蓄冰空調(diào)課件

蓄冰空調(diào)04

既有蓄冰改造、運(yùn)維?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.01

30年蓄冰空調(diào)回顧02

提高蓄冰系統(tǒng)能效03

蓄冰盤(pán)管優(yōu)化設(shè)計(jì)/評(píng)估目錄CONTENTS蓄冰空調(diào)01

蓄冰空調(diào)30年回顧?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.1993年全國(guó)第一個(gè)蓄冰空調(diào)在深圳電子科技大廈投入使用1994年我國(guó)暖通空調(diào)年會(huì)在深圳召開(kāi)，專(zhuān)家在考察了深圳

蓄冰式集中空調(diào)后提出：為避免空調(diào)系統(tǒng)末端發(fā)生乙二醇水溶液泄露，應(yīng)將其限制在機(jī)房?jī)?nèi)使用；2000年深圳市為鼓勵(lì)采用蓄冰空調(diào)移峰填谷，在全國(guó)率先

實(shí)施了蓄冰空調(diào)谷期電價(jià)

優(yōu)惠，并設(shè)定了獲得谷期優(yōu)惠電價(jià)的門(mén)檻—蓄冰量不低于總負(fù)荷的30%。至此“板式換熱器隔離乙二醇水溶液和30%蓄冷量”成?

2022

A為UTO-UNION

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reserved.30年前中國(guó)建成第一個(gè)大型蓄冰空調(diào)

蓄冰空調(diào)現(xiàn)狀

蓄冰系統(tǒng)和蓄冰裝置的研究，仍然停留在10多年前水平上。

存在的問(wèn)題：系統(tǒng)能效低、蓄冷量虛標(biāo)、普通金屬盤(pán)管壽命短及性?xún)r(jià)比低。

蓄冰行業(yè)在技術(shù)上裹足不前、無(wú)糾錯(cuò)機(jī)制，急需制定蓄冰標(biāo)準(zhǔn)解決上述問(wèn)題。

為扭轉(zhuǎn)蓄冰空調(diào)低能效窘境，我們提出了“獨(dú)立蓄冰”/“制冷機(jī)高效運(yùn)行+

蓄冷量調(diào)節(jié)”的高效機(jī)房技術(shù)路線、雙碳背景下“避峰蓄冷”的方案

針對(duì)盤(pán)管蓄冰裝置虛標(biāo)嚴(yán)重現(xiàn)象，我們研發(fā)了蓄冰盤(pán)管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法可協(xié)助設(shè)計(jì)院、建設(shè)方對(duì)蓄冰盤(pán)管的性能進(jìn)行事先評(píng)估提供支持。?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.

蓄冰空調(diào)前景

蓄冰空調(diào)面臨著發(fā)展機(jī)遇獨(dú)立蓄冰的高效機(jī)房技術(shù)路線

實(shí)現(xiàn)了機(jī)房高效低碳目標(biāo)在有冷需求的應(yīng)用場(chǎng)景，如利用谷期電力蓄冷，其投資回報(bào)、能效、安全性、環(huán)

保、使用年限等指標(biāo)都優(yōu)于化學(xué)蓄能。政策上：2019年國(guó)家發(fā)改等7部委提出提高空調(diào)能效的要求2023年2月《廣東省綠色高效制冷行動(dòng)計(jì)劃（

2023-2025

）》的通知

2023年2月召開(kāi)的高效機(jī)房視頻會(huì)議徐偉院長(zhǎng)提出高效低碳機(jī)房?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.02

提高蓄冰空調(diào)系統(tǒng)能效?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.現(xiàn)配置?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.制冷機(jī)最小配置原則1傳統(tǒng)蓄冰空調(diào)的配置原則示意夜間蓄冰白天空調(diào)原需求白天空調(diào)A.

板式換熱器使泵耗損失14.3%以上D.雙工況制冷機(jī)空調(diào)工況效率低7.5%以上C.增加的泵耗功轉(zhuǎn)變成熱量損失電能4.1%B.

板式換熱器帶來(lái)2°C溫差損失4.5%傳統(tǒng)的蓄冰空調(diào)已經(jīng)到了非改不可的時(shí)候合計(jì)損失

30%

傳統(tǒng)蓄冰空調(diào)1

以最小制冷機(jī)配置為原則的蓄冰制冷機(jī)均匹配為雙工況制冷機(jī)——白天空調(diào)工況運(yùn)行，夜間蓄冰工況運(yùn)行。以離心機(jī)為例，其制冷機(jī)在滿(mǎn)足雙工況運(yùn)行的情況下，空調(diào)工況不是最佳能效工況，通常比高

效空調(diào)制冷機(jī)能效低10%

以上。2

乙二醇水溶液與二次冷凍水存在著板式換熱器，以2°C溫差計(jì)算，雙工況制冷機(jī)能效下降6%

。3

白天雙工況制冷機(jī)運(yùn)行，除冷卻水水泵、二次水冷凍水泵外還增加了乙二醇水溶液水泵

，考慮乙

二醇水溶液的物理特性粘度大、熱容小原因，乙二醇水泵的能耗相對(duì)空調(diào)系統(tǒng)增加13%-15%能耗。4

乙二醇水溶液水泵能耗的增加，提高了系統(tǒng)內(nèi)能，按照系統(tǒng)COP為4.0計(jì)算，損失能耗14%/4=3.5%加權(quán)合計(jì)為：（

10%+6%）

×75%+14%+3.5%=29.5%蓄冰空調(diào)白天運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)能效降低

傳統(tǒng)蓄冰空調(diào)

雙工況制冷機(jī)對(duì)蓄冰效益的負(fù)面影響

獨(dú)立蓄冰的提出

蓄冰機(jī)（雙工況）

不再或很少承擔(dān)白天空調(diào)負(fù)荷

所蓄冷量在白天可以快速有效地應(yīng)對(duì)末端負(fù)荷波動(dòng)，以維持

基載制冷機(jī)高效運(yùn)行。

華為松山湖冷站一期3#、

4#地塊雙工況制冰

1588RT×3蓄冰38000RTH

，蓄冰設(shè)備42300RTH機(jī)載制冷機(jī)

2000RT×6由華陽(yáng)胡勇工程師提供獨(dú)立蓄冰特征?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.高效機(jī)房經(jīng)濟(jì)配置原則20%-25%解決末端負(fù)荷變化（非額定負(fù)荷）的能效成為高效機(jī)房的重點(diǎn)?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.蓄冷空調(diào)配置原則

2獨(dú)立蓄冰的高效機(jī)房技術(shù)路線

——提高蓄冰空調(diào)白天機(jī)載效率內(nèi)容系統(tǒng)占比額定占比動(dòng)態(tài)影響制冷機(jī)能效75%0-30%（定壓比部分負(fù)荷）制冷機(jī)部分負(fù)荷冷卻塔散熱0水泵耗能水泵效率20%0管道阻力0兩器阻力0過(guò)濾器阻力0止回閥主力0冷卻塔耗電風(fēng)扇效率5%0u水泵能耗

u制冷機(jī)能耗

n冷卻塔電機(jī)

u 影響高效機(jī)房能效因素占比

對(duì)能效（EER）的影響程度?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.現(xiàn)配置?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.按照不同配置原則配置示意高效機(jī)房經(jīng)濟(jì)配置原則+保持高效運(yùn)行白天不運(yùn)行原需求放冷放冷第2臺(tái)制冷機(jī)第1臺(tái)制冷機(jī)制冷機(jī)高效運(yùn)行+蓄冰冷量調(diào)劑末端負(fù)荷變化的高效機(jī)房技術(shù)路線

放冷放冷?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.制冷機(jī)如何高效運(yùn)行？

蓄冰調(diào)節(jié)+機(jī)載制冷機(jī)高效運(yùn)行

?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.Chiller

input

power10%20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%100%Per

sent

load

2004年

制冷機(jī)高效運(yùn)行

1.21.11

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.Kw/ton?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.負(fù)荷copIPLVkw/tonkw/toncopcop比率效率下降率100%6.2230.5650.5656.223009100.00%0.00%90%6.1900.5290.5686.19014199.47%0.53%80%6.0000.5090.586696.42%3.58%70%5.7450.50.6125.74509892.32%7.68%60%5.3840.4960.6535.3843886.52%13.48%50%4.9520.5010.714.95211379.58%20.42%40%4.5430.5490.7744.54263673.00%27.00%30%4.4010.6220.7994.40050170.71%29.29%20%0.76810%1.148

制冷機(jī)部分負(fù)荷對(duì)效率的影響

?部分負(fù)荷運(yùn)行與能效的關(guān)系

（注意：環(huán)境溫度造成高效點(diǎn)偏移）

u

清華魏老師在一次講座中提到：中國(guó)的變頻離心機(jī)90%不變頻使用n

變頻離心制冷機(jī)只有在環(huán)境溫度下降時(shí)才可以獲得更高的效率

u蓄冷系統(tǒng)不需要變頻制冷機(jī)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，除非全年制冷運(yùn)行u

多機(jī)頭磁懸浮具有調(diào)節(jié)負(fù)荷次高效特性，當(dāng)必須匹配相關(guān)控制?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.

變頻離心制冷機(jī)

萬(wàn)物之始，大道至簡(jiǎn)蓄冰空調(diào)有條件做到化繁為簡(jiǎn)的高

效低碳機(jī)房，頻繁變化的末端負(fù)荷和部分

負(fù)荷不再成為影響制冷機(jī)運(yùn)行效率的因素。?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.制冷機(jī)高效運(yùn)行+蓄冷量調(diào)節(jié)——高效機(jī)房技術(shù)路線

雙碳目標(biāo)下的建筑蓄能，受納夜間清潔能源以消除尖峰/峰期用電為目的

避峰運(yùn)行配置5

-60%

蓄冰在峰期釋放+機(jī)載制冷機(jī)高效運(yùn)行

+?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.?2022第2臺(tái)制冷機(jī)第1臺(tái)制冷機(jī)第2臺(tái)制冷機(jī)第1臺(tái)制冷機(jī)

雙碳背景下避峰配置放冷放冷放冷放冷放冷放冷放冷?當(dāng)前我們是全面搞光伏、整個(gè)社會(huì)都想做儲(chǔ)電，這不是一個(gè)正?，F(xiàn)象?全社會(huì)要提倡要因地制宜奔雙碳!?比如

:

空分廠要夜間全負(fù)荷開(kāi)機(jī)，大量制取液氮、液氧?

間斷的熱處理工藝要排到夜間進(jìn)行加熱運(yùn)行?

需要高溫水的處理工藝可以利用夜間進(jìn)行儲(chǔ)熱?冷庫(kù)利用夜間谷電拉低庫(kù)溫，或進(jìn)行低溫加工處理、低溫制人造冰。?

建筑用冷、用熱可以通過(guò)蓄冷蓄熱，避開(kāi)白天用電高峰期。?建筑空調(diào)的蓄冷蓄熱要提高到雙碳戰(zhàn)略高度來(lái)看，它是消納清潔能源的重要環(huán)節(jié)，是建筑、

空調(diào)領(lǐng)域的

”藍(lán)氫、

綠氫

”?雙碳目標(biāo)形式下的避峰運(yùn)行蓄能策略獨(dú)立蓄冰+基載高效運(yùn)行流程03

蓄冰盤(pán)管優(yōu)化設(shè)計(jì)/評(píng)估?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.靜態(tài)蓄冰盤(pán)管2022AUTO-rights

reserved蓄冰盤(pán)管優(yōu)化設(shè)計(jì)/評(píng)估方法提出的背景蓄冰裝置虛標(biāo)蓄冷量問(wèn)題普遍存在，虛標(biāo)蓄冷量20%

以上，有時(shí)甚至達(dá)50%,典型的劣幣驅(qū)除良幣現(xiàn)象。通過(guò)近一年的研究和試驗(yàn)，我們提出了蓄冰盤(pán)管優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，這不僅是蓄冰盤(pán)管優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，更可以對(duì)既有蓄冰盤(pán)管產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估。這一方法簡(jiǎn)單實(shí)用，以前廠家的產(chǎn)品象個(gè)盲盒，安裝使用后才知道蓄冰量大小、放冷速率多少，通過(guò)這種方法在招投標(biāo)環(huán)節(jié)中依據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參

數(shù)就可以知道蓄冷量及融冰速率。希望蓄冰盤(pán)管虛標(biāo)冷量的現(xiàn)象止于今?

2022

AUTO-UNIO日NAllrights

reserved.結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量

和

熱力蓄冷量當(dāng)盤(pán)管材料、管徑、乙二醇溫度、蓄冷時(shí)間確定后結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量=熱力蓄冷量時(shí)的結(jié)冰厚度（盤(pán)管管間距）為最佳蓄冷量?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.蓄冰盤(pán)管優(yōu)化設(shè)計(jì)/評(píng)估定義了蓄冰盤(pán)管兩個(gè)重要指標(biāo)盤(pán)管排布模型——結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量正四邊形正三邊形?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.?單位體積結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量的計(jì)算：Q結(jié)=N

*K*R（L2-D2）*3.1416/4其中：N=（1/L)2

盤(pán)管數(shù)量L

管間距mD

盤(pán)管外徑mK

盤(pán)管排布系數(shù)

正四邊形

0.8-0.85

正三邊型

0.88-0.93R

冰的潛熱80000千卡/m3?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.確定盤(pán)管排布模型后僅與盤(pán)管直徑和管間距有關(guān)

它表明盤(pán)管裝置最多能儲(chǔ)多少冰量（冷量）結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冰量：蓄冰裝置允許的最大儲(chǔ)冰量——園園相切盤(pán)管管束

:

1000÷(16+15×2)

×1000÷

(16+15×2)

=

472考慮制造空間取箱體管束有效率85%N=472×85%=402米盤(pán)管面積

:s=0.016×3.1416×402

=20.2

平方米最終面積:S=0.046×3.1416×402=58.1平方米結(jié)冰體積

:V=3.1416÷4×(0.0462-0.0162)

×402=0.587立方米蓄冰冷量

:Q結(jié)=0.5873×1000×80÷3024=15.54冷噸時(shí)?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.

結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量D16×1.8盤(pán)管——結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冰量 二醇

乙蓄冰結(jié)束時(shí)狀態(tài)?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.二醇乙二醇乙二醇乙二醇乙二醇

乙SHUISHUISHUISHUISHUISHUIw

熱力蓄冷量

蓄冰厚度與塑料管材對(duì)換熱系數(shù)的影響SHUI冰d內(nèi)水冰與槽內(nèi)水對(duì)流換熱乙二醇溶液對(duì)流換熱

盤(pán)管外結(jié)冰后的外徑盤(pán)管的內(nèi)徑冰的導(dǎo)熱系數(shù)管材的導(dǎo)熱系數(shù)125w/m2°C960w/m2°C0.046米0.0124米

2.2w/m°C0.46w/m°CK=1/（1/125+1/259+1/78.9+

1/90.6）K=28.11

W/M2°CK=1/（

1/a外+E/a內(nèi)+

E1k/入塑+(d外/2)×LN（d外/d內(nèi)

）/入冰

）冰水換熱冰的導(dǎo)熱u盤(pán)管換熱

乙二存換熱a外

:

a內(nèi):

d外

:

d內(nèi):

入冰

入塑11%22%31%塑料盤(pán)管熱阻比例二醇乙?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.36%D外w

熱力蓄冷量

蓄冰厚度與金屬管材對(duì)換熱系數(shù)的影響K=1/（

1/a外+E/a內(nèi)+

E1k/入鋼+(d外/2)×LN（

d外/d內(nèi)

）/入冰

）SHUI冰d內(nèi)水16.7%1%47.8%冰與槽內(nèi)水對(duì)流換熱乙二醇溶液對(duì)流換熱

盤(pán)管外結(jié)冰后的外徑盤(pán)管的內(nèi)徑冰的導(dǎo)熱系數(shù)管材的導(dǎo)熱系數(shù)125w/m2°C960w/m2°C0.046米0.0124米2.2w/m°C

28w/m°CK=1/（

1/125+1/259+1/4808+

1/90.6）K=43.1W/M2°C冰水換熱冰的導(dǎo)熱盤(pán)管換熱n

乙二存換熱a外

:

a內(nèi):

d外

:

d內(nèi):

入冰

入鋼金屬盤(pán)管熱阻比例二醇乙34.5%?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.D外熱力蓄冷量的表述

:

蓄冰時(shí)傳熱系數(shù)K與盤(pán)管管徑厚度材質(zhì)、冰層厚度、槽內(nèi)冰-水a(chǎn)冰-水

、管內(nèi)流體與管壁a內(nèi)有關(guān)；當(dāng)確定了低溫流體與0

°C

水的溫差、一定蓄冰時(shí)間后可蓄的冷量蓄冷功率

q=K×F×ΔT8小時(shí)蓄冷量

Q=q×8小時(shí)其中：

K

傳熱系數(shù)F

盤(pán)管外園總面積

F=N×D×3.1416ΔT

冰槽水溫（0

°C）與乙二醇水溶液平均溫度的溫差?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.

熱力蓄冷量：

結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量：確定盤(pán)管排布模型后僅與盤(pán)管直徑和管間距有關(guān)

它表明盤(pán)管裝置最多能儲(chǔ)多少冰量（冷量）熱力蓄冰量：與盤(pán)管管徑材料、厚度、冰層厚度、a冰-水和管內(nèi)流體a內(nèi)

、溫差有關(guān)

它表示在上述熱力條件下、一定時(shí)間內(nèi)可以蓄多少冰量（冷量）結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量與熱力蓄冰量的關(guān)系：結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量等于熱力蓄冰量時(shí)為最優(yōu)（間距）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.揭開(kāi)了蓄冰裝置蓄冰的本質(zhì)w

結(jié)構(gòu)與性能

結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冰量：按照盤(pán)管截面排布，相鄰盤(pán)管結(jié)冰相接時(shí)的結(jié)冰量，這是結(jié)構(gòu)允許的最大儲(chǔ)冰量。條件蓄冰量：盤(pán)管材料、尺寸、冰層厚度、溫差等條件決定了蓄冰速率，乘8小時(shí)形成的蓄冰量。 條件蓄冷量3.5

條件蓄冷量4.5

條件蓄冷量5.5

結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.RTH40.0035.0030.0025.0020.0015.0010.005.000.00結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冰量與熱力蓄冰量10111213141617

18

192021222324252627

28

29

30qi=Ki

×Fi

×

ΔT冰厚mm3.002.502.001.501.000.500.00?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.靜態(tài)蓄冰盤(pán)管在8小時(shí)蓄冰過(guò)程中換熱量如何變化有人會(huì)問(wèn)：我們計(jì)算條件蓄冰時(shí)，傳熱系數(shù)是在結(jié)冰最厚時(shí)計(jì)算的，結(jié)冰過(guò)程中換熱量會(huì)大多少1

2

3

4

5

6

7

8

910

11

12

13

14

15

16

17

18

3.5度

4.5度

5.5度隨冰層厚度增加，換熱量?jī)H同蓄冷溫差相關(guān)結(jié)構(gòu)與性能1011121315161718

1920212223242526272829

30

鋼盤(pán)管

PE-XX結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冷量?jī)煞N材料對(duì)換熱量的影響D20×1.8最大蓄冰量與計(jì)算值的關(guān)系454035302520151050揭示了結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冰量與熱力蓄冰量的本質(zhì)簡(jiǎn)化了蓄冰裝置優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為設(shè)計(jì)院選型設(shè)計(jì)有了依據(jù)建設(shè)方事先評(píng)估成為可能倒逼蓄冰空調(diào)產(chǎn)家提高產(chǎn)品質(zhì)量為修改蓄冰空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)提供了可靠的基礎(chǔ)依據(jù)

蓄冰裝置產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)和事先評(píng)估方法的重要意義

結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冰量=熱力蓄冰量結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冰量＞熱力蓄冰量結(jié)構(gòu)儲(chǔ)冰量＜熱力蓄冰量?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.a

校核優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)

某直膨式蓄冰D10mm/100mm銅管

可以現(xiàn)場(chǎng)演示蓄冰裝置評(píng)估程序?2022AUTO-UNIONAllrights

reserved.

利用優(yōu)化/評(píng)估方法進(jìn)行演示

盤(pán)管放冷情況比較復(fù)雜，先講內(nèi)融冰，我們只談管外的部分內(nèi)融冰根據(jù)放冷過(guò)程有不同的換熱形式：

盤(pán)管與冰的導(dǎo)熱、與水的導(dǎo)熱/自然對(duì)流、冰與水的導(dǎo)熱/自然

對(duì)流、溶解放冷、還存在輻射熱交換等，實(shí)踐表明：冰的上浮使冰體緊貼盤(pán)管對(duì)放冷極為有利，研究融冰對(duì)象（PERT

D=16×1.8

冰層厚度=15mm）在破冰前2-3個(gè)多小時(shí)，放冷率＞

20%

結(jié)構(gòu)與性能

盤(pán)管放冷

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reserved.水

冰

柱冰柱上浮o融冰前開(kāi)始融冰盤(pán)管壁乙二醇浮冰脫離盤(pán)管破冰w