我國暖通空調新技術

1、我國暖通空調新技術的發(fā)展和應用 陳焰華武漢市建筑設計院Wuhan Architectural Design Institute報告內容引言引言空調水系統(tǒng)變頻變流量技術空調水系統(tǒng)變頻變流量技術蓄冷蓄熱、低溫送風和大溫差技術蓄冷蓄熱、低溫送風和大溫差技術區(qū)域冷熱電聯(lián)供和分布式能源技術區(qū)域冷熱電聯(lián)供和分布式能源技術地源熱泵等舒適節(jié)能空調技術地源熱泵等舒適節(jié)能空調技術CFDCFD技術和消防性能化設計技術和消防性能化設計制冷空調設備的新技術應用制冷空調設備的新技術應用蓄冷空調簡介空調蓄冷利用分時電價的不同，貯存電網(wǎng)低谷時段的“便宜的能源”，在需要冷量的峰值時段，將貯存的冷量釋放出來以滿足空調負荷的要求。

2、以蓄冷介質區(qū)分，有水蓄冷,冰蓄冷和共晶鹽蓄冷三種方式。蓄冷空調日負荷蓄冷空調日負荷武漢地區(qū)蓄冷工程華美達酒店華美達酒店（冰球蓄冷）（冰球蓄冷）武漢國際會展中心武漢國際會展中心（冰盤管蓄冷）（冰盤管蓄冷） 湖北出版文化城湖北出版文化城（冰球蓄冷）（冰球蓄冷）武漢科技會展中心武漢科技會展中心（冰球蓄冷）（冰球蓄冷） 湖北劇場湖北劇場（水蓄冷）（水蓄冷）冰蓄冷與常規(guī)電制冷的經(jīng)濟性比較(示例)江蘇廣播電視綜合大樓工程概況江蘇廣播電視綜合大樓工程概況江蘇地區(qū)分時電價江蘇地區(qū)分時電價冰蓄冷與常規(guī)電制冷的經(jīng)濟性分析冰蓄冷與常規(guī)電制冷的經(jīng)濟性分析冰蓄冷優(yōu)勢：冰蓄冷優(yōu)勢：冷水機組容量降低冷水機組容量降低3838

3、空調設備功率減少空調設備功率減少2727年運行費用節(jié)省年運行費用節(jié)省37.137.1萬元萬元冰漿冰漿（Ice Slurry） 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)冰漿微觀形態(tài)冰粒子微觀示意冰晶粒子融冰過程冰晶粒子融冰過程融冰過程中的冰粒子融冰過程中的冰粒子蓄冰槽蓄冰槽Ice Slurry制取方式制取方式幾種冰漿制取原理冰漿制取冰漿制取美國美國Paul Mueller CompanyPaul Mueller Company公司冰漿機制取冰漿的過程公司冰漿機制取冰漿的過程冰漿制取冰漿制取日本東洋制

4、作所開發(fā)的冰漿系統(tǒng)日本東洋制作所開發(fā)的冰漿系統(tǒng)冰漿用途冰漿用途果品冷藏果品冷藏水產(chǎn)品冷藏水產(chǎn)品冷藏水產(chǎn)品冷藏運輸水產(chǎn)品冷藏運輸工藝快速冷卻工藝快速冷卻低溫環(huán)境與滅火低溫環(huán)境與滅火超市食品冷藏超市食品冷藏冰漿空調系統(tǒng)典型的冰漿系統(tǒng)冰漿空調系統(tǒng)系統(tǒng)結構示意系統(tǒng)結構示意空調建筑物空調建筑物冰漿發(fā)生器冰漿發(fā)生器蓄冰室蓄冰室（1）蓄冰室蓄冰室（2）冰漿空調系統(tǒng)應用示例冰漿空調系統(tǒng)應用示例北京嘉里中心酒店北京嘉里中心酒店（Maximice冰漿技術）冰漿技術）商貿(mào)綜合樓商貿(mào)綜合樓（韓國，（韓國，sunwell冰漿技術）冰漿技術）京都火車戰(zhàn)京都火車戰(zhàn)（日本，高砂熱學過冷水技術）（日本，高砂熱學過冷水技術）冰漿

5、技術應用優(yōu)勢冰漿技術應用優(yōu)勢w 巨大的相變潛熱 ，并可利用低溫顯熱（冰的融解熱（冰的融解熱335kJ/kg，水的比熱容水的比熱容 4.18kJ/kg ）w 較好的流動性，可泵送至任何地方w 融冰釋冷速度，熱響應速度快w 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外研究機構w國際制冷學會冰漿研究會（Ice Slurry Workshop of IIR） w丹麥國際冰漿研究中心（International Ice Slurry Centre of Denmark） w國際能源署（International Energy Agency） 研究冰漿的學術機構w 美國阿爾貢國家實驗

6、室 w 美國橡樹嶺國家實驗室 w 加拿大 多倫多大學應用化學系 w 新西蘭 西新西蘭應用科計大學 w 丹麥科技研究院 w 荷蘭代夫特大學機械系 w 瑞典皇家技術學院 w 英國埃克塞特大學機械系 w 日本東京工業(yè)大學過冷水冰漿制取的原理過冷水冰漿制取的原理水的過冷特性曲線水的過冷特性曲線過冷水中冰晶的形成過程過冷水中冰晶的形成過程過冷現(xiàn)象：過冷現(xiàn)象：水溶液在冷卻時，最初溫度逐漸下降，水溶液在冷卻時，最初溫度逐漸下降，容易產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，達到一定過冷度容易產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，達到一定過冷度后，由于晶核形成，冰晶迅速長大。后，由于晶核形成，冰晶迅速長大。實驗構想：實驗構想：采取某些措施，防止過冷水過早的采取

7、某些措施，防止過冷水過早的消除過冷態(tài)，而在蓄冰槽中消除過消除過冷態(tài)，而在蓄冰槽中消除過冷，冰晶就會在蓄冰槽中連續(xù)生成冷，冰晶就會在蓄冰槽中連續(xù)生成。冰漿制取過程原理冰漿制取過程原理冰漿制取過程冰漿制取過程過冷卻（熱交換）器過冷卻（熱交換）器實驗系統(tǒng)圖過冷水過冷卻器蓄冰槽過冷解除實驗目的：實驗目的：獲得便捷，高效獲得便捷，高效節(jié)能和環(huán)保的節(jié)能和環(huán)保的動態(tài)制冰裝置動態(tài)制冰裝置實驗系統(tǒng)圖片 三個循環(huán)三個循環(huán) 介質介質制冷循環(huán)制冷循環(huán) R22載冷劑循環(huán)載冷劑循環(huán) 氯化鈣溶液氯化鈣溶液制冰循環(huán)制冰循環(huán) 乙二醇溶液乙二醇溶液載冷劑及溫控系統(tǒng)載冷劑桶載冷劑桶載冷劑載冷劑可調加熱溫控裝置可調加熱溫控裝置壓縮機

8、電壓調幅裝置可調節(jié)電壓可調節(jié)電壓150-300150-300v v制冷壓縮機制冷壓縮機溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集系統(tǒng)結構圖采集系統(tǒng)結構圖溫度一次顯示儀表溫度一次顯示儀表顯示屏上系統(tǒng)溫度實時監(jiān)測顯示屏上系統(tǒng)溫度實時監(jiān)測（1 1）顯示屏上系統(tǒng)溫度實時監(jiān)測顯示屏上系統(tǒng)溫度實時監(jiān)測（2 2）過冷卻（熱交換）器過冷卻（熱交換）器過冷卻器圖片過冷卻器圖片熱交換原理熱交換原理過冷水及冰漿制取過冷水及冰漿制取 冰漿生成冰漿生成（實驗結果）（實驗結果）純凈水過冷生成的冰晶純凈水過冷生成的冰晶乙醇溶液溶液（乙醇溶液溶液（7%）過冷生成的冰晶）過冷生成的冰晶乙二醇溶液（乙二醇溶液（6%）過冷生成的冰漿）過

9、冷生成的冰漿自來水過冷生成的冰山自來水過冷生成的冰山系統(tǒng)穩(wěn)定性分析過冷器出口溫度的變化曲線過冷器出口溫度的變化曲線過冷器冰堵模型過冷器冰堵模型冰堵中柱狀冰條冰堵中柱狀冰條1)1)管壁溫度較低，溶液經(jīng)過圓形管道后，溫管壁溫度較低，溶液經(jīng)過圓形管道后，溫度逐漸降低，如左圖，前段液體溫度高于對度逐漸降低，如左圖，前段液體溫度高于對應的凝固溫度，而后段壁面溫度達到冰點，應的凝固溫度，而后段壁面溫度達到冰點，溶液會在壁面附著，形成冰層。溶液會在壁面附著，形成冰層。2)2)由于液體響應相變速率較慢，管中心液體由于液體響應相變速率較慢，管中心液體會出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。會出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。3)3)實驗中由于液體含有較多

10、雜質粒子，而且實驗中由于液體含有較多雜質粒子，而且壁面條件利于冰晶的形成，故過冷水實驗中壁面條件利于冰晶的形成，故過冷水實驗中容易出現(xiàn)圖中的冰堵現(xiàn)象。容易出現(xiàn)圖中的冰堵現(xiàn)象。冰堵分析冰堵分析實驗結果分析影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的主要因素雜質粒子對系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響進口溫度對過冷度的影響冷卻速率對管內凍結的影響流動速率對管內凍結的影響雜質粒子的影響雜質粒子的影響w 雜質粒子的存在，在一定程度上起到了成核劑的作用。由于過冷器中壁面附近溫度梯度較大，而異質成核要求的過冷度要比均質成核低很多，所以，冰晶和雜質粒子進入過冷器，極容易誘發(fā)管內大量的冰晶形成，從而造成管內凍結。w 實驗發(fā)現(xiàn)，在蓄冰槽底部增加冰晶過濾

11、裝置，能夠大大提高系統(tǒng)穩(wěn)定運行的時間。在蓄冰槽底部回水口設置標準篩（200目）后，出口過冷度變大，過冷段維持的時間也相應變長。進口溫度對過冷度的影響進口溫度對過冷度的影響w 在過冷器出口液體達在過冷器出口液體達到過冷狀態(tài)時，進出到過冷狀態(tài)時，進出口溫差較大，乙二醇口溫差較大，乙二醇為為11，自來水甚至接，自來水甚至接近近22w 當管內出現(xiàn)凍結，溫當管內出現(xiàn)凍結，溫度突變后，溫差才明度突變后，溫差才明顯變小顯變小w 進口溫度太高，出口進口溫度太高，出口的過冷度不可能太大的過冷度不可能太大乙二醇溶液進出口溫度變化曲線乙二醇溶液進出口溫度變化曲線 進口溫度出口溫度冷卻速率對管內凍結的影響冷卻速率對管

12、內凍結的影響w 冷卻速率越大，過冷持續(xù)冷卻速率越大，過冷持續(xù)時間越短，但過冷器出口時間越短，但過冷器出口最大過冷度相差不大。最大過冷度相差不大。w 如果冷卻速率太高，壁面如果冷卻速率太高，壁面溫度梯度太大，過冷水極溫度梯度太大，過冷水極容易過早消除過冷狀態(tài)，容易過早消除過冷狀態(tài)，在管內形成冰晶，而冰晶在管內形成冰晶，而冰晶的形成又進一步誘發(fā)管內的形成又進一步誘發(fā)管內大量晶核的形成從而產(chǎn)生大量晶核的形成從而產(chǎn)生管內凍結。管內凍結。 （自來水）不同冷卻速率下過冷器出口溫度（自來水）不同冷卻速率下過冷器出口溫度 流動速率對管內凍結的影響流動速率對管內凍結的影響w在冷卻速率相同的情況下，在冷卻速率相同

13、的情況下，流速越大，出口最大過冷度流速越大，出口最大過冷度越小，越小，溫度出現(xiàn)突變所需的溫度出現(xiàn)突變所需的時間與流速幾乎成正比時間與流速幾乎成正比w在相同的冷卻速率時，流在相同的冷卻速率時，流速較小，溫度突變的時刻也速較小，溫度突變的時刻也會提前會提前w綜合考慮流速與冷卻速率綜合考慮流速與冷卻速率的影響，可以認為冷卻速率的影響，可以認為冷卻速率對過冷器管內凍結影響最大對過冷器管內凍結影響最大。純凈水的出口溫度純凈水的出口溫度乙二醇溶液出口溫度乙二醇溶液出口溫度過冷器管內防凍結策略過冷器管內防凍結策略（1 1）換熱器基底壁面處理換熱器基底壁面處理表面處理的目的是為了提高冰晶與基底材料之間的表面能

14、壘，表面處理的目的是為了提高冰晶與基底材料之間的表面能壘，使得晶核不容易在壁面產(chǎn)生。使得晶核不容易在壁面產(chǎn)生。壁面處理一般方法：金屬壁面電解拋光；精加工提高表面的光壁面處理一般方法：金屬壁面電解拋光；精加工提高表面的光滑度；采用特殊的壁面涂層材料?；龋徊捎锰厥獾谋诿嫱繉硬牧?。涂層材料可以采用聚四氟乙烯、酚醛樹脂、清漆和其他高分子涂層材料可以采用聚四氟乙烯、酚醛樹脂、清漆和其他高分子材料。材料。（2 2）添加抗凍劑添加抗凍劑在過冷水消除過冷形成冰晶時，冰晶長大并發(fā)生二次結晶現(xiàn)象，在過冷水消除過冷形成冰晶時，冰晶長大并發(fā)生二次結晶現(xiàn)象，為了防止冰晶尺寸過大，影響冰漿低溫蓄冷的能力，必須采取為了防

15、止冰晶尺寸過大，影響冰漿低溫蓄冷的能力，必須采取措施阻止冰晶的再生長。措施阻止冰晶的再生長。使用抗凍蛋白如（使用抗凍蛋白如（AFP-IAFP-I）可以有效的阻止冰漿的再結晶現(xiàn)象，可以有效的阻止冰漿的再結晶現(xiàn)象，提高冰漿的可流動性能提高冰漿的可流動性能過冷器管內防凍結策略過冷器管內防凍結策略（3 3）消除結晶核）消除結晶核 均勻成核均勻成核, ,要求有較大的過冷度。對比異質成核要求有較大的過冷度。對比異質成核, ,所要求的過冷度所要求的過冷度比均勻成核要小得多，因此，消除晶核與雜質粒子，可以降低異質比均勻成核要小得多，因此，消除晶核與雜質粒子，可以降低異質成核的可能性，提高水的過冷度。成核的可能性，提高水的過冷度。（4 4）減小管內溫度梯度）減小管內溫度梯度 流動處于湍流區(qū)，擾動增加，換熱系數(shù)較大，使得流體溫度場均流動處于湍流區(qū)，擾動增加，換熱系數(shù)較大，使得流體溫度場均勻，避免管內凍結。由于管壁溫度較低，管內邊界層低溫區(qū)轉移到勻，避免管內凍結