蓄能技術培訓講義

1、12目錄1.背景2.蓄能系統(tǒng)的分類3.典型的蓄能廠家與產品4.蓄能系統(tǒng)的設計計算5.蓄能系統(tǒng)的運行控制6.蓄能系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)的比較7.蓄能系統(tǒng)的應用場合8.我公司在蓄能方面特點31. 背景n我國電力狀況我國電力狀況n裝機容量世界第二位；人均用電量較少裝機容量世界第二位；人均用電量較少n電網峰谷差很大電網峰谷差很大n空調耗能情況空調耗能情況n基本在用電高峰基本在用電高峰n每年以每年以1515速度增長速度增長n國家提倡采用蓄能技術轉移空調的高國家提倡采用蓄能技術轉移空調的高峰用電峰用電4蓄能技術原理n所謂蓄能，就是在電力需求低谷時啟動制冷、制熱設備，將產生的冷或熱儲存在某種媒介中；在電力需求高峰時

2、，將儲存的冷或熱釋放出來使用，從而減少高峰用電量。因此，蓄能技術又稱為“移峰填谷”。采用此技術，就可以減少電網的峰谷差，提高電網的運行效率，少建或緩建電站。5鼓勵蓄能的政策措施n為調動廣大末端用戶轉移高峰用電的積極性，各地政府出臺了分時電價政策（我國通常分為高峰、平峰和低谷電價），有的還采用減免電力增容費等政策優(yōu)惠。n以北京商業(yè)用電為例，分時電價政策為：n高峰0.983元，8:0011:00,18:0023:00 n平峰0.623元，11:0018:00,7:00 8:00 n低谷0.285元，23:007:00 6蓄能系統(tǒng)的額外好處n采用蓄能系統(tǒng)除可以降低運行費用、減少電容量外，還可提高空調

3、可靠性n采用蓄能系統(tǒng)后，當整棟大樓停電時，可依靠備用發(fā)電機，使水泵和風機運轉起來，即可實現(xiàn)大樓的空調，提高空調系統(tǒng)的可靠性72. 蓄能系統(tǒng)的分類n按蓄存能量溫度高低分為n蓄熱、蓄冷n按蓄能介質分為n水蓄熱/冷、冰蓄冷、相變材料蓄能n按系統(tǒng)連接關系又分為n串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)8不同蓄能介質的差異n水蓄冷/熱主要是利用水的顯熱，蓄存一定冷/熱量時，通常需要較大的體積；但與制冷/熱設備的介質一樣，因此系統(tǒng)較簡單。n冰蓄冷利用冰的溶解熱，蓄存一定冷量時，需要的體積較小，通常是水蓄冷的1/7；但需要采用防冰液，如鹽水溶液、乙二醇溶液等，且系統(tǒng)較復雜。92.1 水蓄冷的系統(tǒng)形式n水蓄冷直接將冷機產生的冷水儲

4、存在蓄水罐或蓄水池中，用冷時再從水罐或水池中將冷水取走。n水蓄冷系統(tǒng)通常為開式系統(tǒng)，當水罐或水池位于最高位置時，系統(tǒng)才類似閉式系統(tǒng)；因此水蓄冷系統(tǒng)應注意倒空，泵的選型也需正確。10嚴書嚴書P26圖圖3-2水蓄冷系統(tǒng)1n原理圖及特點n開式系統(tǒng)n直連n水池和冷機可分別或同時供冷11嚴書嚴書P27圖圖3-3水蓄冷系統(tǒng)2n原理圖及特點n水池側開式系統(tǒng)，負荷側閉式系統(tǒng)n水池和冷機可分別或同時供冷n間連，負荷側水溫稍高12水蓄冷系統(tǒng)3n原理圖及特點n冷機和負荷側閉式系統(tǒng)n水池和冷機串聯(lián)供冷n蓄冷和取冷均通過換熱器，溫差損失稍大n水蓄熱與水蓄冷系統(tǒng)基本一致13溫度分層蓄水罐n彥書P6圖2-2, 2-3, 2

5、-4n特靈教程:第二部分圖1114溫度分層蓄水罐多罐串聯(lián)溫度分層蓄水罐多罐串聯(lián)15迷宮式蓄水槽16隔膜式蓄水罐17特靈串聯(lián)和并聯(lián)蓄水罐n特靈教程:第二部分圖9和圖10182.2 冰蓄冷的系統(tǒng)形式n少量采用直接蒸發(fā)制冰，有的小系統(tǒng)也直接將乙二醇送到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常見的冰蓄冷系統(tǒng)分為兩類n用乙二醇溶液蓄冷和取冷，用板換產生冷凍水，包括冰球/板式、內融式冰盤管等n用乙二醇溶液蓄冷，直接用冷凍水取冷，如外融式冰盤管192.2.1 乙二醇溶液蓄冷和取冷的系統(tǒng)n并聯(lián)系統(tǒng)：冷機和冰槽并聯(lián)，可獨自供冷，也可聯(lián)合供冷，小溫差供冷n單板換系統(tǒng)、雙板換系統(tǒng)n串聯(lián)

6、系統(tǒng)：冷機和冰槽串聯(lián)，可實現(xiàn)大溫差供冷n單泵、雙泵、三泵系統(tǒng)n冷機上游、冰槽上游20并聯(lián)雙板換蓄冰系統(tǒng)n冷機和冰槽的供回水溫差基本一致，通常為5n兩組板換n3個電動閥n2個電動調節(jié)閥n兩組乙二醇泵21并聯(lián)單板換蓄冰系統(tǒng)n冷機和冰槽的供回水溫差基本一致，通常為5n一組板換n1個電動閥n2個電動調節(jié)閥n兩組乙二醇泵22串聯(lián)單泵蓄冰系統(tǒng)n冷機和冰槽的供回水溫差不一致，串聯(lián)后溫差可大于5n一組板換n2個電動閥n2個電動調節(jié)閥n一組乙二醇泵23特靈串聯(lián)單泵系統(tǒng)n特靈教程:第三部分圖4, 圖2924串聯(lián)雙泵蓄冰系統(tǒng)n冷機和冰槽的供回水溫差不一致，串聯(lián)后溫差可大于5n一組板換n2個電動閥n2個電動調節(jié)閥n兩

7、組乙二醇泵25串聯(lián)三泵蓄冰系統(tǒng)n冷機和冰槽的供回水溫差不一致，串聯(lián)后溫差可大于5，適合于大系統(tǒng)n一組板換n三組乙二醇泵：至少P2和P3變頻泵26特靈串聯(lián)三泵系統(tǒng)n特靈教程:第三部分圖3027關于冰槽放在冷機的上游或下游n特靈教程:第三部分圖33,圖34和圖3528上游 OR 下游？292.2.1 乙二醇溶液蓄冷、水取冷的系統(tǒng)外融冰盤管系統(tǒng)n開式水箱30間連式外融冰系統(tǒng)31閉式外融冰系統(tǒng)圖4322.3 其他形式蓄冷系統(tǒng)n特靈教程:第二部分圖2533冰晶式蓄冰系統(tǒng)n嚴書P94圖4-41(a)(b)343. 典型的蓄能廠家與產品n目前蓄能水池的設計還未標準化，蓄熱對熱源無特殊要求，蓄熱水泵有高溫要求

8、，蓄冰泵能用乙二醇溶液n蓄能系統(tǒng)涉及的特殊產品n雙工況冷機(蓄冰和普通制冷)n蓄冰裝置n板式換熱器353.1 蓄冰雙工況主機n常見蓄冰系統(tǒng)多采用螺桿式冷水機組，典型廠家包括n頓漢布什、YORK、開利、特靈、麥克威爾n大型系統(tǒng)可采用特靈的三級離心冷機，小系統(tǒng)可采用活塞式冷機n一些普通冷機可現(xiàn)場改造成雙工況冷機363.2 蓄冰裝置n靜態(tài)制冰分冰盤管和封裝式n冰盤管式：BAC和清華同方金屬盤管（外融冰和內融冰）、CALMAC和FAFCO塑料盤管n封裝式：冰球、冰板、蕊芯冰球n動態(tài)制冰分冰片滑落式和冰晶式n冰片滑落、冰晶37BAC金屬蛇形盤管n彥書P7圖2-638BAC盤管組及冰槽n彥書P8圖2-73

9、9CALMAC塑料圓形盤管40FAFCO塑料U形盤管n嚴書P63圖4-441FAFCO盤管組及冰槽n嚴書P64圖4-5, 圖4-742法國CIAT冰球和臥式冰球罐n嚴德隆P72圖4-15, P76圖4-18和4-1943法國法國CIAT立式冰球罐立式冰球罐44CARRIER的貯冰槽n嚴書P77圖4-2045美國REACTION和開利公司的冰板n彥書P11圖2-12n嚴書P73圖4-1646杭州華源公司的蕊芯冰球n嚴書P74圖4-17,P79圖4-2247EVAPCO外融冰盤管n嚴書P87圖4-30483.3 板式換熱器nALFA LAFAn舒瑞普n京海494. 蓄能系統(tǒng)的設計計算n以冰蓄冷系統(tǒng)

10、為例說明計算過程,水蓄冷和蓄熱可參考之n計算建筑設計日逐時負荷n根據逐時負荷特點，確定是否設置基載主機，并確定基載主機容量，得到除去基載負荷后的逐時負荷n按冷機容量最小原則確定冷機容量n按冷機在低谷時段可蓄存的總冷量確定冰槽容量n校核白天逐時取冷量能否滿足負荷要求50基載冷機示意圖n彥書P26圖3-6514.1 冷機和冰槽容量的計算公式qC：冷機在標準空調工況時的容量Qtank：冰槽的容量Q：設計日逐時負荷（除去基載負荷）之和n1：白天制冷主機空調工況運行小數(shù)時（由于冷機不滿載，通常取系數(shù)0.9）Cf：冷機制冰工況相對空調工況的性能系數(shù)n2：夜間蓄冰工況冷機工作小數(shù)時21nCnQqfCCfkq

11、CnQ2tan52逐時負荷校核n彥書P38表4-3534.2 不同類型系統(tǒng)中泵的流量與揚程n詳細內容參閱：李先庭，張茂勇，趙慶珠。冰蓄冷系統(tǒng)中鹵水泵的合理配置和選型。暖通空調，2002，（3）：7074 54管道阻力計算n乙二醇物性參見彥書P40-41的表4-4、4-5、4-6和4-7。n蓄冰系統(tǒng)通常采用質量濃度為25%的乙二醇溶液，凝固點為-10.7(參見彥書表4-8)n乙二醇管路的阻力:計算出水阻力后按彥書P42圖4-3中的曲線修正55管道阻力修正修正曲線管道阻力修正修正曲線56并聯(lián)雙板換蓄冰系統(tǒng)nP1：冷機額定流量，揚程為空調工況和蓄冰工況阻力大者nP2：冰槽承擔的最大負荷與設計溫差確定

12、57并聯(lián)單板換蓄冰系統(tǒng)nP1：冷機額定流量，蓄冷工況阻力nP2：最大負荷與設計溫差確定；揚程為冰槽、板換回路阻力58串聯(lián)單泵蓄冰系統(tǒng)nP1：冷機額定流量，冷機、冰槽、板換回路的阻力59串聯(lián)雙泵蓄冰系統(tǒng)nP1：冷機額定流量，冷機、冰槽回路阻力；nP2：等于P1流量，揚程為板換支路的阻力60串聯(lián)三泵蓄冰系統(tǒng)nP1：冷機額定阻力，冷機部分阻力nP2：流量一樣，板換部分阻力nP3：冰槽冰分的阻力614.3 板式換熱器和膨脹水箱n板式換熱器：按所承擔的容量和設計溫度選型，并聯(lián)系統(tǒng)溫差較小，通常為5，而串聯(lián)系統(tǒng)則可以達到8-10 n膨脹水箱按最高溫度和最低溫度時密度差進行計算62膨脹水箱的計算公式nVs:

13、蓄冰最低溫度時，系統(tǒng)中載冷劑的體積n1 2:載冷劑最低溫和最高溫的密度na1:低液位時,膨脹水箱中的剩余體積,可取10%na2:高液位時,膨脹水箱中的剩余體積,可取20%)(1) 1/(2121aaVVSE635. 蓄能系統(tǒng)的運行控制n以蓄冰系統(tǒng)為例說明,水蓄冷和蓄熱可參考之.以下為運行控制基本原則:n實現(xiàn)不同運行模式的切換n在滿足熱舒適的前提下,盡量將冰用在電力高峰,以節(jié)省運行費用n每天蓄存的冰量應基本用完64冰蓄冷系統(tǒng)的幾種運行模式n冷機蓄冰n冷機供冷n冰槽供冷n冷機與冰槽聯(lián)合供冷n蓄冰并供冷n停機65冰蓄冷系統(tǒng)控制的幾種策略n冷機優(yōu)先:冷機先用,不夠時再用冰槽n冰槽優(yōu)先:冰槽先用,不夠時

14、再啟用冷機n比例控制:冷機和冰槽按一定比例同時供冷n優(yōu)化控制:根據負荷需求和電價政策,最合理地分配冷機和冰槽的負荷,最大限度地為用戶節(jié)省運行費用66冷機優(yōu)先的控制策略n非常容易實現(xiàn)，且很可靠。但不能最大限度地發(fā)揮冰槽的作用，不能很好地轉移高峰用電，運行費用節(jié)省不顯著n早期的冰蓄冷工程采用67冰槽優(yōu)先的控制策略n可最大限度地發(fā)揮冰槽的作用，但容易出現(xiàn)下列情況：n冰槽中的大部分很可能不是在電力高峰中利用的n負荷高峰時，冰槽中沒有冰了，從而僅靠冷機不能滿足房間溫度要求68比例控制的運行策略n通過合理調節(jié)負荷在冷機和冰槽間的分配比例，可實現(xiàn)較充分利用冰槽；但分配比例并不是一成不變的，分配比例的確定很困

15、難，需要大量的經驗69優(yōu)化控制策略n通過對第二天逐時負荷的預測，合理分配冷機和冰槽間的負荷，最大限度的節(jié)省運行費用，并保證高峰負荷時的熱舒適。n需要一套優(yōu)化控制程序n運行費用至少比冷機優(yōu)先省25%70某蓄冰工程自動控制示例71蓄冰控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能自動檢測冷凍水供、回水溫度、壓力和供水流量自動檢測冷卻水供、回水溫度及板換的供、回水溫度自動檢測蓄冰槽進、出口溫度自動檢測各水流開關狀態(tài)自動控制冷凍、冷卻水泵、冷凍機、冷卻塔的順序啟停及相關閥門的順序調節(jié)，并檢測其運行狀態(tài)及過載報警根據測量值計算系統(tǒng)冷負荷，以實現(xiàn)蓄冰槽出口溫度及冷凍機運行臺數(shù)的最優(yōu)控制根據供、回水壓力自動調節(jié)旁通閥的開度，以保證管網

16、壓力和流量穩(wěn)定專家系統(tǒng)診斷及故障報警可通過中央管理工作站對其進行遠動控制72故障診斷示例736. 蓄能系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)的比較n蓄能系統(tǒng)能否實施，關鍵是看其經濟性。通常需要將蓄能系統(tǒng)與普通的系統(tǒng)進行經濟比較n對同樣的建筑設計蓄能系統(tǒng)和普通系統(tǒng)n計算二者的初投資（含各種增容費）n計算二者的運行費用，得到蓄能系統(tǒng)相對普通系統(tǒng)的投資回收期74初投資的估算n主設備的報價n自控部分報價n施工費用n增容費用n其他費用75運行費用計算n每月選取一代表日逐時負荷，按控制策略分配冷機與冰槽的負荷，計算所有設備的功耗，按電價得到代表日運行費用，匯總得到總的運行費用n用同樣方法得到普通系統(tǒng)的代表日和總的運行費用76蓄能

17、系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)的比較（1）n一般而言，蓄能系統(tǒng)的直接投資稍高于普通系統(tǒng)，但若電力增容費用較高時，蓄能系統(tǒng)有可能與普通系統(tǒng)總投資持平n若采用低溫水和低溫送風技術，則蓄冷系統(tǒng)的直接投資有可能與普通系統(tǒng)持平，甚至略低77蓄能系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)的比較（2）n蓄能系統(tǒng)的運行費用肯定應低于普通系統(tǒng)，通?？晒?jié)省普通系統(tǒng)運行費用的1525%，特殊情況可節(jié)約50%787. 蓄能系統(tǒng)的應用場合n由于蓄能系統(tǒng)是利用晚上低谷電蓄能的，因此最適合于晚上電力低谷時無空調負荷（或負荷較?。┑慕ㄖ?；蓄能系統(tǒng)最不適合全天負荷完全一樣的場合。n蓄能系統(tǒng)必須有分時電價政策的支持79特別適合蓄能的電價政策n蓄能方案可減免電力增容費（而普

18、通情況則不能減免）n高峰電價與低谷電價的比例較高（如達到3：1以上）n高峰電價與低谷電價的差較大（有的地區(qū)雖然高低比例小，但差價很大）80適合蓄能的建筑類型（1）n寫字樓：僅白天有負荷，且在高峰；晚上基本無負荷，非常適合蓄能n賓館：晚上有一定負荷，但不到白天的1/3，可用基載主機承擔晚上負荷，也較適合蓄能n體育場館：使用時間短，晚上有充裕的時間蓄能，是非常理想的場合81適合蓄能的建筑類型（2）n影劇院：演出時間較短，負荷較集中，適合采用蓄能n圖書館、銀行：類似寫字樓n商場：客流也集中在高峰電時段，可利用低谷電降低運行費用n醫(yī)院：類似賓館82適合蓄能的建筑類型（3）n教堂：每個禮拜是主要負荷，可

19、有充分時間蓄能，最大限度降低設備容量，并節(jié)省運行費用n寺廟：主要活動在白天，晚上是蓄能的很好時間83冰蓄冷系統(tǒng)的延伸應用（1）n大溫差送水和低溫送風n利用蓄冰產生的低溫水，外融冰時可達到2，從而可利用10 溫差，減少管道尺寸和泵耗n利用低溫水可產生低溫風（普通送風約16-18 ），如10 以下，從而減少風道尺寸和風機功耗84冰蓄冷系統(tǒng)的延伸應用（2）n已有建筑由于空調負荷增加，或冷機出力下降，不想增添新冷機時，可采用蓄能方式，增加白天的供冷能力n這種方式通常初投資較少，且運行費用較省85改造工程的特點n改造工程通常受場地條件限制n冰槽太大，現(xiàn)有的運輸通道不夠大n現(xiàn)場場地不規(guī)則，標準槽體放不下n

20、解決措施n冰槽和盤管分開運進，現(xiàn)場拼裝n可根據現(xiàn)場條件設計非標產品86改造工程的注意事項n分清用戶的需求：是為節(jié)省運行費用，還是為解決供冷能力不足，突出重點n充分利用現(xiàn)有的空間條件布置冰槽、換熱器和水泵等n個別工程如有資金問題，可考慮不上自控，而用手動閥門，人工切換n部分冷機可通過改造實現(xiàn)空調和制冰雙工況運行，應確認冷機能否進行改造878. 我公司在蓄能方面特點n對蓄能系統(tǒng)有深入的研究n彥先生是國內最早開展蓄能研究與應用的教授，二十世紀70年代即開展水蓄冷應用n在國內唯一進行負荷預測與優(yōu)化控制n最早開展冰蓄冷系統(tǒng)動態(tài)仿真研究88公司已有技術n水蓄冷和冰蓄冷系統(tǒng)設計軟件n水蓄冷布水器優(yōu)化設計軟件n水蓄冷和冰蓄冷動態(tài)仿真軟件n空調負荷預測軟件n蓄能系統(tǒng)優(yōu)化控制軟件n閉式外融冰冰槽n一體化蓄冰機組89低溫送風時的技術措施n已有低溫送風時風口是否結露（這是一般用戶用低溫送風最擔心的，而特殊風口非常昂貴）的分析軟件n低溫條件下保溫材料性能檢測臺90蓄能系統(tǒng)技術研究熱點（1）n