清华冰蓄冷宣讲材料.ppt

李先庭李先庭李先庭李先庭蓄能系统蓄能系统——设计、控制与应用设计、控制与应用2021/5/231目录1.背景2.蓄能系统的分类3.典型的蓄能厂家与产品4.蓄能系统的设计计算5.蓄能系统的运行控制6.蓄能系统与常规系统的比较7.蓄能系统的应用场合8.我公司在蓄能方面特点2021/5/2321. 背景n我国电力状况我国电力状况n装机容量世界第二位；人均用电量较少装机容量世界第二位；人均用电量较少n电网峰谷差很大电网峰谷差很大n空调耗能情况空调耗能情况n基本在用电高峰基本在用电高峰n每年以每年以1515％速度增长％速度增长n国家提倡采用蓄能技术转移空调的高国家提倡采用蓄能技术转移空调的高峰用电峰用电2021/5/233蓄能技术原理n所谓蓄能，就是在电力需求低谷时启动制冷、制热设备，将产生的冷或热储存在某种媒介中；在电力需求高峰时，将储存的冷或热释放出来使用，从而减少高峰用电量因此，蓄能技术又称为“移峰填谷”采用此技术，就可以减少电网的峰谷差，提高电网的运行效率，少建或缓建电站2021/5/234鼓励蓄能的政策措施n为调动广大末端用户转移高峰用电的积极性，各地政府出台了分时电价政策（我国通常分为高峰、平峰和低谷电价），有的还采用减免电力增容费等政策优惠。

n以北京商业用电为例，分时电价政策为：n高峰0.983元，8:00—11:00,18:00—23:00 n平峰0.623元，11:00—18:00,7:00– 8:00 n低谷0.285元，23:00—7:00 2021/5/235蓄能系统的额外好处n采用蓄能系统除可以降低运行费用、减少电容量外，还可提高空调可靠性n采用蓄能系统后，当整栋大楼停电时，可依靠备用发电机，使水泵和风机运转起来，即可实现大楼的空调，提高空调系统的可靠性2021/5/2362. 蓄能系统的分类n按蓄存能量温度高低分为n蓄热、蓄冷n按蓄能介质分为n水蓄热/冷、冰蓄冷、相变材料蓄能n按系统连接关系又分为n串联系统、并联系统2021/5/237不同蓄能介质的差异n水蓄冷/热主要是利用水的显热，蓄存一定冷/热量时，通常需要较大的体积；但与制冷/热设备的介质一样，因此系统较简单n冰蓄冷利用冰的溶解热，蓄存一定冷量时，需要的体积较小，通常是水蓄冷的1/7；但需要采用防冰液，如盐水溶液、乙二醇溶液等，且系统较复杂2021/5/2382.1 水蓄冷的系统形式n水蓄冷直接将冷机产生的冷水储存在蓄水罐或蓄水池中，用冷时再从水罐或水池中将冷水取走。

n水蓄冷系统通常为开式系统，当水罐或水池位于最高位置时，系统才类似闭式系统；因此水蓄冷系统应注意倒空，泵的选型也需正确2021/5/239严书严书P26图图3-2水蓄冷系统1n原理图及特点n开式系统n直连n水池和冷机可分别或同时供冷2021/5/2310严书严书P27图图3-3水蓄冷系统2n原理图及特点n水池侧开式系统，负荷侧闭式系统n水池和冷机可分别或同时供冷n间连，负荷侧水温稍高2021/5/2311水蓄冷系统3n原理图及特点n冷机和负荷侧闭式系统n水池和冷机串联供冷n蓄冷和取冷均通过换热器，温差损失稍大n水蓄热与水蓄冷系统基本一致2021/5/2312温度分层蓄水罐n彦书P6图2-2, 2-3, 2-4n特灵教程:第二部分图112021/5/2313温度分层蓄水罐多罐串联温度分层蓄水罐多罐串联2021/5/2314迷宫式蓄水槽2021/5/2315隔膜式蓄水罐2021/5/2316特灵串联和并联蓄水罐n特灵教程:第二部分图9和图102021/5/23172.2 冰蓄冷的系统形式n少量采用直接蒸发制冰，有的小系统也直接将乙二醇送到AHU或FCU中，通常采用乙二醇溶液制冰，采用乙二醇溶液或水取冷。

n常见的冰蓄冷系统分为两类n用乙二醇溶液蓄冷和取冷，用板换产生冷冻水，包括冰球/板式、内融式冰盘管等n用乙二醇溶液蓄冷，直接用冷冻水取冷，如外融式冰盘管2021/5/23182.2.1 乙二醇溶液蓄冷和取冷的系统n并联系统：冷机和冰槽并联，可独自供冷，也可联合供冷，小温差供冷n单板换系统、双板换系统n串联系统：冷机和冰槽串联，可实现大温差供冷n单泵、双泵、三泵系统n冷机上游、冰槽上游2021/5/2319并联双板换蓄冰系统n冷机和冰槽的供回水温差基本一致，通常为5℃n两组板换n3个电动阀n2个电动调节阀n两组乙二醇泵2021/5/2320并联单板换蓄冰系统n冷机和冰槽的供回水温差基本一致，通常为5℃n一组板换n1个电动阀n2个电动调节阀n两组乙二醇泵2021/5/2321串联单泵蓄冰系统n冷机和冰槽的供回水温差不一致，串联后温差可大于5℃n一组板换n2个电动阀n2个电动调节阀n一组乙二醇泵2021/5/2322特灵串联单泵系统n特灵教程:第三部分图4, 图292021/5/2323串联双泵蓄冰系统n冷机和冰槽的供回水温差不一致，串联后温差可大于5℃n一组板换n2个电动阀n2个电动调节阀n两组乙二醇泵2021/5/2324串联三泵蓄冰系统n冷机和冰槽的供回水温差不一致，串联后温差可大于5℃，适合于大系统n一组板换n三组乙二醇泵：至少P2和P3变频泵2021/5/2325特灵串联三泵系统n特灵教程:第三部分图302021/5/2326关于冰槽放在冷机的上游或下游n特灵教程:第三部分图33,图34和图352021/5/2327上游 OR 下游？2021/5/23282.2.1 乙二醇溶液蓄冷、水取冷的系统——外融冰盘管系统n开式水箱2021/5/2329间连式外融冰系统2021/5/2330闭式外融冰系统图42021/5/23312.3 其他形式蓄冷系统n特灵教程:第二部分图252021/5/2332冰晶式蓄冰系统n严书P94图4-41(a)(b)2021/5/23333. 典型的蓄能厂家与产品n目前蓄能水池的设计还未标准化，蓄热对热源无特殊要求，蓄热水泵有高温要求，蓄冰泵能用乙二醇溶液n蓄能系统涉及的特殊产品n双工况冷机(蓄冰和普通制冷)n蓄冰装置n板式换热器2021/5/23343.1 蓄冰双工况主机n常见蓄冰系统多采用螺杆式冷水机组，典型厂家包括n顿汉布什、YORK、开利、特灵、麦克威尔n大型系统可采用特灵的三级离心冷机，小系统可采用活塞式冷机n一些普通冷机可现场改造成双工况冷机2021/5/23353.2 蓄冰装置n静态制冰分冰盘管和封装式n冰盘管式：BAC和清华同方金属盘管（外融冰和内融冰）、CALMAC和FAFCO塑料盘管n封装式：冰球、冰板、蕊芯冰球n动态制冰分冰片滑落式和冰晶式n冰片滑落、冰晶2021/5/2336BAC金属蛇形盘管n彦书P7图2-62021/5/2337BAC盘管组及冰槽n彦书P8图2-72021/5/2338CALMAC塑料圆形盘管2021/5/2339FAFCO塑料U形盘管n严书P63图4-42021/5/2340FAFCO盘管组及冰槽n严书P64图4-5, 图4-72021/5/2341法国CIAT冰球和卧式冰球罐n严德隆P72图4-15, P76图4-18和4-192021/5/2342法国法国CIAT立式冰球罐立式冰球罐2021/5/2343CARRIER的贮冰槽n严书P77图4-202021/5/2344美国REACTION和开利公司的冰板n彦书P11图2-12n严书P73图4-162021/5/2345杭州华源公司的蕊芯冰球n严书P74图4-17,P79图4-222021/5/2346EVAPCO外融冰盘管n严书P87图4-302021/5/23473.3 板式换热器nALFA LAFAn舒瑞普n京海2021/5/23484. 蓄能系统的设计计算n以冰蓄冷系统为例说明计算过程,水蓄冷和蓄热可参考之n计算建筑设计日逐时负荷n根据逐时负荷特点，确定是否设置基载主机，并确定基载主机容量，得到除去基载负荷后的逐时负荷n按冷机容量最小原则确定冷机容量n按冷机在低谷时段可蓄存的总冷量确定冰槽容量n校核白天逐时取冷量能否满足负荷要求2021/5/2349基载冷机示意图n彦书P26图3-62021/5/23504.1 冷机和冰槽容量的计算公式qC：冷机在标准空调工况时的容量Qtank：冰槽的容量Q：设计日逐时负荷（除去基载负荷）之和n1：白天制冷主机空调工况运行小数时（由于冷机不满载，通常取系数0.9）Cf：冷机制冰工况相对空调工况的性能系数n2：夜间蓄冰工况冷机工作小数时2021/5/2351逐时负荷校核n彦书P38表4-32021/5/23524.2 不同类型系统中泵的流量与扬程n详细内容参阅：李先庭，张茂勇，赵庆珠。

冰蓄冷系统中卤水泵的合理配置和选型暖通空调，2002，（3）：70－74 2021/5/2353管道阻力计算n乙二醇物性参见彦书P40-41的表4-4、4-5、4-6和4-7n蓄冰系统通常采用质量浓度为25%的乙二醇溶液，凝固点为-10.7℃(参见彦书表4-8)n乙二醇管路的阻力:计算出水阻力后按彦书P42图4-3中的曲线修正2021/5/2354管道阻力修正修正曲线管道阻力修正修正曲线2021/5/2355并联双板换蓄冰系统nP1：冷机额定流量，扬程为空调工况和蓄冰工况阻力大者nP2：冰槽承担的最大负荷与设计温差确定2021/5/2356并联单板换蓄冰系统nP1：冷机额定流量，蓄冷工况阻力nP2：最大负荷与设计温差确定；扬程为冰槽、板换回路阻力2021/5/2357串联单泵蓄冰系统nP1：冷机额定流量，冷机、冰槽、板换回路的阻力2021/5/2358串联双泵蓄冰系统nP1：冷机额定流量，冷机、冰槽回路阻力；nP2：等于P1流量，扬程为板换支路的阻力2021/5/2359串联三泵蓄冰系统nP1：冷机额定阻力，冷机部分阻力nP2：流量一样，板换部分阻力nP3：冰槽冰分的阻力2021/5/23604.3 板式换热器和膨胀水箱n板式换热器：按所承担的容量和设计温度选型，并联系统温差较小，通常为5℃，而串联系统则可以达到8-10 ℃n膨胀水箱按最高温度和最低温度时密度差进行计算2021/5/2361膨胀水箱的计算公式nVs:蓄冰最低温度时，系统中载冷剂的体积n1 2:载冷剂最低温和最高温的密度na1:低液位时,膨胀水箱中的剩余体积,可取10%na2:高液位时,膨胀水箱中的剩余体积,可取20%2021/5/23625. 蓄能系统的运行控制n以蓄冰系统为例说明,水蓄冷和蓄热可参考之.以下为运行控制基本原则:n实现不同运行模式的切换n在满足热舒适的前提下,尽量将冰用在电力高峰,以节省运行费用n每天蓄存的冰量应基本用完2021/5/2363冰蓄冷系统的几种运行模式n冷机蓄冰n冷机供冷n冰槽供冷n冷机与冰槽联合供冷n蓄冰并供冷n停机2021/5/2364冰蓄冷系统控制的几种策略n冷机优先:冷机先用,不够时再用冰槽n冰槽优先:冰槽先用,不够时再启用冷机n比例控制:冷机和冰槽按一定比例同时供冷n优化控制:根据负荷需求和电价政策,最合理地分配冷机和冰槽的负荷,最大限度地为用户节省运行费用2021/5/2365冷机优先的控制策略n非常容易实现，且很可靠。

但不能最大限度地发挥冰槽的作用，不能很好地转移高峰用电，运行费用节省不显著n早期的冰蓄冷工程采用2021/5/2366冰槽优先的控制策略n可最大限度地发挥冰槽的作用，但容易出现下列情况：n冰槽中的大部分很可能不是在电力高峰中利用的n负荷高峰时，冰槽中没有冰了，从而仅靠冷机不能满足房间温度要求2021/5/2367比例控制的运行策略n通过合理调节负荷在冷机和冰槽间的分配比例，可实现较充分利用冰槽；但分配比例并不是一成不变的，分配比例的确定很困难，需要大量的经验2021/5/2368优化控制策略n通过对第二天逐时负荷的预测，合理分配冷机和冰槽间的负荷，最大限度的节省运行费用，并保证高峰负荷时的热舒适n需要一套优化控制程序n运行费用至少比冷机优先省25%2021/5/2369某蓄冰工程自动控制示例2021/5/2370蓄冰控制系统实现的功能自动检测冷冻水供、回水温度、压力和供水流量自动检测冷却水供、回水温度及板换的供、回水温度自动检测蓄冰槽进、出口温度自动检测各水流开关状态自动控制冷冻、冷却水泵、冷冻机、冷却塔的顺序启停及相关阀门的顺序调节，并检测其运行状态及过载报警根据测量值计算系统冷负荷，以实现蓄冰槽出口温度及冷冻机运行台数的最优控制根据供、回水压力自动调节旁通阀的开度，以保证管网压力和流量稳定专家系统诊断及故障报警可通过中央管理工作站对其进行远动控制2021/5/2371故障诊断示例2021/5/23726. 蓄能系统与常规系统的比较n蓄能系统能否实施，关键是看其经济性。

通常需要将蓄能系统与普通的系统进行经济比较n对同样的建筑设计蓄能系统和普通系统n计算二者的初投资（含各种增容费）n计算二者的运行费用，得到蓄能系统相对普通系统的投资回收期2021/5/2373初投资的估算n主设备的报价n自控部分报价n施工费用n增容费用n其他费用2021/5/2374运行费用计算n每月选取一代表日逐时负荷，按控制策略分配冷机与冰槽的负荷，计算所有设备的功耗，按电价得到代表日运行费用，汇总得到总的运行费用n用同样方法得到普通系统的代表日和总的运行费用2021/5/2375蓄能系统与常规系统的比较（1）n一般而言，蓄能系统的直接投资稍高于普通系统，但若电力增容费用较高时，蓄能系统有可能与普通系统总投资持平n若采用低温水和低温送风技术，则蓄冷系统的直接投资有可能与普通系统持平，甚至略低2021/5/2376蓄能系统与常规系统的比较（2）n蓄能系统的运行费用肯定应低于普通系统，通常可节省普通系统运行费用的15~25%，特殊情况可节约50%2021/5/23777. 蓄能系统的应用场合n由于蓄能系统是利用晚上低谷电蓄能的，因此最适合于晚上电力低谷时无空调负荷（或负荷较小）的建筑；蓄能系统最不适合全天负荷完全一样的场合。

n蓄能系统必须有分时电价政策的支持2021/5/2378特别适合蓄能的电价政策n蓄能方案可减免电力增容费（而普通情况则不能减免）n高峰电价与低谷电价的比例较高（如达到3：1以上）n高峰电价与低谷电价的差较大（有的地区虽然高低比例小，但差价很大）2021/5/2379适合蓄能的建筑类型（1）n写字楼：仅白天有负荷，且在高峰；晚上基本无负荷，非常适合蓄能n宾馆：晚上有一定负荷，但不到白天的1/3，可用基载主机承担晚上负荷，也较适合蓄能n体育场馆：使用时间短，晚上有充裕的时间蓄能，是非常理想的场合2021/5/2380适合蓄能的建筑类型（2）n影剧院：演出时间较短，负荷较集中，适合采用蓄能n图书馆、银行：类似写字楼n商场：客流也集中在高峰电时段，可利用低谷电降低运行费用n医院：类似宾馆2021/5/2381适合蓄能的建筑类型（3）n教堂：每个礼拜是主要负荷，可有充分时间蓄能，最大限度降低设备容量，并节省运行费用n寺庙：主要活动在白天，晚上是蓄能的很好时间2021/5/2382冰蓄冷系统的延伸应用（1）n大温差送水和低温送风n利用蓄冰产生的低温水，外融冰时可达到2℃，从而可利用10 ℃温差，减少管道尺寸和泵耗n利用低温水可产生低温风（普通送风约16-18 ℃），如10 ℃以下，从而减少风道尺寸和风机功耗2021/5/2383冰蓄冷系统的延伸应用（2）n已有建筑由于空调负荷增加，或冷机出力下降，不想增添新冷机时，可采用蓄能方式，增加白天的供冷能力n这种方式通常初投资较少，且运行费用较省2021/5/2384改造工程的特点n改造工程通常受场地条件限制n冰槽太大，现有的运输通道不够大n现场场地不规则，标准槽体放不下n解决措施n冰槽和盘管分开运进，现场拼装n可根据现场条件设计非标产品2021/5/2385改造工程的注意事项n分清用户的需求：是为节省运行费用，还是为解决供冷能力不足，突出重点n充分利用现有的空间条件布置冰槽、换热器和水泵等n个别工程如有资金问题，可考虑不上自控，而用手动阀门，人工切换n部分冷机可通过改造实现空调和制冰双工况运行，应确认冷机能否进行改造2021/5/23868. 我公司在蓄能方面特点n对蓄能系统有深入的研究n彦先生是国内最早开展蓄能研究与应用的教授，二十世纪70年代即开展水蓄冷应用n在国内唯一进行负荷预测与优化控制n最早开展冰蓄冷系统动态仿真研究2021/5/2387公司已有技术n水蓄冷和冰蓄冷系统设计软件n水蓄冷布水器优化设计软件n水蓄冷和冰蓄冷动态仿真软件n空调负荷预测软件n蓄能系统优化控制软件n闭式外融冰冰槽n一体化蓄冰机组2021/5/2388低温送风时的技术措施n已有低温送风时风口是否结露（这是一般用户用低温送风最担心的，而特殊风口非常昂贵）的分析软件n低温条件下保温材料性能检测台2021/5/2389蓄能系统技术研究热点（1）n不同类型系统的差异与特点n冰球开始取冷量大，后期取冷量小；蓄冷时间较长，适合于前期负荷大的情况n盘管整个取冷过程较均匀，适于取冷负荷较均匀的情况n串联系统温差较大，但设计不合理时泵耗较大n内融冰取冷温度较外融冰高，取冷率小；但外融冰的蓄冰率小2021/5/2390蓄能系统技术研究热点（2）n蓄冷系统的动态仿真n不同蓄冷设备的仿真模型n蓄冷系统在全年逐时的运行模拟和能耗统计n不同系统的比较n一般的设计未考虑冷机与冰槽的联合作用效果，设计日的设计不一定全年都处于很好的运行状况2021/5/2391蓄能系统技术研究热点（3）n冰蓄能系统的优化控制n不同控制策略的效果（动态仿真）n负荷的预测n故障诊断2021/5/2392蓄能系统技术研究热点（4）n蓄能系统的现场测试与评估n什么样的系统是成功的系统？n蓄能系统蓄存的冷量是否达到设计要求？n蓄能的控制策略如何？n什么样的现场测试条件？n什么样的机构进行测试？n什么样的政策能促进蓄能的健康发展？2021/5/2393蓄能系统技术研究热点（5）n新型蓄能系统和设备研究n外融冰（闭式外融冰）n冰晶式n冰蓄冷与低温送风2021/5/2394蓄能工程主要的竞争对手n杭州华源：有很强的市场能力n清华同方：有一定的资金优势n法国CIAT2021/5/2395蓄能工程的技术现状n目前客户对蓄能工程的要求较低，多数工程只是实现了蓄能的功能，并没有达到最大限度地为用户节省运行费用n部分工程蓄能系统未正常运转n部分工程无自控n部分工程只实现了几种模式的切换n很少有工程实现了优化控制n故障诊断还基本未实现n很少有工程进行过公正的第三方验收2021/5/2396我公司的市场策略n精准的方案设计n合理的设备配置n优化的自动控制和故障诊断n良好的售后服务2021/5/2397部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！。