)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(diào)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(diào)循環(huán)。因為執(zhí)行此循環(huán)時，蓄冷只是補(bǔ)充制冷機(jī)供冷不足 部分的空調(diào)負(fù)荷。這種供冷方式是蓄冷空調(diào)遇到的大部分情 況，也是以下要重點討論的問題?？照{(diào)換熱器拎展器(iv)單蓄冷供冷循環(huán)：此時制冷機(jī)停止運(yùn)行，水泵I停,閥1、2開，水泵2開，空調(diào)負(fù)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(diào)循環(huán)。全量蓄冷空調(diào)與部分蓄冷空調(diào)在系統(tǒng)的設(shè)計和設(shè)備選型上是有區(qū)別的。因此，蓄冷空調(diào)的設(shè)計首先面臨的是要確定采用全量蓄冷空調(diào)或是部分蓄冷空調(diào)冷 凝 器壓縮機(jī)空調(diào)換熱器3.蓄冷空調(diào)設(shè)計的基本步驟 確定典型設(shè)計日的空調(diào)負(fù)荷； 選擇蓄冷方式； 確定制冷主機(jī)和蓄冷裝置的容量； 確定運(yùn)行策略和設(shè)計系統(tǒng)循環(huán)流程； 選擇配套設(shè)備； 計算蓄冷期和蓄冷供冷期的制冷負(fù)荷與蓄冷供冷負(fù)荷逐 時運(yùn)行圖； 經(jīng)濟(jì)分析，求得蓄冷空調(diào)增加投資的回收期。(1)空調(diào)負(fù)荷圖空調(diào)負(fù)荷一般是根據(jù)建筑物的類別按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或一些 經(jīng)驗數(shù)據(jù)來選取。夏季空調(diào)制冷系統(tǒng)負(fù)荷的概算指標(biāo)：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(diào)的制冷機(jī)容量選擇和空調(diào)換熱器選擇的參考，不能用于蓄冷空調(diào)。蓄冷空調(diào)設(shè)計的前提：日空調(diào)負(fù)荷圖、月空調(diào)負(fù)荷圖。空調(diào)日負(fù)荷圖：橫坐標(biāo)為時間軸（分 24h間隔），縱坐 標(biāo)為空調(diào)負(fù)荷軸（用千瓦（kW）或冷噸（RT）表示）。作圖方法：把每小時的空調(diào)負(fù)荷表示在空調(diào)日負(fù)荷圖 上即