建筑環(huán)境能源工程第6章-蓄能技術的應用課件

1、蓄能技術的類型6.1蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6.2冰蓄冷空調技術類型6.3冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備6.4目 錄水蓄冷空調系統(tǒng)的形式與適用范圍6.5蓄熱供熱系統(tǒng)的形式與設備6.626.1 蓄能技術的類型在工業(yè)生產和日常生活中，由于能量的產生和需求有時間上和數(shù)量上的不一致，為了有效利用能量，經(jīng)常會設置一些蓄能裝置。蓄能，又稱為儲能，是將不穩(wěn)定的能量轉化為在自然條件下比較穩(wěn)定存在形態(tài)的過程，包括自然界和人為的轉化方法。其中采取儲存和釋放能量的人為過程或技術手段，就稱為蓄能技術。按蓄能形態(tài)來分，有儲存石油、煤炭、天然氣等本身就是一種含能體的能量儲存方式；也有進行能源轉換的蓄能方式，把要蓄存的能源

2、轉化為熱能、機械能、電磁能和化學能等。6.1.1 熱能蓄能熱能是最普遍的能量形式。熱能蓄能就是把某段時間內不需要的熱量通過技術手段收集儲存，等到需要用時再提取。熱能蓄能技術有顯熱蓄能、潛熱蓄能和化學反應蓄能三種。36.1 蓄能技術的類型6.1.1 熱能蓄能6.1.1.1 顯熱蓄能（1） 蒸汽蓄能 在熱電廠，當外界負荷低時，將多余的中壓蒸汽（4.8MPa左右）導入蓄熱器蓄存。當外界需要負荷時，就將蓄熱器中的蒸汽補充給汽輪機組發(fā)電，使得電廠鍋爐和汽輪機都能以最佳參數(shù)運行，蓄熱器起調峰機組的作用。（2）熱水蓄能 用高壓熱水的形式把火電或核電機組在夜間低谷時產生的部分熱量儲存起來，白天高峰負荷時，利用

3、二相流的熱水透平設備和閃蒸蒸汽透平設備將儲存的熱水用來發(fā)電。46.1 蓄能技術的類型6.1.1 熱能蓄能6.1.1.2 潛熱蓄能潛熱蓄能是利用蓄熱材料發(fā)生相變來實現(xiàn)的，因為通常是利用固體液體相變蓄能，因此熔化潛熱大、熔點在適應范圍內、冷卻時結晶率大、化學穩(wěn)定性好、熱導率大等特點是好的蓄熱材料的主要指標同時因為水的汽化潛熱較大、溫度適應范圍較大、化學性質穩(wěn)定、無毒、價廉等優(yōu)點，使它成為應用最廣泛的液體氣體相變蓄熱材料但由于水在汽化時有很大的體積變化，需要較大的蓄熱容器。56.1 蓄能技術的類型6.1.1 熱能蓄能6.1.1.2 潛熱蓄能(1)相變蓄熱供暖為了減少用電的峰谷差，在夜間充分利用廉價的

4、電能加熱相變材料，以潛熱的形式把熱能蓄存起來，在白天讓相變材料把蓄存的熱能釋放出來給房間供暖。相變蓄熱供暖方式中應用最廣泛的是電加熱蓄熱式地板供暖，其運行費用比無蓄熱的電熱供暖方式低。此外還有吸收太陽能輻射熱的相變蓄熱地板、利用樓板蓄熱的吊頂空調系統(tǒng)以及相變蓄能墻等。普通散熱器供暖主要依靠空氣對流散熱，各種蓄熱供暖主要利用輻射加熱，也有部分對流加熱，舒適性高。66.1 蓄能技術的類型6.1.1 熱能蓄能6.1.1.2 潛熱蓄能(2)蓄冷空調空調系統(tǒng)是空調蓄冷技術研究的熱點和方向。在夜間電網(wǎng)低谷時，也是一般空調系統(tǒng)負荷低谷時，這時開啟制冷主機制冷并將冷量用蓄冷設備儲存起來。在白天電網(wǎng)高峰用電時，

5、也是一般空調系統(tǒng)負荷高峰時，釋放出儲存的冷量來滿足空調系統(tǒng)的需要。目前蓄冷空調主要有冰蓄冷和水蓄冷，以及共晶鹽蓄冷和氣體水合物蓄冷等陸續(xù)應用在實際工程中。空調相變蓄冷的優(yōu)勢主要是相變蓄冷材料的儲能密度是同體積顯熱儲能物質的5 14 倍，可根據(jù)空調系統(tǒng)特性選取適宜的相變溫度，直接采用常規(guī)單工況制冷機蓄冷，獲得較高的蒸發(fā)溫度，提高系統(tǒng)效率。76.1 蓄能技術的類型6.1.1 熱能蓄能6.1.1.2 潛熱蓄能(2)蓄冷空調隨著社會和經(jīng)濟發(fā)展以及人民生活水平的提高，能源消耗已成為制約人類發(fā)展的首要問題，其中電力緊張成為社會發(fā)展面臨的首要問題，電力供應高峰不足而低谷過剩的矛盾日益突出，某些地區(qū)用電峰谷差

6、以每年10%的速度持續(xù)增長。為此有關部門實行了電力峰谷差價的政策，旨在“移峰填谷”。于是蓄冷空調應運而生，該技術被認為是平衡峰谷用電差距，緩解電力緊張的有效途徑。開發(fā)和應用適于空調蓄冷的相變材料，優(yōu)化相變蓄冷設備和運行工況，開發(fā)新型相變蓄冷空調系統(tǒng)是空調蓄冷技術研究的熱點和方向。86.1 蓄能技術的類型6.1.1 熱能蓄能6.1.1.3 化學反應熱蓄能利用可逆化學反應通過熱能與化學熱的轉換來蓄熱就是化學反應蓄能，受熱和受冷時發(fā)生可逆反應，分別對外吸熱或放熱，可以把熱能蓄存起來。典型的化學蓄熱體系有CaO-H2O、MgO- H2O、H2SO4 -H2O等。利用無機鹽的水合脫水反應，結合水的蒸發(fā)、

7、冷凝而構成的化學熱泵稱之為水合物系，適用于有效利用低溫、中溫的太陽能和工業(yè)余熱。利用堿金屬、堿土金屬氫氧化物的脫水加水反應完成蓄熱的氫氧化物系。此外還有金屬氫化物的蓄熱?？勺鳛榛瘜W反應熱蓄能的熱分解反應很多。但需要滿足一些條件才便于應用，例如反應可逆性好沒有明顯的附帶反應、正逆反應快、滿足熱量輸入輸出的要求、反應生成物容易分離且能穩(wěn)定儲存、反應物和生成物都無毒無腐蝕不可燃等。96.1 蓄能技術的類型6.1.2 機械能蓄能把要儲存的能源轉化為機械能稱之為機械能蓄能，目前開發(fā)應用的蓄存技術包括飛輪蓄能、抽水蓄能和壓縮空氣蓄能三種。（1）飛輪蓄能飛輪蓄能是將電能轉化成可蓄存的動能或勢能，當電網(wǎng)電量富

8、裕時，通過電動機拖動飛輪加速以動能的形式蓄存電能，當電網(wǎng)需要電量，飛輪減速并拖動發(fā)電機發(fā)電釋放電能。隨著風力發(fā)電技術的成熟，風力發(fā)電機組+內燃機組+飛輪蓄能的組合裝置承擔著局部沖擊負荷，并起調峰作用。106.1 蓄能技術的類型6.1.2 機械能蓄能（2）抽水蓄能抽水蓄能是利用電力系統(tǒng)負荷低谷時剩余的電量，將抽水蓄能機組作水泵工況運行，把下水庫的水抽到上水庫，蓄存于上水庫中，把不好儲存的電能轉化成好儲存的水的勢能。當電網(wǎng)出現(xiàn)高峰負荷時，抽水蓄能機組作水輪機工況運行，把上水庫的水用來水力發(fā)電，以滿足調峰需要。抽水蓄能運行方式靈活，啟動時間較短，增減負荷速度快，運行成本低，但是初期投資較大，工期長，

9、建設工程量大，遠離負荷中心，需要額外的輸變電設備，而且能量轉換的效率只有6070%。116.1 蓄能技術的類型6.1.2 機械能蓄能（3） 壓縮空氣蓄能壓縮空氣蓄能也是利用電力系統(tǒng)負荷低谷時剩余的電量，由電動機帶動空氣壓縮機將空氣壓入密閉的大容量儲氣室，把不好儲存的電能轉化成好儲存的壓縮空氣的氣壓勢能。當電網(wǎng)出現(xiàn)高峰負荷或發(fā)電量不足時，把壓縮空氣經(jīng)換熱器與油或天然氣混合燃燒，導入燃氣輪機作功發(fā)電，以滿足調峰需要。壓縮空氣蓄能運行方式靈活，啟動時間短，污染物排放量和運行成本都只有同容量燃氣輪機的1/3，投資相對較少，但是遠離負荷中心，需要密閉大容量地下洞穴等一定的地質條件，能量轉換的效率有657

10、5%。126.1 蓄能技術的類型6.1.3 電磁能蓄能把要儲存的能源轉化為電磁能稱之為電磁能蓄能。目前開發(fā)應用的蓄存技術包括電容器蓄能、和超導電磁蓄能兩種。（1）電容器蓄能電容器是儲存電荷的“容器”，它儲存的正負電荷等量地分布于兩塊中間隔以電介質的導體板上。和電池這些蓄能元件相比，電容器可以瞬時充放電，而且充放電電流基本不受限制，能為熔焊機、閃光燈等設備提供大功率的瞬時脈沖電流。136.1 蓄能技術的類型6.1.3 電磁能蓄能（2）超導電磁蓄能超導電磁蓄能是把超導體材料制成超導螺旋管，通過功率調節(jié)器，將電力系統(tǒng)負荷低谷時剩余的電量轉化成直流電，以磁場形式儲存在超導螺旋管中。當電網(wǎng)出現(xiàn)高峰負荷或

11、發(fā)電量不足時，通過功率調節(jié)器的逆向輸送，把儲存在超導螺旋管中的磁場能轉換成交流電，來補充電網(wǎng)電力。超導電磁蓄能不經(jīng)過其他形式的能量轉換，反應速度快，可長期無損耗的蓄存能量，能量轉換效率高達9295%，同時單位蓄能量的成本低，操作維護方便，占地面積小，不受地形限制。但是初期投資大，冷卻技術比較復雜，強磁場對環(huán)境可能產生影響。146.1 蓄能技術的類型6.1.4 化學能蓄能把要儲存的能源轉化為化學能稱之為化學能蓄能，目前開發(fā)應用的蓄存技術主要是化學燃料蓄能和電化學蓄能兩種。（1） 化學燃料蓄能煤、石油、天然氣等化學燃料以及由他們加工獲得的各種燃料油和煤氣等，本身就是一種含能體，將這些含能體儲存起來

12、也可以實現(xiàn)能量蓄存的目的。譬如汽車的油箱，飛機和飛行器的燃料儲存箱，燃煤電廠的堆煤場，天然氣儲氣罐等，都是化學燃料蓄能。156.1 蓄能技術的類型6.1.4 化學能蓄能（2）電化學蓄能電池就是一個電化學系統(tǒng)，一般分為三種：原電池、蓄電池和燃料電池。電池工作時，化學能轉化為電能。原電池經(jīng)過連續(xù)放電或間歇放電后，不能用充電的方法將兩極的活性物質恢復到初始狀態(tài)，反應不可逆。蓄電池放電時通過化學反應產生電能，充電時將電能以化學能的形式重新蓄存起來，使體系恢復到原來狀態(tài)，實現(xiàn)了電池兩極的可逆充放電反應。燃料電池又稱為連續(xù)電池，是一種新型發(fā)電技術，相當于一個進行電化學反應的反應器。正負極本身不包含活性物質

13、，活性物質被連續(xù)注入電池，電池就源源不斷地產生電能。目前應用較廣的燃料電池是質子交換膜電池，其核心是三合一電極，由兩塊涂有催化劑的電極和夾在中間的質子交換膜壓合而成。燃料電池的轉化效率比較高，是一種有效的蓄能手段。在熱電聯(lián)供情況下，可根據(jù)需要進行串聯(lián)、并聯(lián)，負荷幾秒鐘內從最低可升至最高，污染物排放很少，燃料總利用率可達80%。166.2 蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6.2.1蓄能空調原理和介質蓄能空調就是蓄冷、蓄熱空調，即把電網(wǎng)負荷低谷時段的電力用于制冷或制熱，將水等蓄能介質制成冰或者熱水，達到儲存冷量或熱量的目的，在電網(wǎng)負荷高峰時段就將冷量或熱量釋放出來，作為空氣的冷熱源。蓄能空調系統(tǒng)的特點是

14、轉移設備的運行時間，充分利用夜間的廉價電，減少白天的峰值用電，實現(xiàn)電力移峰填谷的目的。液、金屬、石塊等都可以作為蓄能介質，但理想的蓄能介質應該滿足工作性能、經(jīng)濟性、安全性等方面的要求。具有較大的熱容量、較高的潛熱、合適的相變溫度、良好的導熱性能、化學性能穩(wěn)定、無毒無腐蝕、不污染環(huán)境、使用壽命長、價格便宜等特點，符合要求的常用蓄能介質為水、冰、及部分相變材料。176.2 蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6.2.2 蓄能空調的國內外發(fā)展狀況用人工制冷的蓄冷空調大約出現(xiàn)在20世紀30年代，最初主要用于影劇院、乳品加工廠等。后來由于蓄冷裝置成本大，以及多耗電的不利因素比較突出，此項技術的發(fā)展停滯了一段時間。

15、20世紀70年代，由于全球性能源危機，加之美國、加拿大和歐洲一些工業(yè)發(fā)達國家夏季的電負荷增長和峰谷差拉大的速度驚人，以至不斷增建發(fā)電站來滿足高峰負荷，到夜里，發(fā)電機組又閑置下來，而且夜間發(fā)電站是在很低的負荷下低效率運轉。于是，蓄能技術的研究又迅猛發(fā)展起來，并派生出水蓄能、冰蓄能、化合物蓄能等技術手段。186.2 蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6.2.2 蓄能空調的國內外發(fā)展狀況冰蓄冷技術研究較多，并試驗性的引入到集中空調系統(tǒng)。20世紀80年代，美國能源部主持召開“冰蓄冷在制冷工程中的應用”專題研討會，首次提出與冰蓄冷相結合的低溫送風系統(tǒng)，此后，冰蓄冷空調的使用不斷增多。到20世紀90年代，美國有4

16、0多家電力公司制定了分時計費電價，從事蓄冷系統(tǒng)及冰蓄冷專用制冷機開發(fā)的公司也多達10家。1994年底前，美國約有4000多個蓄冷空調系統(tǒng)用于不同的建筑物。美國BAC公司在芝加哥的最大盤管式冰蓄冷空調系統(tǒng)，最大蓄冷量近46萬kWh。近年來，Calmac蓄冰筒、FAFCO蓄冰槽等設備日趨完善，BAC外融冰蓄冰槽向內融冰蓄冰槽方向發(fā)展，MaximICE推出動態(tài)蓄冰系統(tǒng)等推動了美國冰蓄冷空調技術的發(fā)展和應用。196.2 蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6.2.2 蓄能空調的國內外發(fā)展狀況日本由于戰(zhàn)敗引起的經(jīng)濟衰退，20世紀90年代以前，主要是發(fā)展初投資較低的水蓄能系統(tǒng)，后來才轉向發(fā)展冰蓄冷系統(tǒng)。1998年底

17、前，日本大約有9400個蓄冷空調系統(tǒng)在運行。到2002年已建成一萬多套蓄冷空調系統(tǒng)，其中集中式冰蓄冷2039項，分散式冰蓄冷14813項，電網(wǎng)低谷約有45%被應用。截至2004年，日本小型冰蓄冷空調機組達到6萬多臺，總容量超過8000MW h，而且一般都具有蓄熱功能，其蓄熱量主要用于熱泵除霜，也有部分機組利用晚上低谷電蓄熱，直接用于白天供暖。日本橫濱市最大的冰球式冰蓄冷空調系統(tǒng)最大蓄冷量近39萬kWh。206.2 蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6.2.2 蓄能空調的國內外發(fā)展狀況20世紀70年代初就有學者將水蓄冷空調技術引入到我國，但行業(yè)內只是展開理論和技術的研討。直到20世紀80年代末90年代初

18、，隨著改革開放的不斷發(fā)展，集中空調和居民空調的耗電量占整個城市用電的比例不斷上升，電力供應高峰不足而低谷過剩的矛盾相當突出，才開始實際工程應用。1994年10月及1995年4月召開的全國節(jié)電、計劃用電會議上，提出在2000年前全國電網(wǎng)要實現(xiàn)將10001200萬Kw高峰電負荷轉移至后半夜的目標，“蓄冷空調”成為電力部門和空調制冷界共同關注的重點。216.2 蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6.2.2 蓄能空調的國內外發(fā)展狀況為了大力推進蓄冷空調的應用，國家計委、電力工業(yè)部等部門實行電力供應峰谷不同電價的政策，來推動削峰填谷的策略，以此緩解電力建設與新增用電的矛盾。例如北京市峰谷電價為：高峰0.85元，

19、平段0.514元，低谷0.20元；天津市峰谷電價為：高峰0.792元，平段0.475元，低谷0.18元。杭州市、煙臺市等給冰蓄冷用戶許多優(yōu)惠措施，在上海、天津、武漢等地建立冰蓄冷空調示范工程。早期的蓄冷空調系統(tǒng)有深圳電子科技大廈和北京日報社綜合辦公樓，以后建成和投入運行的冰蓄冷項目越來越多，研制和生產蓄冷設備的廠家也比較多。226.2 蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6.2.3蓄能空調優(yōu)缺點及適用范圍所謂蓄冷、蓄熱空調，就是將電網(wǎng)負荷低谷時段的電力用于制冷和制熱，利用水或優(yōu)態(tài)鹽等介質的顯熱和潛熱，將制得的冷量和熱量儲存起來，在電網(wǎng)負荷高峰段時再將冷、熱量釋放出來，作為空調的冷熱源。近年來空氣調節(jié)系統(tǒng)

20、是用電大戶，也是造成電網(wǎng)峰谷負荷差的主要原因之一。蓄冷和蓄熱的空調系統(tǒng)是解決這一矛盾的主要方法，使空調系統(tǒng)原來高峰期8個小時或12小時的運行改為24小時全日蓄能和放能的運行，使制冷機組的裝機容量、供電設備的容量減少3050%，如果實行峰谷電價差，可節(jié)省大量的運行費用。蓄能空調技術的種類很多，其中以冰蓄冷技術的利用比較成熟。冰蓄冷是利用冰的相變潛熱來儲存冷量，因為相變溫度0是比較低的，而且蓄冰時存在比較大（46）的過冷度，因此其制冷主機的蒸發(fā)溫度必須低至-8-10，這樣就降低了制冷機組的效率。而且空調工況和蓄冰工況需要配置雙工況制冷主機，增加了系統(tǒng)的復雜性236.2 蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6

21、.2.3蓄能空調優(yōu)缺點及適用范圍該系統(tǒng)的其他缺點 蓄能空調的一次性投資比常規(guī)空調大；蓄能裝置通常需要占用額外的建筑空間；蓄能空調的設計與調試相對復雜，必須為用戶提供專業(yè)的工程設計、制造、安裝、調試、售后服務等； 蓄能空調產品設計、評定、運行、操作、驗收標準等有待進一步規(guī)范。246.2 蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6.2.3蓄能空調優(yōu)缺點及適用范圍該系統(tǒng)的其他優(yōu)點平衡電網(wǎng)峰谷負荷，減緩電廠和輸變電設施的建設制冷主機容量減少，減少空調系統(tǒng)電力增容費和供配電設施費利用電網(wǎng)峰谷負荷電力差價，降低空調運行費用冷凍水溫度可降低到14，可實現(xiàn)大溫差、低溫送風、節(jié)省水、風輸送系統(tǒng)的投資和能耗相對濕度較低，空調品

22、質提高，可 防止中央空調綜合癥具有應急冷源，空調可靠性提高256.2 蓄能空調發(fā)展狀況和適用范圍6.2.3蓄能空調優(yōu)缺點及適用范圍特點小結蓄能空調能夠利用電價的峰谷差，通過節(jié)省電費來回收系統(tǒng)初投資，隨著更加優(yōu)惠的電力政策出臺，蓄能空調投資回收期限將進一步縮短，這是其他空調系統(tǒng)無法比擬的。當?shù)氐碾妰r政策是決定是否采用蓄冷空調的關鍵，電價由電力報裝費、峰谷電價和基本電價三部分構成，其中的電力報裝費影響初投資，峰谷電價和基本電價影響運行費用。前兩部分是影響蓄冷空調經(jīng)濟性的重要因素。另外，通過設置與冰蓄冷相結合的低溫、超低溫送風空調系統(tǒng)大大降低能耗，采用小型化風機、縮小風管尺寸等都可以在一定程度上彌補

23、設置蓄冰系統(tǒng)增加的初投資，從而整體上提高冰蓄冷空調的競爭能力。目前，我國已建成并投入運行的蓄冰系統(tǒng)有164 個，總蓄冰量達到 2477302kWh，相當于每天轉移高峰時段用電 869200kWh，產生了巨大的經(jīng)濟效益，這還未計算建設電廠占用土地、電廠管理以及對環(huán)境的污染。266.3 冰蓄冷空調技術類型冰蓄冷空調系統(tǒng)的種類和制冰形式有很多種。從蓄冷系統(tǒng)所用的冷媒來分有直接蒸發(fā)式和間接冷媒式。直接蒸發(fā)式制冰空調系統(tǒng)是指制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器直接用來做制冰元件，以蓄冷槽代替蒸發(fā)器，蓄冰過程中，制冷劑與冷凍水只發(fā)生一次熱交換。間接冷媒式是利用制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器冷卻載冷劑，再用載冷劑來制冰，需要兩次換熱才能實現(xiàn)

24、蓄冰過程。按制冷主機和蓄冰裝置所組成的循環(huán)流程分為并聯(lián)和串聯(lián)系統(tǒng)。按蓄冰的形式不同，可分為靜態(tài)蓄冰和動態(tài)蓄冰。靜態(tài)蓄冰是指蓄冰設備和制冰部件為一體結構，冰的制備和融化在同一位置進行。動態(tài)蓄冰是指制冰機和蓄冷槽相對獨立，冰的制備和儲存不在同一位置。取冷過程有外融冰方式和內融冰方式兩種。276.3.1 冰盤管式此蓄冷系統(tǒng)屬于直接蒸發(fā)式，其制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器直接放在蓄冷槽內，如圖6-1。蓄冷過程中，低溫制冷劑（-5以下）或載冷劑在盤管內循環(huán)，吸收蓄冷槽中水的熱量，冰層結在蒸發(fā)器盤管的外表面，隨著蓄冷時間的推移，冰層越來越厚。因為冰的熱阻較大，所以冰層厚度應控制在36mm以內，否則制冷機的蒸發(fā)溫度會降低

25、，耗電量增加。6.3 冰蓄冷空調技術類型286.3.1 冰盤管式融冰過程中溫度較高的空調冷凍水回水與冰直接接觸，冰由外向內融化，也稱外融冰系統(tǒng)，可以在較短時間內產生大量的低溫冷凍水。由于釋冷速度快，適用于工業(yè)制冷和低溫送風空調系統(tǒng)。如圖6-2是外融冰方式示意圖，溫度較高的空調系統(tǒng)回水直接送入盤管表面結有冰層的蓄冷槽，盤管表面的冰層由外向內逐漸融化?？照{回水與冰層直接接觸，換熱效果好，取冷快，空調回水溫度可以降低到1左右，這樣空調供低溫水直接來自蓄冷槽也不需要二次換熱裝置。由于盤管外表面凍結的冰層不太均勻，容易形成水流死角，需要攪拌措施；另外蓄冷槽內應保持50以上的水，否則無法抽取低溫水使用并進

26、行融冰。因此最好使用厚度控制器和攪拌措施或增加盤管中心距，以避免“冰橋”發(fā)生，但蓄冷槽容積必須較大。6.3 冰蓄冷空調技術類型296.3.2 完全凍結式將冷水機組出來的載冷劑（也叫二次制冷劑，一般為低溫乙二醇溶液，平均溫度在64）送入蓄冰槽中的塑料管或金屬管內，使管外的水結冰。蓄水槽可以將90以上的水凍結成冰。融冰時，從空調負荷端（或二次換熱裝置）流回的溫度較高的乙二醇水溶液進入蓄冰槽，仍在塑料或金屬管內流動循環(huán)，通過盤管表面將熱量傳遞給管外的冰層，使盤管外表面的冰層自內向外逐漸融化進行取冷。6.3 冰蓄冷空調技術類型306.3.2 完全凍結式結冰和融冰過程見圖6-3和6-4。對于冰塊來說，是

27、從內部融冰，所以稱為內融冰式。 盤管與冰接觸以外的部分，熱量傳遞主要通過盤管外水的對流來實現(xiàn)，由于上冷下熱的效果，盤管水平中心線以上部分的水對流傳熱效果好。另外由于水的熱導率僅為冰的25%左右，融冰換熱熱阻較大，影響取冷速率，目前采用細管和薄冰層蓄冰來解決這個問題。同時，內融冰系統(tǒng)為閉式流程，對系統(tǒng)的防腐及靜壓問題的處理較為簡便、經(jīng)濟。6.3 冰蓄冷空調技術類型316.3.3 冰球式封裝式蓄冷設備是將蓄冷材料封裝在球形或板狀小容器內，并把許多小容器密集地放置在密封罐或開式槽體內。這種小蓄冷容器有冰球、冰板和芯心冰球三種形式。其中冰球式蓄冷裝置內，一般蓄冰球外殼用高密度聚合烯烴材料制成，內部裝填

28、水和冰成核劑作為蓄冷介質，形狀及大小視不同的廠家而異。法國Cristopia公司用于空調蓄冷的C.OO型號冰球，外徑有96mm和77mm等。美國Cryogel公司的冰球直徑為100mm，其表面有多處凹渦，可以使用自然堆壘方式安裝于密閉壓力鋼槽內，當冰球結冰體積膨脹時凹處外凸成平滑圓球。乙二醇水溶液在球與球之間流動，球內的水結冰。為了防止乙二醇水溶液從自由水面或無球空間旁通過，安裝時冰球成包裝排列填滿在整個蓄冷槽內，可以使每個冰球四周形成環(huán)流，熱交換均衡。6.3 冰蓄冷空調技術類型326.3.3 冰球式冰球的結冰過程和融冰過程見圖6-5和6-6。蓄冷槽有臥式和立式兩種，為了使所有的溶液均勻地掠過

29、槽內部的冰球，使溶液在蓄冷槽內均勻流動。為了提高換熱效率，蓄冷槽內設置必要的導流擋板，避免流動短路現(xiàn)象。立式蓄冷槽內，當冰球浮在槽體頂部時，溶液幾乎是自動地均勻流過，效果更好。只要乙二醇水溶液流場分布均勻，釋冷效果是較好的6.3 冰蓄冷空調技術類型336.3.4 制冰滑落式上述三種蓄冷設備的蓄冰層或冰球都是一次凍結完成，屬于靜態(tài)制冰。蓄冰冰層凍結得越厚，制冷機的蒸發(fā)溫度越低，性能系數(shù)也越低。如果能控制冰層的厚度，每次僅凍結薄層片冰，并且能反復快速制冷，則可以提高制冷機的蒸發(fā)溫度23，從而提高制冷機容量和效率等性能系數(shù)。制冰滑落式正是在這個基礎上開發(fā)出來的。該系統(tǒng)基本是以垂直板片式制冰機作為制冷

30、設備，板式蒸發(fā)器表面上不斷凍結薄片，以保溫的槽體作為蓄冷設備保存不斷滑落的冰片。6.3 冰蓄冷空調技術類型346.3.4 制冰滑落式如圖6-7所示為制冰滑落式蓄冷空調系統(tǒng)流程圖，1-2-3-4-5為制冷劑流程給蒸發(fā)器4進行吸熱制冷。低溫水經(jīng)過6輸送到熱交換器8與空調用戶回水換熱后升溫經(jīng)過閥門9重新噴淋到蒸發(fā)器表面，部分結冰部分落入蓄冷槽。除冰的方法一般采用制冷劑熱氣除霜原理，使冰層從蒸發(fā)器表面脫落依靠重力落入下部放置的蓄冷槽?！敖Y冰”和“取冰”可以反復進行，如圖6-8。6.3 冰蓄冷空調技術類型356.3.4 制冰滑落式其制冰過程為：在循環(huán)水泵的作用下通過分水集管，制冰原料水從水箱中循環(huán)至制冰

31、蒸發(fā)板模塊上部的分水盤（也稱布水器），通過分水盤的均勻分配，循環(huán)水沿蒸發(fā)板表面呈膜狀均勻流下，制冷劑在蒸發(fā)板內吸熱蒸發(fā)，部分水凝結成冰附著在蒸發(fā)板的表面，并不斷增厚，另一部分水落到蓄冰槽內，由循環(huán)水泵吸入，進入蒸發(fā)板模塊上部的分水盤，從而完成整個制冰過程。其脫冰過程為：根據(jù)制冰時間，控制蒸發(fā)板表面的冰層厚度為612mm（可根據(jù)需要現(xiàn)場調整制冰時間），當制冰時間達到預設定值時，某一組蒸發(fā)板模塊的高溫制冷劑進氣電磁閥打開，供液電磁閥關閉，部分熱的制冷劑氣體進入蒸發(fā)板內使蒸發(fā)板溫度升高，與蒸發(fā)板表面接觸的冰由于受熱微融失去附著力，冰層與蒸發(fā)板脫離，依靠重力落到滑冰板內，破碎成小冰片，經(jīng)螺旋送冰裝置送

32、出。當某一組蒸發(fā)板表面冰完全脫落后，與蒸發(fā)板配套的高溫制冷劑進氣電磁閥關閉，重新進入制冰狀態(tài)，同時另一組蒸發(fā)板的制冷劑進氣電磁閥打開，進入脫冰過程，依次循環(huán)，直到所有蒸發(fā)板模塊的冰脫落。當某一組蒸發(fā)板模塊進入脫冰過程時，其它組蒸發(fā)板模塊仍處于制冰狀態(tài)，循環(huán)反復進行。6.3 冰蓄冷空調技術類型366.3.4 制冰滑落式制冰滑落式的設備剖面圖如圖6-9。由于片狀的冰具有很大的表面積，熱交換性能好，有較高的釋冷速度，通常情況下，蓄冷槽內即使有80%90%的冰被融化，仍能保持釋冷溫度不高于2。但由于蓄冷槽本身有適當?shù)纳疃?，而且冰比水輕使得部分冰塊漂浮在水面，故容易造成不均勻的冰塊堆疊分布，降低了蓄冷槽

33、的有效蓄冰容積。解決的辦法就是在制冰主機的落冰處加裝螺桿輸送機構，借助螺桿機構的引導使落冰分配到蓄冷槽的各個角落，提高蓄冷槽的空間利用率。6.3 冰蓄冷空調技術類型376.3.5 優(yōu)態(tài)鹽式優(yōu)態(tài)鹽也稱為共晶鹽，是一種無機鹽，由硫酸鈉加水和添加劑調配而成，充注在高密度聚乙烯容器內，是目前除了冰以外采用的主要相變蓄冷材料。由于冰蓄冷空調首先使水結成冰，制冷機的蒸發(fā)溫度非常低，使得目前只有三級離心式和螺桿式冷水機組才能應用，同時一般情況下還需增加板式換熱器，這些情況給活塞式空調系統(tǒng)的改造帶來較大的困難。優(yōu)態(tài)鹽式的蓄冷空調技術理論上可以在任何溫度下進行相變，相變溫度高于0，正是克服了冰蓄冷蒸發(fā)溫度低這個

34、缺點，適合與任何冷水機組配合使用，冷凍水也不需要添加防凍液。美國Transphase公司共晶鹽蓄冷的相變溫度為5或8.3；我國臺佳公司的高溫相變共晶鹽蓄冷系統(tǒng)的相變溫度為8。6.3 冰蓄冷空調技術類型386.3.5 優(yōu)態(tài)鹽式優(yōu)態(tài)鹽無論蓄冷放熱還是釋冷吸熱，都是通過容器壁和水進行熱交換的，所以要求容器壁有非常好的傳熱性能和足夠大的表面積，以保證優(yōu)態(tài)鹽蓄冷系統(tǒng)的正常蓄冷和放冷。另外，通常優(yōu)態(tài)鹽在過飽和狀態(tài)溶解時，一部分無機鹽會沉淀在容器底部，使部分液體浮在容器的上部，形成“層化現(xiàn)象”。如果優(yōu)態(tài)鹽的層化現(xiàn)象沒有得到控制，在經(jīng)過最初的幾千次反復凍結與溶解后，蓄冷容量僅剩下60%左右，會損失40%左右的

35、溶解熱，大大降低蓄冷設備的蓄冷能力。影響層化的因素很多，包括優(yōu)態(tài)鹽種類、核化方法、封裝容器的厚度等。美國Transphase公司采用濃化方法與設計獨特的優(yōu)態(tài)鹽容器，完全防止了層化現(xiàn)象。但在實際應用中優(yōu)態(tài)鹽的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、耐久性等還是面臨著挑戰(zhàn)。6.3 冰蓄冷空調技術類型396.3.6 冰晶式或冰泥式 冰晶式蓄冷也屬于動態(tài)制冰，通過冰晶制冷機將濃度較低的乙二醇溶液冷卻到0以下，并將此狀態(tài)的過冷水溶液送入蓄冷槽，溶液中就會分解出0的冰晶。若過冷溫度為-2，則會產生2.5%的直徑100微米的冰晶。由于單顆粒冰晶非常細小，且冰晶是比較均勻地混合在乙二醇水溶液中，所以其在蓄冷槽分布就十分均勻，

36、不會象其他冰蓄冷系統(tǒng)一樣容易在冰桶或冰槽內產生冰橋和死角，蓄冷槽的蓄冰率約50%，結晶化的溶液可以直接用泵輸送。由于生成的冰晶直徑小而且均勻，因此總的換熱面積大，制冰和融冰速度快且穩(wěn)定。6.3 冰蓄冷空調技術類型406.3.6 冰晶式或冰泥式其系統(tǒng)流程圖如下。如圖6-10（a），當制作冰晶時，被蒸發(fā)器冷卻到凍結點溫度以下的低濃度的乙二醇水溶液產生細小的冰晶從蒸發(fā)器4蓄冰晶槽5蓄冰泵6循環(huán)回到蒸發(fā)器4，實現(xiàn)制冰，直徑100微米的冰晶與乙二醇水溶液一起形成了泥漿狀，所以也叫冰泥，儲存在蓄冰晶槽5。如圖6-10（b），當有空調冷負荷要求融冰時，乙二醇水溶液從蓄冰晶槽5融冰泵8換熱器7蓄冰晶槽5。6.

37、3 冰蓄冷空調技術類型416.3.6 冰晶式或冰泥式冰晶式空調蓄冷系統(tǒng)的最大缺點是制冰機需要特殊設計和制造，費用大。同時，制冷能力和蓄冷能力偏小，目前還不適用于大型空調系統(tǒng)。在以上介紹的六種方式里，冰盤管式和冰球式兩項技術都很成熟，我國蓄冷空調工程中應用較多。冰盤管系統(tǒng)中，釋冷性能較穩(wěn)定，但由于盤管很長，決不能出現(xiàn)滲漏。冰球系統(tǒng)中，冰球生產方便，在槽內隨意堆放就可以，但釋冷特性沒有盤管穩(wěn)定。例如1993年投入運行的深圳電子科技大廈，建筑面積6.3萬平米，連地下室共38層，采用法國西雅特冰球，削峰能力為47%，16層以下乙二醇水溶液直接送到空氣處理設備，其他通過板式熱交換器轉為冷凍水。象1997

38、年投入運行的上海錦都大廈，采用的是浙江華源冰球。1999年竣工的中國國際貿易中心二期冰蓄冷工程中中采用3臺內融冰板式換熱器。6.3 冰蓄冷空調技術類型426.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式冰蓄冷空調系統(tǒng)轉移多少高峰負荷，儲存多少冷量與其采用的運行模式是分不開的。需要考慮建筑物空調負荷的分布、電力負荷分布、電費的計價結構、各種設備的容量及儲存空間等等。建筑物冷負荷的最大值一般出現(xiàn)在14001800的某個時刻，而其常規(guī)空調系統(tǒng)的設備選擇都是按最不利情況來選型的。我國定義的高峰用電時段是上午8001100及晚上18002100這段時間，所以除河南、湖南等幾個省外，絕大部分地區(qū)的空調冷負荷最大值時段都不

39、是用電高峰，因此冰蓄冷空調系統(tǒng)有多種運行模式。根據(jù)當?shù)仉娰M結構及其他優(yōu)惠政策，有明顯優(yōu)勢時可以只選擇一種運行模式，否則應選擇幾種不同的運行模式來進行經(jīng)濟比較。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備436.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式（1）全部蓄冷其蓄冷時間和空調時間完全錯開，夜間非用電高峰期間啟動制冷機進行蓄冷，當蓄冷量達到空調所需的全部冷量時，制冷機停機。白天空調期間制冷機不運行，依靠蓄冷系統(tǒng)融冰供冷。這種運行模式中蓄冷設備要承擔空調系統(tǒng)全部的冷負荷，使得蓄冷設備的容量較大。（2） 部分蓄冷為了減少制冷機組的裝機容量，蓄冷量為峰值的3060%，制冷機利用夜間電力低谷時段蓄冷，儲存部分冷量，白天

40、空調期間先釋冷，當冷量不足時再啟動制冷機組運行。一般來說 部分蓄冷比全部蓄冷制冷機利用率高，蓄冷設備容量小，是更為經(jīng)濟有效的負荷管理模式，應用較為廣泛。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備446.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式（3）分時蓄冷由于電費分時計價，一天中會有某些時段內電價最高，因此可以充分利用夜間低谷電或電費低谷期來制冰蓄冷，而在電力高峰時段不開制冷機全部靠釋冷滿足要求。（4）空調淡季釋冷按空調旺季設計的冰蓄冷系統(tǒng)，在空調淡季可以容易地部分或全部由蓄冷裝置中的冰融化供給，以更加節(jié)省運行費用。（5）應急釋冷也稱為應急冷源，當主要制冷系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，蓄冷系統(tǒng)起到替代的作用。低谷或平時段蓄冷

41、，根據(jù)臨時需要釋冷。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備456.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式具體的冰蓄冷空調系統(tǒng)運行策略和工作模式類型有多種，選擇時，要根據(jù)建筑物本身負荷的實際特點，經(jīng)過技術經(jīng)濟分析后，才能做出合適的選擇。下邊根據(jù)不凍液的循環(huán)運行模式來介紹，在不凍液循環(huán)中，按制冷機組和蓄冷裝置的相對位置不一樣，分為并聯(lián)連接和串聯(lián)連接兩種。并聯(lián)連接就是冷水機組設備和蓄冰槽等蓄冰設備并聯(lián)，兼顧壓縮機與蓄冷槽的容量和效率。但是這種連接方式使冷媒水的流量和出水溫度控制變得復雜，難以保持恒定。尤其當主機產生的冷媒水溫度較高，而蓄冷槽產生的冷媒水溫度低時，兩股冷媒水的混合消耗了蓄冰的低溫能量。因此實際中較

42、少使用。一般都采用串聯(lián)流程。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備466.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式如圖6-11就是串聯(lián)蓄冷，當啟動蓄冷模式時，閥門V2、V4、V5、V6 和水泵P2全部關閉，而閥門V3打開。當制冷機出液溫度和回液溫度都達到同一設定溫度（如-6.5）后，制冷機減載停機，蓄冷過程結束。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備476.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式液在板式換熱器進出口溫差在812或更大時采用。關閉閥門V3、V5，其他閥門都打開，從板式換熱器來的溫度稍高的不凍液首先進入蓄冰桶，溫度降低后再進入制冷機進一步降溫。這種模式釋冷速度高，不僅使蓄冷裝置的蓄冷容量得到充分的發(fā)揮，而且

43、進入制冷機的不凍液溫度不致太低，這樣制冷機的效率也不會太低。這種方式適合于工藝制冷和低溫空調系統(tǒng)。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備486.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式圖6-13顯示的是串聯(lián)釋冷制冷機優(yōu)先供冷的運行模式，關閉閥門V2、V4、V6，其他閥門都打開，從板式換熱器來的溫度稍高的不凍液首先進入制冷機的蒸發(fā)器，溫度降低后如果冷量還不夠再進入蓄冰桶進一步融化冰降溫。這種模式雖然進入制冷機的不凍液溫度較高，制冷機的效率較高，但是蓄冷裝置的釋冷速度較低，蓄冷容量得不到充分的發(fā)揮，常用于舒適性空調系統(tǒng)。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備496.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式圖6-14顯示的是單

44、蓄冷的運行模式。水泵P2、P3全部關閉，三通閥門V2將通向用戶的2和3通路關閉，閥門V1打開，制冷機在制冰工況下運行，乙二醇水溶液在制冷機、蓄冰桶和水泵P1構成的環(huán)路中循環(huán)，直到蓄冰桶中的冰量達到要求或電力低谷時段結束為止。充分利用低谷電制冷蓄冷。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備506.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式圖6-15顯示的是蓄冷和供冷同時進行的運行模式。一般用于辦公樓空調系統(tǒng)，上午開始上班時空調負荷比較低，一般也處于電力平段時間，這時制冷機一邊向蓄冰桶供冷，繼續(xù)蓄冷，一邊向空調用戶供冷。水泵P2、P3全部打開，三通閥門V2根據(jù)溫度要求調節(jié)來自板式換熱器的不凍液流量和來自制冷機的不凍

45、液流量，閥門V1也打開。經(jīng)過制冷機降溫的的不凍液一部分經(jīng)三通閥門V2供給空調用戶，一部分經(jīng)蓄冰桶與從板式換熱器來的溫度高一些的不凍液混合后經(jīng)水泵P1進入制冷機。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備516.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式圖6-17顯示的是單釋冷的運行模式。一般出現(xiàn)在用電高峰期間，水泵P2、P3全部打開，水泵P1、閥門V1、制冷機全部關閉，僅用蓄冰桶供冷。乙二醇水溶液在蓄冰桶和水泵P2、板式換熱器構成的環(huán)路中循環(huán)，通過三通閥門V2的調節(jié)，可以使用戶的冷凍水水溫保持要求，起到非常理想的移峰填谷作用。充分利用低谷電制冷蓄冷，盡量減少電力高峰時段的用電，這是蓄冷空調最突出的優(yōu)點。6.4 冰

46、蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備526.4.1冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式對于冰蓄冷空調，具體采用哪種運行模式，必須計算出設計日逐時冷負荷，并畫出冷負荷曲線圖，以便確定蓄冷量和選擇冷水機組大小。為了使設計人員快捷、方便、準確標出設計日逐時冷負荷，科研人員通過大量科學的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，提出了系數(shù)法和平均法的近似估算法以及動態(tài)計算法。目前，國內冰蓄冷空調系統(tǒng)大多是部分蓄冷，與常規(guī)空調中的冷水機組同時合用，增加20%30%的投資費用，如果沒有電力部門或政府部門的優(yōu)惠電力政策，僅靠電價差來補償，回收年限是比較長的，這樣會限制冰蓄冷空調系統(tǒng)的推廣應用。國外冰蓄冷空調系統(tǒng)一般采用區(qū)域性供冷，廣泛用于低溫送風，使其初投資明顯

47、下降，基本和常規(guī)空調系統(tǒng)初投資持平。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備536.4.2 冷水機組冷水機組是在制造廠內將制冷系統(tǒng)的全部或部分設備組裝成一個整體，結構緊湊，機組工作效率高。通常的冷水機組，其制冷能力隨蒸發(fā)溫度的降低而減少，隨冷凝溫度的降低而提高。選擇蓄冷空調用冷水機組，首先應考慮冷水機組的蒸發(fā)溫度適應蓄冷溫度的要求，其次要使冷水機組的容量和調節(jié)范圍滿足負荷需求。對水蓄冷系統(tǒng)和優(yōu)態(tài)鹽式蓄冷系統(tǒng)，一般可選常規(guī)冷水機組，載冷劑為水。而冰蓄冷空調系統(tǒng)一般要求制冷劑的蒸發(fā)溫度較低，所以對冰蓄冷空調系統(tǒng)，需采用雙工況運行的制冷機組。一般機組在制冰工況下的容量僅為標定容量的60%80%。6.4

48、冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備546.4.2 冷水機組常用的蓄冷空調主機形式和主要性能指標見表6-1。其中空調工況按冷卻水進出口溫度為32/37，冷凍水進出口溫度為12/7來計算的；蓄冷工況是質量分數(shù)為25%的乙二醇水溶液，進、出口溫度為-2/-6來計算的，冷卻水進出口溫度為30/35。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備556.4.2 冷水機組從表6-1中兩種工況下的性能參數(shù)對比，為了最大限度地提高在蓄冷工況下的制冷量，同時又使制冷機組易于從空調工況向蓄冷工況轉化。目前，制冷機組大多采用三級離心式、螺桿式及渦旋式。單級、雙級離心式制冷機變工況能力差，不適宜于蓄冰工況，三級離心式制冷機能適應空調

49、及蓄冰工況的要求，性能系數(shù)也最高。三級壓縮離心式冷水機組一般包括：全封閉三級壓縮機和電動機組合、蒸發(fā)器、冷凝強、兩級中間節(jié)能器、微處理機的控制柜、啟動柜、制冷劑和潤滑系統(tǒng)等。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備566.4.2 冷水機組如圖6-18所示。圖6-19為一種高級不銹鋼蒸發(fā)板組，其表面上不斷凍結薄片冰，并滑落到蓄冷槽內進行蓄冷。選擇冷水機組之前，按照建筑物空調冷負荷的計算方法算出逐時冷負荷，并畫出冷負荷曲線圖。因為使用冰蓄冷空調技術的主要目的是避開高峰用電，多用夜間低估電，起到削峰填谷的作用，所以空調冷負荷高峰部分由融冰釋冷來提供。為了最大限度地利用削峰填谷并減少制冷機組的裝機容量，降

50、低初投資，必須根據(jù)冷負荷曲線圖確定運行模式進而確定出最佳的蓄冷量和制冷機容量。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備576.4.3 蓄冷槽冰蓄冷空調系統(tǒng)中的蓄冷設備有儲冰罐、蓄冰槽等，它們和盤管換熱器等功能部件可以組成各種標準型號的蓄冷裝置，也可以根據(jù)具體條件因地制宜制成適合建筑物的非標準的蓄冷裝置。蓄冷裝置可設置在室內或室外，也可放置在屋頂或埋在地下、半地下，甚至必要時可設置在安裝支架上。圖6-20是配有頂部噴管的儲冰罐，圖6-21是某絕熱蓄冰槽外形圖。6.4 冰蓄冷空調系統(tǒng)運行模式與設備58冰蓄冷是利用水的潛熱和顯熱來蓄冷，而水蓄冷僅僅是利用水的顯熱進行蓄冷。一般直接與常規(guī)空調系統(tǒng)匹配，空調

51、主機在用電低谷時段工作，蓄水溫度在47之間，用電高峰時段或者空調用戶需要時將蓄存的冷水從保溫槽抽出使用。6.5.1水蓄冷空調系統(tǒng)的形式一個好的水蓄冷空調系統(tǒng)，冷水機組和水泵的效率以及操作模式必然達到最佳，蓄存的能量損失最小。儲存冷量的大小取決于蓄冷槽儲存冷水的數(shù)量和蓄冷溫差。為了提高水蓄冷系統(tǒng)的蓄冷效果和蓄冷能力，維持盡可能大的蓄冷溫差，滿足空調供冷時的冷負荷要求，關鍵問題是蓄冷槽的結構形式應該能防止蓄冷水與空調系統(tǒng)回流溫水的混合。目前行之有效的水蓄冷模式有自然分層蓄冷、多槽式蓄冷、迷宮式蓄冷、隔膜式蓄冷四種。6.5水蓄冷空調系統(tǒng)的形式與適用范圍596.5.1水蓄冷空調系統(tǒng)的形式（1） 自然分

52、層蓄冷所謂分層就是利用密度的差別將熱水和冷水分隔開。水的密度與溫度關系密切，在03.98范圍內，隨溫度升高密度增大，而3.98以上，隨溫度升高密度減小。3.98時水的密度最大。因此，46的冷水穩(wěn)定地自然聚集在蓄冷槽的下部，而6以上的溫水尤其12以上的空調回水應該積聚在蓄冷槽的上部，實現(xiàn)冷溫水的自然分層。如圖6-28是自然分層的水蓄冷系統(tǒng)原理圖，蓄冷槽的上、下部位都設置了均勻分配水流的散流器。蓄冷和釋冷過程中，空調回流溫水始終從上部散流器流入或流出，冷水從下部散流器流入或流出，形成了分層水的上下平移運動，避免溫水和冷水的相互混合。6.5水蓄冷空調系統(tǒng)的形式與適用范圍606.5.1水蓄冷空調系統(tǒng)的

53、形式（1） 自然分層蓄冷在較好的自然分層蓄水槽中，上部溫水和下部冷水之間會形成斜溫層，如圖6-28，是由于冷熱水之間自然的導熱作用而形成的冷熱溫度過渡層。水流散流器可以使水緩慢地流入或流出蓄冷槽，盡可能減少紊流和擾亂斜溫層。一般希望斜溫層厚度為0.31.0m。 6.5水蓄冷空調系統(tǒng)的形式與適用范圍616.5.1水蓄冷空調系統(tǒng)的形式（1） 自然分層蓄冷蓄冷時，閥門F1、F2和水泵B關閉，閥門F3、F4打開，水泵A和冷水機組運行。溫水從上部散流器緩慢流出，通過閥門F4、水泵A進入冷水機組的蒸發(fā)器降溫。由于槽中總水量不變，隨著冷水量的增加、溫水量的減少，直到槽中全是冷水為止。釋冷時，閥門F1、F2和

54、水泵B打開，閥門F，3、F4關閉，水泵A和冷水機組停止運行。蓄冷槽中的低溫冷水從下部散流器緩慢流出經(jīng)過閥門F1和水泵B進入空調箱，與所處理的空氣進行熱濕交換后升溫，溫水經(jīng)過閥門F2流入上部散流器，緩慢流入蓄水槽，直到槽中全是溫水為止。這種開式流程的自然分層蓄冷直接向用戶供冷，是最簡單、有效和經(jīng)濟的，若設計合理，蓄冷效率可以達到85%95%。但由于蓄冷槽與大氣相通，水質容易受到環(huán)境的污染，需要設置相應的水處理裝置。6.5水蓄冷空調系統(tǒng)的形式與適用范圍626.5.1水蓄冷空調系統(tǒng)的形式（1） 自然分層蓄冷自然分層蓄冷還有一種形式蓄冷槽組，如圖6-29所示，大的蓄水槽被隔板分隔成多個相互連通的小槽，

55、形成多個蓄水槽的串聯(lián)形式。蓄冷和釋冷過程中，由于隔板的作用，所有槽中都是溫水在上，冷水在下，依靠水溫不同產生的密度差防止冷、溫水的混合，所以空調回流溫水始終從左側流出或流入，低溫冷水始終從右側蓄水槽流入或流出。6.5水蓄冷空調系統(tǒng)的形式與適用范圍636.5.1水蓄冷空調系統(tǒng)的形式（2）多槽式蓄冷如圖6-30 是多槽式水蓄冷系統(tǒng)的流程原理圖，中間部分設置14等多個蓄冷槽，將冷水和溫水分別儲存在不同的蓄冷槽中。蓄冷和釋冷轉換時，總有一個槽是空的，利用空槽來實現(xiàn)冷溫水分離，所以也稱之為空槽式水蓄冷系統(tǒng)。蓄冷開始時，水槽1是空的，溫水從槽2中抽出送到冷水機組降溫后進入槽1，槽1 充滿時，槽2 的溫水正

56、好抽空成空槽，通過閥門的開關控制，水槽從左到右逐個被冷水充滿，只有最右側的槽空出來。 釋冷開始時，因為最右側的槽4是空的，所以槽3的冷水先抽出來送給空調箱處理空氣，升溫后的水回流到槽4，當槽3中冷水抽光，槽4正好被溫水充滿，如此依次從右到左，直到槽1的冷水全部用光，又空出一個槽，釋冷結束。6.5水蓄冷空調系統(tǒng)的形式與適用范圍 多槽式水蓄冷避免了溫、冷水混合造成的冷量損失，可以達到較高的蓄冷效率，個別蓄冷槽可以從系統(tǒng)中分離出來進行檢修維護。但從流程圖中可以看出系統(tǒng)管道布置復雜，閥門較多，自控系統(tǒng)也比較復雜，初投資和運行費用較高。646.5.1水蓄冷空調系統(tǒng)的形式（3） 迷宮式蓄冷如圖6-31 是

57、迷宮式水蓄冷系統(tǒng)的流程原理圖。對于有地下層結構的建筑物，一般都設有格子狀的筏式基礎梁，從而可以構成筏式基礎槽當作蓄水槽。將設計好的管道預埋在基礎梁中，管道把基礎槽聯(lián)合成回路，象迷宮一樣，故稱之為迷宮式水蓄冷系統(tǒng)。6.5水蓄冷空調系統(tǒng)的形式與適用范圍 迷宮式水蓄冷系統(tǒng)充分利用地下層結構基礎槽，不需要設置專門的蓄水槽，初投資比較節(jié)省。由于蓄冷槽是由基礎梁隔離的多個小槽構成的，水流是按照設計的路線通過管道依次流過每個單元小槽，可以較好的防止冷溫水混合。但是在蓄冷和釋冷過程中，水交替地從頂部和底部進口進入單元小槽，每兩個相鄰的單元小槽就有一個是溫水從底部進口進入，或冷水從頂部進口進入，很容易因浮力造成

58、混合。 另外，若水流動速度過低，則會在進出口端發(fā)生短路，在單元小槽中形成死角，不能充分利用空間；若水流動速度過高，蓄冷小槽內則會產生漩渦，導致水流擾動及冷溫水的混合。656.5.1水蓄冷空調系統(tǒng)的形式（4）隔膜式蓄冷所謂隔膜式水蓄冷是為了減少冷水、溫水混合造成的冷量損失而提出的，就是在蓄水槽內部安裝一個活動的柔性隔膜或可移動的剛性隔板將蓄水槽分成兩個空間，來實現(xiàn)分別儲存冷水、溫水。如圖6-32所示6.5水蓄冷空調系統(tǒng)的形式與適用范圍 左邊蓄水槽中的隔膜是垂直放置的，右邊蓄水槽中的隔膜是水平放置的。隔膜材料用橡膠布比較多，垂直隔膜由于水流前后波動，隔膜與槽壁有摩擦，容易破裂，使用比較少見。而水平

59、隔膜蓄水槽為了減少溫水對冷水的影響，冷水一般放在下部，由于符合自然分層原理，隔膜即使有破損也能靠水溫差的自然分層限制上下方水的混合，已經(jīng)成功地應用于許多工程實例中666.5.2水蓄冷空調系統(tǒng)適用范圍 水蓄冷系統(tǒng)應用比較廣泛，有很多優(yōu)點，但也有一些缺點，其適用范圍如下。（1）可以使用常規(guī)的冷水機組或吸收式制冷機組。一般常規(guī)的制冷機組就可以實現(xiàn)蓄冷和蓄熱的雙重用途，不需要專門的設備，其設備的選擇和適用范圍廣。（2）其設備以及控制方式與常規(guī)空調系統(tǒng)相似，技術要求低，維修方便，不需要特殊的技術培訓。（3）適用于常規(guī)供冷系統(tǒng)的擴容與改造，可以通過只增加蓄冷槽，不增加制冷機組容量而達到增加供冷容量的目的。（