暖通空調新進展-蓄能技術

暖通空調新技術的發(fā)展和應用第三講蓄冷蓄熱、低溫送風和大溫差技術1、蓄冷技術在空調領域應用中的發(fā)展從世界范圍來看，大致經(jīng)歷了三個階段：（1）初期階段—以降低制冷系統(tǒng)初投資為目的。從20世紀30年代至60年代，是以削減空調制冷設備裝機容量為主要目標，以小制冷機帶動大冷量負荷的冰蓄冷階段。 適用范圍：周期性使用、供冷時間又很短的建筑物，如教堂、體育館、會堂中，采用這種蓄冷技術，旨在降低制冷系統(tǒng)的初投資。1、蓄冷技術在空調領域應用中的發(fā)展（2）中期階段—以移峰填谷為主要目的。從20世紀70年代至80年代，是以轉移尖峰用電時段空調用電負荷為主要目的。適用范圍：主要在一些尖峰用電時段使用空調的建筑物，如辦公樓、大型商場內推廣冰蓄冷技術。

由于蓄冷需降低蒸發(fā)溫度，因而降低了制冷機效率及增加了蓄冷時的輸送電耗，故對用戶而言，節(jié)省運行費用，但實際電能消耗卻有所增加，系統(tǒng)總投資較高，回收投資期一般在7年以上。1、蓄冷技術在空調領域應用中的發(fā)展（3）快速發(fā)展階段—以降低整體投資，改善空氣品質為目標。

從20世紀80年代至今，除了轉移尖峰用電時時段空調用電負荷目標外，又增加了利用冰蓄冷的“高品位冷量”，以提高空調制冷系統(tǒng)整體能效，以及降低空調制冷系統(tǒng)整體投資及建筑造價，改善室內空氣品質和熱舒適的目標，進入了低溫、大溫差供冷送風的蓄冷空調發(fā)展階段。建筑范圍：擴大到實驗樓、研究中心、工廠、學校、醫(yī)院等類型建筑，以及區(qū)域供冷的改造。初投資回收期：2年左右。2、蓄冷技術基礎知識（1）蓄冷的含義依據(jù)：工程材料具有蓄熱（冷）的特性。蓄冷空調的原理：根據(jù)水、冰及其他物質的蓄熱特性，盡量地利用非峰值電力，使制冷機在滿負荷條件下運行，將空調所需的制冷量，以顯熱或潛熱的形式部分或全部地蓄存于水、冰或其他物質中，一旦出現(xiàn)空調負荷，使用這些蓄冷物質蓄存的冷量滿足空調系統(tǒng)的需要。整個蓄冷系統(tǒng)包含：蓄冷設備（蓄存水、冰或其他介質的設備）、制冷設備、連接管路及控制系統(tǒng)。2、蓄冷技術基礎知識2、蓄冷技術基礎知識（2）蓄冷系統(tǒng)的分類按蓄冷介質分：冰蓄冷系統(tǒng)、水蓄冷系統(tǒng)、共晶鹽蓄冷系統(tǒng)。冰蓄冷系統(tǒng)按制冰方式分：靜態(tài)制冰、動態(tài)制冰（液冰-冰漿）---目前主要研究目標（3)全部蓄冷模式與部分蓄冷模式全部蓄冷：蓄冷設備容量較大，適用于白天供冷時間短的場所，或峰谷電差價很大的地區(qū)。部分蓄冷比全部蓄冷制冷機利用率高，蓄冷設備容量小，是一種更經(jīng)濟有效的負荷管理模式。3、蓄冷系統(tǒng)的特點優(yōu)點缺點：3、蓄冷系統(tǒng)的特點4、蓄冷技術研究熱點近年來主要研究熱點：（1）蓄冷及低溫送風空調系統(tǒng)---空調應用的一種趨勢。在美國，這種技術被稱為暖通空調工程中，繼變風量系統(tǒng)之后最重大的變革。

開發(fā)新型蓄冰制冷機成套產(chǎn)品，以及與低溫送風系統(tǒng)配套的末端設備，如適用于低溫系統(tǒng)的冷卻盤管，性能良好的高誘導比末端散流器等，是目前研究的主要內容。4、蓄冷技術研究熱點（2）冷水儲蓄技術---蓄冷水罐的研究

為提高蓄冷水罐的蓄冷質量，減少充、排水過程的影響，研究人員對一些減少擾動的設想進行了實驗和理論研究，得出控制住充、排水溫度，采用自然溫度分層技術，可以保證較高的儲蓄效果。研究手段：利用現(xiàn)有蓄冷水罐設備現(xiàn)場實驗或測試，或者建立數(shù)學模型進行數(shù)值模擬。4、蓄冷技術研究熱點（3）蓄冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟優(yōu)化

在各個部件基礎上，建立各部件的數(shù)學模型，應用計算機數(shù)值模擬技術進行系統(tǒng)合成化的分析和優(yōu)化。這也是蓄冰空調系統(tǒng)研究的一個方向。（4）蓄冷系統(tǒng)的技術經(jīng)濟分析和評估

在進行蓄冷系統(tǒng)可行性研究時，如何綜合評價冰蓄冷空調系統(tǒng)轉移負荷能力、總能耗水平及用戶效益，根據(jù)何種方法對常規(guī)系統(tǒng)進行比較，也是人們所關心的一個問題。4、蓄冷技術研究熱點（5）蓄冷介質的研究開發(fā)開發(fā)新型蓄冷介質，便于放置的、無腐蝕性的有機蓄冷介質，如常溫下膠狀的可凝膠。利用水合物的特性進行蓄冷，也是目前研究較多的一個課題。冰漿（IceSlurry）冰漿——是含有懸浮冰粒子的固液兩相溶液，也稱流體冰，二元冰。?其中冰粒子顆粒為毫米至厘米級。?通常為了降低凝固點加入醇類和鹽類抑制劑。冰漿微觀形態(tài)冰粒子微觀示意冰晶粒子融冰過程融冰過程中的冰粒子蓄冰槽IceSlurry制取方式幾種冰漿制取原理冰漿制取美國PaulMuellerCompany公司冰漿機制取冰漿的過程冰漿制取日本東洋制作所開發(fā)的冰漿系統(tǒng)冰漿用途果品冷藏工藝快速冷卻水產(chǎn)品冷藏低溫環(huán)境與滅火水產(chǎn)品冷藏運輸 超市食品冷藏冰漿空調系統(tǒng)典型的冰漿系統(tǒng)空調建筑物

冰漿空調系統(tǒng)系統(tǒng)結構示意 冰漿發(fā)生器蓄冰室（1）蓄冰室（2）冰漿空調系統(tǒng)應用示例北京嘉里中心酒店（Maximice冰漿技術）商貿綜合樓（韓國，sunwell冰漿技術）京都火車戰(zhàn)（日本，高砂熱學過冷水技術）冰漿技術應用優(yōu)勢巨大的相變潛熱，并可利用低溫顯熱（冰的融解熱335kJ/kg，水的比熱容4.18kJ/kg?℃）較好的流動性，可泵送至任何地方融冰釋冷速度，熱響應速度快采用蓄冷策略，減少系統(tǒng)運行費用，增強供冷的可靠性國外研究機構國際制冷學會冰漿研究會（IceSlurryWorkshopofIIR）丹麥國際冰漿研究中心（InternationalIceSlurryCentreofDenmark）國際能源署（InternationalEnergyAgency）研究冰漿的學術機構美國阿爾貢國家實驗室美國橡樹嶺國家實驗室加拿大多倫多大學應用化學系新西蘭西新西蘭應用科技大學丹麥科技研究院荷蘭代夫特大學機械系瑞典皇家技術學院英國埃克塞特大學機械系日本東京工業(yè)大學5、我國的蓄冷蓄熱技術應用近幾年電力供應緊張和電網(wǎng)峰谷差的擴大，蓄冷蓄熱技術得到了較快的發(fā)展。采用需求側管理（DSM）的蓄冷技術來達到削峰填谷，是緩解電力建設和新增用電矛盾的有效的解決途徑。

1998年1月成立了國家電力公司電力需求側管理指導中心。 并在上海成立了蓄能空調技術協(xié)作網(wǎng)，2004年協(xié)作網(wǎng)由上海遷至南京，直接由電力需求側管理指導中心領導， 并于2004年6月和2005年6月在南京分別召開了“全國電力蓄能技術應用交流會”和“應對空調負荷措施技術交流會”。

隨著全國峰谷電價差實施范圍的進一步擴大和峰谷電價比的加大，為電力蓄能技術的推廣應用提供了更為有利的條件。

一方面，隨著峰谷電價比的加大，用戶側采用電力蓄能技術將大大減少其空調運行費用，降低用電成本，提高企業(yè)效益；

另一方面，采用蓄能空調技術移峰填谷，有利于提高電網(wǎng)負荷率，有利于提高電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行水平。 電力蓄能技術不僅僅是應對當前電力供應緊張形勢的有效手段，而且在今后電力供求平衡時期，電力蓄能技術仍然是DSM重要的移峰填谷技術措施。5、我國的蓄冷蓄熱技術應用

我國從上世紀九十年代開始建造水蓄冷和冰蓄冷空調系統(tǒng)，到目前為止，已經(jīng)建成投入使用和正在施工的工程有400多個，分布在全國21個省市。

蓄冷空調實績最多的依次是浙江?。?3項）、北京市（61項）、江蘇省（48項）、山東?。?7項）和上海市（26項）。

湖北已建成和在建的冰蓄冷工程有22項，水蓄冷工程有5項。

我國水蓄冷空調工程有40多項，采用了十幾項專利技術，載冷體工作溫差達到8～10oC，使蓄冷密度由原來的5.8KW/m3提高到11.6KW/m3或更大。5、我國的蓄冷蓄熱技術應用建筑物有已建消防水池或有空地可建蓄冷水池時，水蓄冷推廣使用的價值更大。廣西近幾年采用水蓄冷空調工程較多，桂林兩江國際機場及眾多星級酒店。

上海浦東機場二期候機樓（405，000m2）的能源中心，冷源采用了水蓄冷系統(tǒng)，總蓄冷量為106，696RTH，共用4個水蓄冷罐，每個水蓄冷罐直徑26m，高22m。冷水機組共10臺，每臺制冷量為2000RT，供冷水溫度為4oC，回水溫度12oC。武漢中商廣場和中南商業(yè)大樓采用消防水池的水蓄冷工程，節(jié)電效益明顯。5、我國的蓄冷蓄熱技術應用

我國冰蓄冷工程近400個，在引進消化、吸收國外先進技術的同時，進行了國產(chǎn)冰蓄冷設備的開發(fā)和大量的工程設計實踐。

目前工程中采用的不僅有美國BAC、FAFCO、CALMAC、MUELLER、CRYOGEC和法國CIAT的先進蓄冰設備。國內廠商如杭州華源、浙江國祥、清華同方、北京西冷等開發(fā)了具有自己特色的蓄冰設備。5、我國的蓄冷蓄熱技術應用蓄冷設備BACFAFCOC IATCALMACMUELLERCRYOGEC浙江華源（心冰球合小圓冰球）浙江華源（導熱塑料盤管）浙江國祥清華同方北京西冷水蓄冷其它項目總數(shù)63181011455813632753745、我國的蓄冷蓄熱技術應用

表1全國蓄冷空調項目數(shù)量統(tǒng)計（按蓄冰設備）BAC17%FAFCO 5%CIAT

29%全國蓄冷空調項目數(shù)量統(tǒng)計（按蓄冰設備）其它

1%清華同方北京西冷QINGHUAXILENG 7%1%

浙江國祥KING 1%浙江華源HUAYUAN 33%MUELLER1%CALMAC 4%CRYOGEL1%5、我國的蓄冷蓄熱技術應用4.27%XILENG全國蓄冷空調項目蓄冷量統(tǒng)計（按蓄冰設備）HUAYUAN 19.04%

BAC40.35%FAFCO5.13%

CIAT20.43%0.35%

KINGQINGHUA0.35%CALMAC 2.25%

CRYOGEL 0.59%MUELLER 6.07%5、我國的蓄冷蓄熱技術應用序號工程名稱建筑功能建筑面積（m2）夏季設計日峰值冷負荷（KW）蓄冷量及（kwh）及蓄冷時間（h）1湖北出版文化城辦公、書城3000001484142816（8小時）2武漢國際會展中心會議、辦公、展廳1260001223035860（7小時）3武漢科技會展中心會議、辦公、展覽700001100023600（7小時）4武漢萬麗酒店客房、餐飲、娛樂40000380011645（8小時）5武漢華美達天祿酒店客房、餐飲、娛樂3800044408590（8小時）表2湖北蓄冷空調項目情況統(tǒng)計5、我國的蓄冷蓄熱技術應用華美達酒店（冰球蓄冷）武漢地區(qū)蓄冷工程

武漢國際會展中心（冰盤管蓄冷）湖北出版文化城（冰球蓄冷）武漢科技會展中心（冰球蓄冷）湖北劇場（水蓄冷）序號工程名稱建筑功能建筑面積（m2）夏季設計日峰值冷負荷（KW）蓄冷量及（kwh）及蓄冷時間（h）6武漢洪山區(qū)華瑞大廈客房、餐飲、娛樂3600046604000（8小時）7荊門二醫(yī)院病房、手術室、辦公3500038307966（7小時）8中商廣場商場、辦公利用消防水池蓄冷9宜昌供電局辦公、會議1942025137330（7小時）10神龍汽車公司辦公650，00084400263000（8小時）表2湖北蓄冷空調項目情況統(tǒng)計5、我國的蓄冷蓄熱技術應用序號工程名稱建筑功能建筑面積（m2）夏季設計日峰值冷蓄冷量及（kwh）及蓄冷時間（h）11恩施民族醫(yī)院病房、手術室、辦公1200012004400（7小時）12湖北劇場劇場、娛樂100002095（水蓄冷方式）13漢口文體中心辦公、會議、娛樂800015125251（8小時）14武漢供電局客服中心辦公、會議560018654552（7小時）15武漢長江好世界餐飲4420（7小時）16安國大酒店客房、餐飲、娛樂1300012103516（8小時）表2湖北蓄冷空調項目情況統(tǒng)計5、我國的蓄冷蓄熱技術應用序號工程名稱建筑功能建筑面積（m2）夏季設計日峰值冷負荷蓄冷量及（kwh）及 蓄冷時間（h）17百步亭辦公樓辦公、會議18百步亭會所、醫(yī)院辦公、餐飲、 娛樂1725021453575（8小時）19武漢勞動力大廈辦公、會議23000390011250（8小時）20硚口供電局辦公、會議40005161406（7小時）21琴臺大劇院演藝、辦公、 會議65650818021000（8小時）22武漢華洋大廈辦公、會議700011685022（8小時）表2湖北蓄冷空調項目情況統(tǒng)計5、我國的蓄冷蓄熱技術應用從已建成和投入運行的蓄冷空調工程來看，具有以下幾方面的特點：

a,大部分工程都很成功，達到了設計要求，在削峰填谷、減少運行費用等方面起到了積極的作用。很多工程在用電高峰時段可以不開主機，削峰作用極大。

b,幾萬甚至幾十萬平方米以上的建筑群和住宅小區(qū)，在采用區(qū)域供冷系統(tǒng)時，冰蓄冷方案在很多工程中得到了應用。

住宅小區(qū)：杭州中江都市花園、常州金禧園、儀征鏡湖園、上海路易凱旋宮、上海萬里凱旋華庭、湖南電信花園等。5、我國的蓄冷蓄熱技術應用冰蓄冷與常規(guī)電制冷的 經(jīng)濟性比較(示例)冰蓄冷與常規(guī)電制冷的經(jīng)濟性分析江蘇廣播電視綜合大樓工程概況江蘇地區(qū)分時電價冰蓄冷優(yōu)勢： 冷水機組容量降低38％ 空調設備功率減少27％ 年運行費用節(jié)省37.1萬元6、蓄冷蓄熱技術---區(qū)域性供冷區(qū)域供冷：a,區(qū)域供冷的優(yōu)點:(1)較低的初期成本——9%，水風系統(tǒng)均可減少;(2)較低的運行成本、電力費用降低、效率提高、維護量減少;(3)減少、消除CFC，有助于減緩變暖。b,發(fā)展區(qū)域供冷應注意的問題:(1)合理的規(guī)模;(2)必要的配置;(3)合理的冷媒參數(shù)。

c,熱泵及蓄能式集中空調技術在多項工程中得到了應用。北京九華山莊（土壤源熱泵＋冰蓄冷）、北京茶葉城（水源熱泵＋水蓄冷、蓄熱）、北京大紅門服裝市場（水水熱泵＋冰蓄冷）、北京音像城（水水熱泵＋水蓄冷、蓄熱）、武漢百步亭辦公樓、會所、醫(yī)院（水水熱泵＋冰蓄冷）。

d,美國的動態(tài)制冰（滑落式制冰）和凹型冰球開始進入國內市場并在多個工程中得到應用。浙江嘉興廣電中心和華庭商業(yè)街、上海東華大學。6、蓄冷蓄熱技術---區(qū)域性供冷

冰蓄冷空調工程的測試和研究工作得到了重視和加強。高等院校、科研機構的研究，蓄冷空調設備制造廠商和承建商的開發(fā)研究。相關的專業(yè)技術書籍出版、暖通規(guī)范、設計技術措施和手冊均增加了有關蓄冷蓄熱的章節(jié)和內容。2003年頒布了《蓄冷空調系統(tǒng)的測試與評估方法》國家標準。行業(yè)標準《蓄冷空調工程技術規(guī)程》正在報批。6、蓄冷蓄熱技術7、低溫送風和大溫差技術由于蓄冰空調系統(tǒng)提供了低溫冷源，為低溫送風技術的利用創(chuàng)造了有利條件。

蓄冰技術與低溫送風技術的結合，既可以有效地減少峰谷差，降低系統(tǒng)的初投資和減少空調設備及其輸送管道的尺寸，又能充分節(jié)能，提高室內空氣品質，改善熱舒適度。 它是目前國際HVAC&R行業(yè)公認值得推廣應用的技術，我國也十分重視低溫送風技術的發(fā)展和應用，目前已有14個冰蓄冷空調工程采用了低溫送風和大溫差技術。序號

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

名稱 國家電力調度中心 上?？萍汲?西北電力集團公司調度通訊樓 西安咸陽國際機場候機樓 四川郵政管網(wǎng)中心大樓嘉興華庭街主力百貨和地下超市 上海浦東國際兒童醫(yī)學中心 杭州建設銀行（銀泰廣場） 中央電視臺音像資料館 北京中關村西區(qū)區(qū)域供冷 廣州大學城 上海東華大學 浙江金華時代廣場 上海浦東機場能源中心建筑面積（m2）

80，000 96，000 35，000 52，000 56，730 20，000 40，000 31，000 45，000 900，000 7，240，000 94，000 140，000 405，000蓄冷量RTH 7，120 9，240 3，564 13，680 7，616 6，125 4，500 2，820 3，654 28，560 252，000 6，536 11，880 106，696

蓄冰設備 美國BAC-TSU-972M型 美國BAC-TSU-920MS型 美國BAC-TSU-594MS型 美國BAC-TSC-380M型 美國BAC-TSC-238M型美國PaulMueller片冰機 美國BAC-TSC-300M型 美國BAC-TSU-594MS型 美國BAC-TSC-297M型 美國BAC-TSC-306S型 美國BAC-TSC-7121MFS型美國PaulMueller片冰機

CIAT冰球 水蓄冷7、低溫送風和大溫差技術

表3低溫送風和大溫差空調系統(tǒng)工程應用情況7、低溫送風和大溫差技術

所謂的低溫送風系統(tǒng)即其名義送風溫度低于10oC的空調系統(tǒng)，根據(jù)送風溫度的不同，低溫送風系統(tǒng)可分為三類：名義送風溫度≤5