华东工业大学学报
第18卷 第3期J.East China University of Technology Vol.18No.31996
直接接触固液相变制冰及冰蓄冷
系统的研究进展
刘道平 李瑞阳 陈之航
(华东工业大学动力工程学院 上海 200093)
摘 要 综述了直接接触固液相变制冰、强化制冰的方法及冰蓄冷系统的研究进展,考虑到目前对蓄冰技术相关的固液相变传热问题的研究与发展现状,提出了一些有待研究解决的问题.
关键词 直接接触换热;固液相变;冰蓄冷系统
中图法分类号 T K124
利用直接接触的固液相变传热制造冰晶,并以冰水两相流直接输送供冷已成为区域冰蓄冷空调技术的发展方向之一[1].其特点包括[2]:a.采用0℃冰潜热输送可以扩大供冷回水的温差,减少输送流量,实现供冷设备和末端装置小型化,减少建筑占用空间;在原有设计供冷不足时,不需变更输送配套设备,即可实现送冷容量的增大;b.利用温差的扩大,可以缩小蓄热槽的容量,减少冷量输送耗能;c.随着城市的发展,对集中供冷的需求日益增长,冰水固液两相流潜热直接输送可增大热输送密度,实现长距离输送.
蓄冰器是冰蓄冷空调系统的重要组成部分,充分了解冰蓄冷系统的特性,对于进行蓄冰器的设计优化,改进其蓄冷和供冷特性,指导蓄冷系统的实际运行是十分重要的.
1 直接接触固液相变蓄冰技术的研究进展
直接接触传热是一种效率高的传热方式,与常规管壳式传热方式相比,它的传热热阻大大降低,并消除了换热面积垢和腐蚀对传热的影响.应用直接接触相变传热的方式进行蓄冰是近期开展的研究之一,它既可以摆脱管壳式和密封件式蓄冰方式带来的冰层厚度增长,附加热阻增加的问题,又可以通过提高制冷剂蒸发温度,从而提高制冷机组的制冷系数.
在利用直接接触换热进行制冰蓄冷过程中,主要换热方式为带固液相变的气体2液体接触换热和液体2液体接触换热.在蓄冷和供冷循环中,涉及冰晶(或水合物)的制备和融化两个方面.
收稿日期:1996-03-27
1.1 冰晶(或水合物)的制备
利用制冷剂与水的直接接触蓄冷是目前研究的主要课题[3～10].在已经研究的制冷剂中,R211、R212、R2134a和R2141b都可以在稍高于水冰点的温度下形成气体水合物,而R2114和R2123只会形成冰晶,其传热过程包括液态(或汽液两相)制冷剂的蒸发和水与制冷剂接触凝固形成冰晶(或水合物)过程.试验研究的做法均将蓄冰罐结合进制冷系统之中,且为促进制冷剂(或传热液)与水进行充分的接触换热,以及小颗粒冰晶的形成,系统中采用制冷剂(或传热液)喷入蓄冷罐的形式.
附图表示的是液态R212蒸发和水直接接触形成水合物的情况.在水合物形成的过程中存在两个界面,一是水/液体R212界面,水合物呈稠密的浆状;二是上部蒸汽/水界面,水合
物为多孔性结构的固体,它会向上快速增长,若不加限制,它会流入制冷循环中
.
附图 R212水合物形成状况 为探索描述水合物形成的传热模型,充分了解过程的传热特征,Mori和Isobe[9]根据试验现象,针对单一制冷剂液滴蒸发形成水合物,生成的由水合物膜覆盖的汽液两相气泡在水中自由上升的过程,提出了物理模型.根据水和气泡间传热、蒸发热和水合物形成热之间的热平衡,建立了数学模型.
另外对选用R2114作为制冷剂进行直接接触蓄冰也作了研究[11,12].使用R2114是因为它几乎和水不相容,且在0℃时R2114的饱和压力为87.78kPa,低于一个大气压,因此可以避免采用R212或R222的高压系统所遇到的泄漏问题.
在数值模拟研究方面,Subbaiyer[12]等人对使用R2 114作制冷剂的直接接触式蒸发器作为制冰器和蓄冰罐
的蓄冷系统,进行了计算机性能模拟研究,并和管式蒸发器蓄冰罐的性能进行了比较.直接接触蓄冰的传热效果要比间接传热好,减少了很多传热热阻.直接接触制冰器在单位产冷量下的耗电要比管壳式制冰器少30%,而且,同样的制冰量下,制冰时间要比管式制冰器缩短13%.
间接冷媒和水的直接接触制冰方式避免了制冷剂和水接触形成水合物的问题,系统中要求冷媒为与水不相容的低凝固点溶液.Clive[3]在介绍英国冰蓄冷技术的进展中也介绍了这种制冰方式的系统构成.渡边裕[4]对利用与水不相容的不冻液(C8F18)制冰系统进行了研究,考察了不冻液滴的大小与其在水中下落速度的关系、冰形成时水槽内温度的变化情况和形成冰的状态.
1.2 冰晶的融化
在直接接触式蓄冰系统中,冰晶的融化可以是水和冰晶的直接接触融化,也可以采用在冰晶层内设置盘管进行间接融化来供冷.对于间接融化,Yamada[15,16]就单管和多排水平加热管外冰晶的融化问题进行了研究.对于单一加热管,融化交界面与普通的冰层和相变换热82 华东工业大学学报1996年第18卷
材料的融化不同,融化边界是水平发展的.对于多排管,开始时和单一加热管相同,随着时间的推进,融化区域会连接在一起,融化传热率将上升.
对于接触式融化, 田昌志[17]采用分层方法建立了颗粒冰层的能量平衡方程,采用试验手段对水在颗粒状冰层中流动融冰问题进行了研究,考察了初期冰粒直径和质量、冰层高度、水流量和入口水温,还运用能量平衡方程计算了残冰量与时间的关系.
直接接触式制冰对于流动性冰晶的制备及冰水直接供冷提供了有利条件,但冷媒和水的分离,特别是气体2水合物和水的分离及对固体水合物的处理是必须解决的问题.建立有效的接触制冰传热模型,归纳相关传热计算的准则式是推进该方法应用的技术基础.冰晶的融化效果关系到实际供冷负荷的大小.冰水直接供冷涉及到冰水两相流的输送问题,包括冰水两相流的压力损失特性,冰对输送管路堵塞现象的影响;以及冰水分离器,热交换器的换热特性等.这些问题的研究进展将影响到冰水直接供冷方式的成败,一些日本学者在此方面已经进行了某种有益的研究[2,18].
2 对强化制冰方法的研究进展
在静态系统中,对于管外蓄冰来讲,强化制冰主要是通过扰动促使水温均匀并迅速降低来加快水的冻结;对于冰球,可以在冰球内加入强化传热元件来进行.
在动态系统中,采用的方式较多,有采用热的、机械刮板的方法将形成的冰除去;也有利用冰的重力和浮力特点而产生自动释放的方法使形成的冰自行脱落.对于后一种方式,要求制冰换热器表面具有拒绝冰贴附的性质.Stewart [19]等人对此进行子总结,采用的措施有:
a.使用有机材料硅铜,氟塑料、碳氢化合物和蜡、油或胶等使换热表面具有疏水性或与水不相容性.
b.选择最佳表面粗糙度促进空气的夹带,在换热表面和水间封闭空气.
c.在水中加入添加剂以减少冰和换热表面间的联结强度.
d.在水中添加某种促凝剂、或利用磁场和电场效应促进枝状冰晶的形成.
研究发现,使水在过冷状况下结冰亦可促使枝状冰晶的形成,加快冰的冻结.稻 英男[20]对过冷却水在圆管内流动连续制冰进行了试验研究,考察维持流动水的过冷状态的情况.平田哲夫和田中邦章[21]通过试验和理论分析检查了过冷却水流在圆管内强迫流动产生冻结的流量和温度条件,结果表明,管表面的温度梯度对冰在强迫流动的水中冻结无显著影响.静止水的过冷凝固有一特殊现象,即一旦在过冷水中一点出现冰,则整个过冷区都会附着于它迅速冻结.利用此原理, 藤彬夫等[22]提出了一种试验方法来确定温度分布均匀的大容积过冷水凝固的可能性,这种试验采用将水分成较小的液滴来完成,并利用统计方法研究了过冷水的凝固问题.武谷健吾[23]对利用过冷却现象进行制冰的技术进行了总结.3 对蓄冰系统特性的研究进展
在实际运行中,把握设计好的蓄冰系统的特性对于考察其传热性能,使其满足冷负荷变化的要求是十分重要的.目前的研究主要是针对三种常用的蓄冰形式进行的,即管外蓄冰,密封件蓄冰以及动态制冰中的热力融化式蓄冰系统.了解蓄冰系统的性能主要采用两种方式,一是对模化或实际应用的蓄冰器进行试验研究,着重考察蓄冰器蓄冰过程中冰量变化情
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况,以及放冷时的供冷特性;二是从整体能量平衡出发,应用数值模拟方法模拟蓄冰器的实际运行过程.
3.1 管外蓄冰系统
针对直管排管式蓄冰罐, 藤彬夫[24]对采用9根(3×3)水平布置的顺排管束浸入水槽中的制冰过程进行了试验研究.管排布置横向间距为100mm,垂直间距150mm,测试管外径25.4mm,长600mm.在改变冷管安放位置(上、中、下)、管数和环水初温情况下,测量槽内水温分布和绕管外的冰层变化.试验研究观测到两种冰层形式,其一为冷却过程,冰的形成受自然对流影响,水温迅速降低,;其二为冰形成过程,水停滞条件下的冰层稳定增长.
鸟越邦和等[25]对同样的布置形式进行了水流与管外冰直接接触融化过程的试验研究.管排布置的横向间距为80mm,垂直间距60mm,测试管外径25mm,长50mm.通过测量进出口水温和流量变化,考察不同初期冰层厚度和水流量变化对传热的影响.
另外,Stewart[26]通过试验研究,针对直接蒸发式静态管外蓄冰器,提出了与制冷系统热力性能有关的预测管外冰层厚度的计算式.
直管蓄冰管束在蓄冷罐内放置的位置对其蓄冷过程特性影响的研究结果表明,放置在中心位置最佳.罐内的扰动可促使水温迅速减低,而扰动点位置的影响不大.无扰动时,罐内则出现分层效应[27].
对于螺旋盘管式蓄冰罐,相乐典泰等人[28～30]对用聚乙烯塑料制成的蓄冰罐进行的试验结果表明:在制冰过程中,当水温降低至4℃以下时,蓄冰罐内温度分布均匀.在融冰过程中,储存的冰可以完全融化,出水温度可以达到用于空调的最高温度.蓄冰罐内可有效用于空调的显热量与进入蓄冰罐水的流动状态、温度和进口水管的当量直径以及控制运行的方法有关.针对蓄冰罐的冰融化过程分段建立了初期完全混合模型、边界移动模型和由一维移动扩散区模型与下层完全混合区模型组成的下层区域模型.
山羽基、中原信生等人[31,32]运用相似理论对盘管式蓄冰罐进行了模化试验,对制冰过程和融冰过程空气扰动和回流热水扰动的效应进行了调查.最近,他们又根据分层型蓄水罐的原理发展了盘管式蓄冰罐的数值模拟模型,通过引入完全混合区深度和盘管表面与水之间的换热系数来考察盘管的存在对流动和混合性能的影响.
在系统数值模拟研究方面,主要是利用能量平衡方法建立数值模型[33～36].
对于直接膨胀蒸发器管外静态蓄冰系统,必须考虑管外蓄冰对蒸发器蒸发温度的影响.在具体建模时,采用了两种方式.a.分解耦合模式:将蒸发器式蓄冰罐分解成共耦的蒸发器部件和蓄冰罐部件,分别建立数值模型.在蒸发器换热模型中,考虑了冰层沿蒸发器管长变化的特征,将蒸发器管分成数个微元段,建立各微元段的制冷剂蒸发、压降和传热计算式.根据蒸发器管入口状态(制冷剂流量、干度)、蒸发温度和蓄冰罐水温,迭代计算各微元段的能量平衡,并由各微元段管外冰层的准静态能量平衡确定冰形成速率.在蓄冰罐部件模型中,建立冰蓄冷量、回流水输出冷量、扰动产生的热量和环境漏冷量间的能量平衡式,由此确定出蓄冰罐水温,作为下一时间单元蒸发器传热计算的输入数据.通过冰层厚度和蓄冰罐水温将两者联系在一起[33,34]. b.简化分段模式:考察蒸发器和水罐侧整体的能量平衡,冰层增
长沿管长无变化.将蓄冰过程分解为降温阶段和结冰阶段,分别运用能量平衡建立描述管外冰层前沿位置、罐内水温、制冷剂蒸发温度和冷凝器冷凝温度四个常微分方程,并考虑了压缩机的性能参数.利用冰层半径作为蓄冷过程处于何阶段的判据,以数值积分模拟冰罐的动态特性[35].
对于以间接冷媒冷却的管外静态蓄冰系统,Jekel 等人[36]将其工作过程分成充冷和放冷两部分,将蓄冰充冷过程分成水降温、结冰和管外冰出现搭接三个阶段,将融冰放冷过程分成围绕管外的内融化无约束阶段和融化水出现搭接及水升温阶段,并从传热角度建立各阶段的数学模型.对于冷媒侧,必须根据实际工况选择不同换热准则式计算对流换热系数.计算结果和蓄冰罐产品性能的对比表明,当Re 数处于层流和紊流的转变范围内时,传热系数的计算是不确定的.使用层流时的N u 数,传热系数太低,蓄冰罐的计算性能显著低于其产品试验数据;使用紊流时的N u 数,则蓄冰罐的计算性能显著高于其产品的试验数据.Jekel 等在研究中参照常规换热器的分析方法提出了间接冷媒冷却式蓄冰罐的效能表达式,并将其用于分析蓄冰罐的性能.
3.2 密封件蓄冰系统
密封件蓄冰系统的研究主要是针对冰球进行的.研究方法有两种:其一是将蓄冰罐分成数个控制单元,进行每个时间步长的能量平衡,在考虑单个冰球的传热特性同时,建立描述蓄冰罐传热过程的方程组,进行系统的数值分析.根据试验研究,考察单个冰球和含多个冰球的蓄冷罐的传热性能,并将试验测量得到的冰球的传热率结合进蓄冰模型之中.使用简单的多项关系式表示冰层厚度的增加或减少,将凝固和融化过程的传热率与球内冰的份额联系起来,并应用于对冰球蓄冷的动态模拟[27,38].其二是将传热液和冰球考虑成平行的换热单元,应用集总参数模型和一维多孔介质模型研究冰球蓄冷罐蓄冷过程的传热特性[39～41].在一维多孔介质模型研究中考虑了单元中轴向的导热(与集总参数模型的主要区别),将蓄冷过程分解成水显热蓄冷、水冰相变潜热蓄冷和冰显热蓄冷三个阶段,分别对传热液和蓄冰球建立数学模型,然后应用拉氏变换法进行分析求解.试验结果和模型分析计算结果比较表明,使用一维多孔介质模型与试验结果吻合较好.
另外,Laybourn [42]采用半分析方法,通过估计固体或液体和传热工质之间的累计热阻计算了内含水的菱形密封件的传热性能.
在进行冰球蓄冷罐研究时,考虑到密实布置冰球蓄冷罐的特殊性,将其视为多孔介质的固液相变问题是可行的,由于传热液进出口温度的变化使得罐体内各部分冰球的蓄冷特性有所不同,考虑沿轴向的导热更能反映实际的传热过程.对于罐体内蓄冰球松散布置的情况,由于冰球的可动性和密封性就使其不同于其他的多孔介质内固液相变传热问题.对这种特殊情况的研究还未见有文献报道.
3.3 动态蓄冰系统
在制冰落冰式动态蓄冰系统中,蓄冰罐的蓄冰能力和冰融化特性主要取决于蓄冰罐容积大小和几何形状,以及冰的颗粒大小,由于必需的除冰耗能,提高制冰效率减少除冰能耗,实现制冰、除冰时间分配上的优化最为关键.对于这类系统的研究主要有两个方面,一是研
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究蓄冰罐的蓄冰能力和融冰特性;二是了解制冰除冰过程的动态特性.
梁取美智雄[43]就矩形块冰(30mm×30mm×18mm)、小石状冰(直径小于20mm)和雪状冰(直径小于1mm)对蓄冰罐的充填率及蓄冷容量的影响进行了分析,结果表明,小石状冰的充填率较大.
为发展优化动态制冰系统蓄冰罐性能的设计方法,Stewart等人[44～47]针对制冰落冰式动态蓄冰系统,建立了模拟制冰和矩形蓄冰罐充填冰过程的数学理论和数值计算方法.它主要用于在给定需求冷却容量下减小罐体的尺寸,减少制冰过程完成后罐体内残余空隙,控制空隙位置,确定优化的落冰口位置和制冰器开口尺寸,确定蓄冰罐要求的最小水位.并且应用有限差分法求解模拟矩形蓄冰罐内融化水的三维流动数值模型,发展出两个计算软件, MSOLA和M EL TCON TROL,前者用于确定计算网格和融冰水流的流线,并作为后者的输入数据;后者用于估计融冰时间、残余冰量和优化融冰水入口流动条件.另外还应用模化模型试验研究了矩形蓄冰罐内多孔冰床的融化特性,使用罐体尺寸、冰颗粒形状、蓄冰的几何形状、初始水位和进口水流分配来说明冰及蓄冰罐的特性.通过改变入口水温、流量、水流分布和蓄冰几何形状来确定其对出口水温的影响.
Stovall[48]在实际使用容量为380MJ的板上结冰热力式除冰蓄冰系统上,对蓄冰和融冰过程进行了广泛的试验研究,以了解动态制冰系统的性能.通过考察冷凝条件、制冰时间和融化时间来确定制冰、融冰过程的整个效率,估计制冷系统部件性能对整个系统效率的影响,并用多变量回归和统计分析法将系统性能归纳为运行参数的函数.
为了建立通用性能量分析模型,Strand[49]则将蓄冷系统分成直接和不直接蓄冰两种类型.在直接蓄冰模型中,制冷系统的蒸发器用作为蓄冰器或制冰器,如静态管外蓄冰和动态获冰式制冰,可以利用稳定运行时蒸发器和压缩机间的热平衡建立能平衡模型;在间接蓄冰模型中,蓄冰器可看作为换热器,如间接冷媒静态蓄冰和密封件蓄冰,此时可以使用对数平均温差法建立系统能平衡模型.
Knebel[50]运用热平衡方法,建立蒸发器模型、压缩机模型、冷凝器模型和整体系统模型,来预测和估计热力式除冰动态制冰机的性能,考察除冰时间对除冰热损失、压缩机排气压力的影响.冰生产过程的优化实际上是寻求压缩机容量和除冰频率的平衡.选定冰层厚度越大,则制冰时间越长,这会减少吸气温度和压缩机容量及除冰的频率和除冰耗热带来的不利因素.
国外的研究人员通过蓄冰系统的试验和数值模拟研究,对各种蓄冰系统的动态性能已经有了较多的了解,但在进行数值模拟时,对于管外蓄冰冰水界面的对流换热系数的计算仍采用一些无相变条件下得出的换热准则式.从设计角度上看,了解蓄冰罐蓄冰、融冰过程的传热特性,利于使设计满足负荷要求.从运行角度来看,蓄冰技术的应用能否达到节能的目的,关键取决于其控制自动化的应用程度和对具体情况进行应变优化的能力.在预计空调负荷变化的条件下,如何确定制冷蓄冷过程的运行模式,了解蓄冰罐蓄冰融冰的动态传热特性最为关键.建立与实现蓄冷罐系统的计算机模拟,并提高模拟的准确性是推进蓄冷系统计算机控制的基础.
4 有待解决的问题
到目前为止,冰2水相变换热研究的成果还远未系统化,无论从数值研究还是实验研究
方面都还有大量的工作要做.考虑到目前直接接触固液相变制冷及冰蓄冷系统的研究进展情况,将有待进一步研究解决的问题列于附表中.
附表 有待解决的问题
蓄冰类型
有待解决的问题管外蓄冰系统?管束外蓄冰融冰过程的传热特性?蓄冰器设计的相关准则式?蓄冰器设计的优化
冰球蓄冷系统
?冰球上加上强化传热部件后,其蓄冰融冰过程的传热特性?蓄冷罐内冰球的填充率对蓄冷特性的影响动态制冰落冰式蓄冰器
?水与颗粒状冰的接触融化模型直接接触固液相变蓄冰?水合物形成的相关准则关系式?直接接触固液相变传热相关准则关系式
?确定直接接触固液相变蓄冰器特性的特征尺度
对冰水固液相变传热的数值模拟研究多采用固定边界技术和有限差分解法.对于液相区伴随最大密度效应的自然对流情况,发展求解二维和三维固液相变传热问题的有效数值方法,提高数值预测的准确度,也是有待进一步研究的内容.
把握蓄冰融冰过程的传热特性对蓄冰罐的设计和优化特别重要.考虑到水冻结和冰融化过程中特有的密度转折产生的自然对流方向变化和横向冲刷管外冰层形状的特征,原有的绕圆管外的自然对流和强迫对流的传热系数计算公式已不能适用于管外有固液相变的对流现象.寻求可以用于进行蓄冰器设计的相关传热准则式,建立衡量蓄冰器性能的标准及方法是进行冰蓄冷系统优化研究要解决的问题.
5 结束语
和其他学科一样,固液相变传热研究经历了从易到难,从简单到复杂的过程.首先研究的是诸如液相处于凝固温度时的平板上、竖壁上、圆管内外和球域内外的古典Stefan 问题;然后再考虑到液相区流动对固液相变过程的影响;多孔介质中的固液相变则是稍后才开始研究的内容.管束外蓄冰和直接接触制冰晶的固液相变传热问题将是今后需加强研究的内容.
进行相关基础理论研究和数值模拟研究,对于开发高效、紧凑型蓄冰设备,指导蓄冰容器设计优化是十分必要的.这对于推广普及冰蓄冷技术,推动我国新型空调冷源设备的发展,提高我国冰蓄冷技术的研究和应用水平,实现空调节能和能源的合理利用都具有十分重要的意义.
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43 梁取美智雄,佐藤茂村.冰形状および不冻液浓度が冰2水蓄热槽の蓄热容量に及ぼす影响の基础的检
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rectangular thermal energy storage tanks with multiple ice opening.T rans A S HRA E ,1995,101(Ⅰ
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5
3第3期刘道平等:直接接触固液相变制冰及冰蓄冷系统的研究进展
63 华东工业大学学报1996年第18卷
46 Stewart W E,Douglas G G,Saunders C. Ice melting and melt water discharge temperature characteristics of packed ice beds for rectangular storage tanks.T rans A S HRA E,1995,101(Ⅰ)79～89
47 Stewart W E,Douglas G G,Saunders C,et al. Development of a design procedure for thermal storatge tanks utilizing technology that separate the manufacture of ice from the storage of ice.T rans A S HRA E, 1995,101(Ⅰ):1335～1338
48 Stovall T K,Tomlinson J J, Laboratory performance of a dynamic ice storage system.T rans A S HRA E, 1991,97(Ⅰ)1179～1185
49 Strand R K,Peterson C O,Coleman G N. Development of direct and indirect ice2storage models for ener2 gy analysis calculations.T rans A S HRA E,1994,100(Ⅰ):1230～1244
50 Knebel D E. Predicting and evaluating the performance of ice harvesting thermal energy storage systems.
A S HRA E J,May,1995:22～30
Advancements of ice m aking with direct
contact solid2liquid phase change
and ice storage system
Liu Daoping Li Ruiyang Chen Zhihang
(College of Power Engineering,ECU T,S hanghai200093)
Abstract In ice storage technology,making ice slurry by direct contact solid2liquid phase change and cool supply by direct pumping of ice2water two phase flow is one of the development tendencies in disstrict air conditioning with ice storage.The better understanding on heat trans2 fer characteristics of ice storage system is the base for designing and optimizing the ice storage tank.The paper reviews the current development in direct contact solid2liquid phase change heat transfer in ice storage and introduces the method of enhancing ice making and the current research about the ice storage system.Considering the current situation in research and applica2 tion,the paper proposes some unsolved fundamental heat transfer problems in ice storage tech2 nology.
K eyw ords di rect contact heat t ransf er;soli d2liqui d phase change;ice storage system
冰蓄冷空调系统的优点和缺点： （1）优点： ①平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设，对国家而言，是节能的； 对于大城市的商业用电而言，均会出现用电的峰谷时段，在用电的峰段，常常会出现供电不足的状况，而在用电的谷段，又常常会出现电量过剩的状况，如果将低谷电的电能转化为冷能应用到峰值电时的空调系统中去，则可以缓解电网压力，平衡电网； 对国家电网而言，要满足用户1kwh的用电需求，必须要发电站发出超过1kwh 的电量便于抵消电在运输过程中的损耗，而用户对电的需求和利用程度在实际过程中却是不定的，是随机的，尤其是对建筑内的空调而言，其使用程度往往同当天的室外天气条件密切相关，不定性特点尤为突出，倘若国家电网发出的余电无法被用户使用，一来是对能源的浪费，二来对国家电网的安全也存在着隐患，于是，冰蓄冷技术在空调系统中的应用便大大地减缓和减少了以上问题； ②能使制冷主机的装机容量减少； 冰蓄冷空调系统按运行策略可分为两类，一类是全部蓄冷模式，另一类是部分蓄冷模式。对于第一类，通俗地说就是建筑的所有冷负荷（注：蓄冰装置是无法作为热源使用的）全由蓄冰装置承担，而制冷机组（通常是双工况制冷机组）只扮演为蓄冰装置充冷制冰的角色，在空调系统运行的时候，制冷机组处于停机状态，而蓄冰装置则全时段运行，为用户提供冷量。对于第二类，也是实际工程中常用的运行方式，即蓄冰装置只承担建筑冷负荷的一部分，而另一部分则由制冷机组（双工况）承担。因此，由上述可知，不论哪种运行方式，蓄冰装置总是要承担一部分冷负荷的，我们所说的减少了制冷主机的装机容量，实质上就是蓄冰装置承担了制冷机组本应该要承担的一部分负荷，这部分负荷值的大小也就是蓄冰装置的蓄冷量大小； ③目前各地供电部门对用电限制较严，征收的额外费用也名目繁多，建筑业主与用户的经济负担较重，还常常受到限电、拉闸停电种种束缚。若发展冰蓄冷空调技术，就能较好的缓解空调用电与城市用电供应能力的矛盾； ④由于采用了冰蓄冷与低温大温差供冷送风相结合的技术，在初投资费用方面，既可减少空调处理设备、输配设备的大小，输送管网的粗细，还可减少机房管井的占用面积，压低建筑层高，从而不但可节省空调的初投资费用，而且还可降低建筑造价；在运行费用方面，由于送风温度低，风机、水泵的输配功率大幅度降低，制冷空调系统的整体能效得到提高，再加上分时电价的优惠，从而使建筑业主与用户支付比常规空调更少的运行费用； ⑤由于采用了低温大温差供冷送风，使空调处理与输送过程均在较低温度下进行，有利于抑止细菌、病菌的繁殖；较低的室内温度，可进一步改善室内空气品质与热舒适水平。 （2）缺点：
浅谈 流态冰蓄冷系统设计 （第三代）
目录 说明 (3) 产品特点 (3) 安装事项 (3) 项目经济性分析表 (4) 一、峰谷电价政策 (5) 1、国家电力现状及电力优惠政策 (5) 二、冰蓄冷空调系统简介 (5) 1、冰蓄冷空调原理 (5) 2、实施目的 (6) 3、直接接触式的主要特点 (6) 三、直接接触式设计方案 (6) 1、贵项目基本情况 (6) 2、建设冰蓄冷系统的可行性...................................................................................错误！未定义书签。 3、设计计算依据 (7) 4、冰蓄冷空调系统运行费用表 (8) 5、实施费用................................................................................................................错误！未定义书签。 1﹑冰蓄冷冷站增加设备及工程费用...................................................................错误！未定义书签。 6、结论 (15) 四、直接接触式控制以及主机群控系统 (16) 1、冰蓄冷控制系统 (16) 2、控制功能 (16) 3、主机群控系统 (17)
说明 通过“移峰填谷”，可使*******公司整个空调系统每年节省运行电费109.35万元。 不改动系统和空调主机，冰蓄冷与现有空调系统并联运行，安全可靠。 产品特点 冰蓄冷系统是通过制冰方式，以冰的相变潜热为主蓄存冷量的蓄冰系统，利用夜间电网低价电力运转制冷机制冷并以冰的形式储存起来，在白天用电高峰时（高峰电价约为低谷电价的3~5倍）将冰融化供冷，以达到降低运行费用的目的。我司自主研发的独特冰蓄冷技术，突破了传统冰蓄冷的概念，效益更高。 ⑴.自主设计定指标生产的高效二次蓄冰主机，蓄冰COP可达到10； ⑵.直接蒸发式的蓄冰方式，蒸发温度可控制在-1℃； ⑶.外融冰设计，采用冷水直灌，融冰效率极高。 安装事项 ⑴.安装过程简单快捷、占地面积小，可利用建筑物外绿化带面积等，蓄冰罐可以放置室外。 ⑵.不改动原有空调系统，安装过程基本不影响生产； ⑶.安装调试共需约4个星期。
冰蓄冷自动控制系统设备及功能说明
第三章机房自动控制系统 一、冰蓄冷自动控制系统综述 工程的自控系统由上位机远程控制系统、PLC现场控制系统、电动阀、传感检测器件、系统配电柜、系统软件等部分组成。系统结构图如下所示：
PLC控制软件为主的控制程序，该程序为美国西门子公司与CRYOGEL公司联合开发，已经在美国的多个工程中和台湾杰美利（GEMINI）得到应用，直接输入后调整。上位机控制软件也可带采用CRYOGEL/（GEMINI）公司软件包的WinCC操作系统。 上位机远程控制设置先进的集中控制台，采用工控机配置打印机进行远程监控和打印，现场控制机采用PLC可编程控制器控制，进行系统控制、参数设置、数据显示，确保实现系统的参数化，实现系统的智能化运行。 本系统中的核心控制部分与机电执行装置采用国际著名品牌（西门子、江森、霍尼韦尔）的产品。 蓄能系统控制具体功能如下： ⑴控制系统通过对主机、蓄热锅炉、蓄冰装置、板式换热器、泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制，调整蓄冷系统各应用工况的运行模式，在最经济的情况下给末端提供稳定的供水温度。 ⑵根据季节和机组运行情况，自控系统具备所有工况的转换功能。 ⑶控制、监测范围： a、制冷主机、泵、冷却塔启停、状态、故障报警； b、总供/回水管温度显示与控制； c、蓄冰装置及蓄热水箱进出口温度、显示与控制； d、蓄冰量、余冰量、乙二醇流量、瞬时释冷速度、蓄冷速度等标准规定参数 的显示； e、电动阀开关、调节显示；
f、备用水泵选择功能； g、各时段用电量及电费自动记录； h、空调冷负荷以及室外温湿度监测； i、可选的功能（包括楼宇智能化系统接口及接口转换程序）。 ⑷控制系统对一重要的参数进行长时间记录保存，并将空调的实际运行日负荷通过报表或曲线图的方式记录，可以查询到某一段时间内的历史数据值，供使用者进行了解、分析，而且所有的监测数据可进行打印。 ⑸控制系统配置灵活的手动/自动转换功能。现场控制柜可手动控制所有设备的启停。 ⑹可根据负荷变化情况调整运行策略，进行系统的优化控制，最大限度发挥蓄冷系统转移高峰负荷的能力，以最大限度节省运行费用。 ⑺具备无人值守功能、节假日特别控制功能。 ⑻系统可通过电话线或局域网络，对本工程的蓄冷、蓄热与生活热水系统进行远程监控（可选的功能）。 二、蓄冷系统运转模式 蓄冷系统按空调供回水温度7℃/12℃设计，可以通过不同阀门的开、关或调节来实现以下4种不同的运行模式： A、常规主机供冷＋双工况主机制冰模式 B、常规主机供冷＋双工况主机+蓄冰装置联合供冷模式 C、常规主机供冷＋蓄冰装置联合供冷模式 D、融冰单独供冷模式 其运行原理见冰蓄冷空调系统原理图。（见本报价书第七部分）
蓄冷技术介绍 广州汉正能源科技有限公司
目录 一、广州汉正能源科技有限公司简介 (2) 二、蓄冷技术简介 (3) 2.1 蓄冷原理 (3) 2.2 蓄冷优势 (3) 2.3 蓄冷应用范围 (4) 2.4 蓄冷分类 (4) 三、广州汉正蓄冷技术 (6) 3.1、动态冰蓄冷介绍 (6) 3.1.1冰蓄冷发展历程 (6) 3.1.2第三代蓄冰技术——动态冰蓄冷 (7) 3.1.3动态冰蓄冷技术优势 (9) 3.1.4动态冰蓄冷系统 (13) 3.2平行流水蓄冷技术介绍 (15) 3.2.1平行流水蓄冷技术优势 (15) 四、工程案例 (19) 1、东莞晶苑毛织制衣有限公司——华南地区最大水蓄冷工程 (19) 2、深圳富士康冰蓄冷项目 (21)
一、广州汉正能源科技有限公司简介 广州汉正能源科技有限公司成立于2012年10月，是一家专业从事能源领域的公司。在工业冷冻、暖通空调、蓄能、变频节能、低压成套电气和自动化系统集成等领域有丰富的设计、施工经验和工程案例。公司拥有雄厚的技术开发力量，汇集了一批具有硕士、博士学历的高素质专业科研人员，与中国科学院广州能源研究所、中山大学、广东工业大学等相关科研单位、高等院校密切合作，先后开发出动态冰蓄冷、平行流水蓄冷、精密基站空调、变频喷淋螺杆冷水机组、高压开启式螺杆机组等系列产品。 “用心做好每件事”是汉正人的经营理念。公司将以雄厚的技术力量为依托，不断地研发新产品；以一流的工程质量为保障，不断地开拓新市场。 公司本着“诚毅”的核心价值观为每一个客户提供完美的产品和“诚毅”的服务。 ·主营业务：动态冰蓄冷工程的设计和工程建设 水蓄冷工程的设计和工程建设 ·为用户提供全面的蓄能和节能技术解决方案
第三章机房自动控制系统 一、冰蓄冷自动控制系统综述 工程的自控系统由上位机远程控制系统、PLC现场控制系统、电动阀、传感检测器件、系统配电柜、系统软件等部分组成。系统结构图如下所示：
PLC控制软件为主的控制程序，该程序为美国西门子公司与CRYOGEL公司联合开发，已经在美国的多个工程中和台湾杰美利（GEMINI）得到应用，直接输入后调整。上位机控制软件也可带采用CRYOGEL/（GEMINI）公司软件包的WinCC操作系统。 上位机远程控制设置先进的集中控制台，采用工控机配置打印机进行远程监控和打印，现场控制机采用PLC可编程控制器控制，进行系统控制、参数设置、数据显示，确保实现系统的参数化，实现系统的智能化运行。 本系统中的核心控制部分与机电执行装置采用国际著名品牌（西门子、江森、霍尼韦尔）的产品。 蓄能系统控制具体功能如下： ⑴控制系统通过对主机、蓄热锅炉、蓄冰装置、板式换热器、泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制，调整蓄冷系统各应用工况的运行模式，在最经济的情况下给末端提供稳定的供水温度。 ⑵根据季节和机组运行情况，自控系统具备所有工况的转换功能。 ⑶控制、监测范围： a、制冷主机、泵、冷却塔启停、状态、故障报警； b、总供/回水管温度显示与控制； c、蓄冰装置及蓄热水箱进出口温度、显示与控制； d、蓄冰量、余冰量、乙二醇流量、瞬时释冷速度、蓄冷速度等标准规定参数的 显示； e、电动阀开关、调节显示； f、备用水泵选择功能； g、各时段用电量及电费自动记录； h、空调冷负荷以及室外温湿度监测； i、可选的功能（包括楼宇智能化系统接口及接口转换程序）。 ⑷控制系统对一重要的参数进行长时间记录保存，并将空调的实际运行日负荷通过报表或曲线图的方式记录，可以查询到某一段时间内的历史数据值，供使用者进行了解、分
冰蓄冷设计说明 1.1设计概述 冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量，它代表着当今世界中央空调的发展方向。 成都市电网分时电价表 2.2冰蓄冷系统方案设计 本工程是医药厂房，冷负荷集中在电力高峰时段和电力平峰时段，电力低谷时段，电力低谷时段空调系统根本没有冷负荷，且全年供冷期内负荷极不平衡，选择常规制冷主机设备容量大，且直接制冷的结果是制冷主机高价来制冷，低价电时段闲置，造成不必要的浪费。因此为了减少中央空调白天的用电峰值，充分利用峰谷电差价，大幅度地降低空调的运行费用，同时为了提高空调品质，本工程中央空调设计采用冰蓄冷中央空调系统。
·以上方式中使用最多的为：冰球（或蕊心冰球）和外融冰的盘管式蓄冰装置 ·本工程采用外融冰钢制盘管冰蓄冷方式的冷源。 2)、部分（分量）蓄冰模式：如图2，部分（分量）蓄冰模式是指在夜间非用电高峰时制冷设备运行，蓄存部分冷量。白天空调高 蓄冰方式 动态制冰 静态制冷 冰浆（或冰晶） 片冰滑落式 盘管式蓄冰 封装冰 外融冰 冰球（或蕊心冰球） 外板 内融冰
峰期间一部分空调负荷（尖峰负荷）由蓄冷设备承担，另一部分则由制冷设备负担。在设计计算日（空调负荷高峰期）制冷机昼夜运行。部分蓄冷制冷机利用率高，蓄冷设备容量小，制冷机比常规空调制冷机容量小30-40%，是一种更经济有效的运行模式。根据以上分析考虑初期投资费用及机房占地，本工程冰蓄冷设计采用分量蓄冰模式。，本设计方案采用部分蓄冰模式 3.4蓄冰流程选择 3.4.1 蓄冰流程的选择 蓄冰空调系统在运行过程中制冷机可有两种运行工况，即蓄冰工况和放冷工况。在蓄冰工况时，经制冷机冷却的低温乙二醇溶液进入蓄冰槽的蓄冰换热器内，将蓄冰槽内静止的水冷却并冻结成冰，当蓄冰过程完成时，整个蓄冰设备的水将基本完全冻结。 融冰时，经板式换热器换热后的系统回流温热乙二醇溶液进入蓄冰换热器，将乙二醇溶液温度降低，再送回负荷端满足空调冷负荷的需要。 乙二醇溶液系统的流程有两种：并联流程和串联流程。a、并联流程：这种流程中制冷机与蓄冰罐在系统中处于并联位置，当最大负荷时，可以联合供冷。同时该流程可以蓄冷、蓄冷并供冷、单溶冰供冷、冷机直接供冷等。并联流程原理如图３。 b、串联流程：即制冷机与蓄冰罐在流程中处于串联位置，以一套 循环泵维持系统内的流量与压力，供应空调所需的基本负荷。串联流程配置适当自控，也可实现各种工况的切换。串联系统原理如图４：
冰蓄冷系统的设计与施工 一、工程概述 XXXX位于XX东侧，建设单位是XXX房地产开发有限公司。该建筑物功能类型为办公，酒店，银行办公的综合大厦，总建筑面积11.6万平方米。是全 国最大的冰蓄冷工程项目。该项目由XXXX安装工程有限公司第一项目部进行施工安装。本系统主要是为该建筑提供空调冷冻水，冷冻站在地下3层;机房建筑 面积1200m2蓄冰槽520m2）。冷冻站采用蓄冰空调系统，充分利用夜间廉价的低谷电力储存冷量，补充在电力高峰期的空调冷负荷需要，节约系统运行成本。 二、设备配置 （一）冷源 1. 双工况螺 杆式冷水机组3台（YSFAFAS55CNE约克（合资） 2.基载 离心式冷水机组2台（YKFBEBH55CPE勺克（合资） （二）冷却塔：大连斯频得 冷却塔共计5台，CTA-600UFW两台，CTA-450UFW三台。 （三）板式换热器：丹麦APV 板式换热器共计3台，选用APV板式换热器J185-MGS16/16 （四）蓄冰槽（现场加工） 蓄冰槽共有六台，最大蓄冰量31787.2KW（9040RT。（见表1） （五）乙二醇循环水泵：德国KSB 乙二醇循环水泵共计4台，其中1台备用，并配4台变频器。 （六）冷却水循环泵：德国KSB
冷却水循环泵选用卧式离心泵4台，其中1台备用 三、运行策略： （一）负荷说明 根据建筑使用情况及初步设计估算结果，整幢大楼的尖峰冷负荷为 11428KW（3250RT。由于气温变化，空调系统在整个运行期间日负荷大小会有变化，根据负荷分布情况，出100獗荷情况逐时空调负荷:（见表2） 蓄冰的模式可采用全部（全量）蓄冰模式或部分（分量）蓄冰模式。本工程采用部分蓄冰模式。 根据采暖通风专业提供的建筑物设计日100%负荷如下：最大小时冷负 荷:11428KW（ 3250RT 设计日冷负荷：151705KWH（ 43144RTH 最大小时基载冷负荷：2286KW（ 650RT 扣除基载冷负荷后的最大小时冷负荷：9142.33KW （2600RT 扣除设计日基载冷负荷后冷负荷：96852.4KWH （27544RTH （二）系统流程简述 本设计蓄冰设备选用冰球式蓄冰设备，系统选用串联单循环回路方式，在循环回路中，乙二醇制冷主机置于蓄冰装置上游。系统中设有板式热交换器3台，每台换热量为用3961KW（ 1126RT，用以把冰蓄冷系统的乙二醇回路与通往空调负荷的水回路隔离开，保证乙二醇仅在蓄冰循环中流动，而不流经各空调负荷回路，可减少乙二醇用量并避免乙二醇在空调负荷回路中的泄漏。乙二醇回路中设有4个电动调节阀CV1,CV2,CV8CV9根据冷负荷变化，通过电动调节阀 CV1,CV2调节进入蓄冰装置的乙二醇流量，保证进入板式热交换器的乙二醇侧温度恒定并满足冷负荷需求。电动调节阀CV8.CV9调节进入板式热交换器的乙二醇流量，保证进入板式热交换器的水侧温度恒定并满足冷负荷需求。同时，空调冷
深圳财富港大厦动态冰蓄冷空调系统设计 及应用 深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司李百公☆ 广州高菱能源技术有限公司漆科亮肖睿 摘要：动态冰蓄冷系统具有制冰效率高，放冷速度快的优点，但系统运行不够稳定，应用案例少；在深圳财富港大厦的过冷水式动态冰蓄冷空调系统的设计中采用了模块化设计、优化自控设计等方法，在运行调试中采取各种措施保证了过冷水换热器的稳定运行；通过实测运行工况，掌握了系统运行的实际运行工况，并对该系统的设计、运行维护提出了建议。 关键词：动态冰蓄冷过冷水换热器蓄冷放冷运行稳定 Shenzhen caifugang building dynamic ice storage air conditioning system design and application Baigong Li★ Abstract：Dynamic ice storage system has the advantages of high efficiency ice-making, fast speed cooling off, but the system is not stable, and less application case. In ShenZhen caifugang building dynamic supercooled water type adopted in the design of ice storage air conditioning system, and automatic optimization design method of modular design. In the running and debugging took various measures to ensure the stability of the supercooled water heat exchanger; Through actual operation condition, and master the practical operation of the system operation condition, and propose some advantages of the system design, the system running and maintenance Keywords：Dynamic ice storage Supercooled water heat exchanger Cold storage Release cold Running stability Shenzhen huasen architecture and engineering design consulting co. LTD, Shenzhen, Guangdong province, China 引言 由于深圳峰谷电价政策较为优越，近年来蓄冷空调系统的应用越来越多，因系统应用早，技术相对成熟，蓄冷装置占地面积小等原因，冰蓄冷系统特别是静态冰蓄冷成为蓄冷空调系统的主流。 静态冰蓄冷系统制冰时水静态地被冻结成冰并附着在传热壁面上[1]，随着蓄冰量增加，冰层厚度逐渐加大，传热效率及制冷效率也大为降低。为克服上述缺点，动态冰蓄冷系统制冰时水与传热壁面发生热交换，但冰的形成并不在传热壁面，而是在远离传热壁面的空间解除过冷生成冰浆，即制冰过程是动态的，该系统消除了静态冰蓄冷技术的固态冰层导热热阻，同时液体和传热壁面间换热效率高。 ☆李百公，男，1971年3月生，大学，教授级高级工程师 518031深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司(0755) 86126775 E-mail：libg@https://www.doczj.com/doc/af12019387.html,
冰蓄冷系统施工方案： 1. 蓄冷槽体的制作 1.1 确认蓄冷槽体放置位置，混凝土基础已施工完毕，满足设备承重要求，表面平整，符合施工要求； 1.2 在混凝土基础上铺设塑料布防潮、隔气层； 1.3 沿设计槽钢位置在隔气层上面铺设木方，将槽钢放置在木方上面，焊接底面槽钢框架，焊接过程中注意防火，防止槽钢温度过高，引燃木方或者将塑料隔气层烫坏； 1.4 在底层槽钢框架的空隙内填充橡塑保温材料压实，然后将底层钢板与保温材料接触面刷环氧树脂漆，然后就位，使底层钢板与保温材料紧密接触，分块焊接底层钢板，焊接完毕后在钢板迎水面刷环氧树脂漆，防止钢板以后遇水腐蚀； 1.5 在底层槽钢钢板焊接制作完毕后，开始焊接竖直方向槽钢与三个方向的中间的两道槽钢腰梁以及蓄冷槽顶面槽钢； 1.6 分别焊接三个方向侧面钢板，在焊接过程中注意钢板以及槽钢因为受热而变形，在局部地区需做反方向的拉伸处理，保证焊接的竖直和水平； 1.7 在三面槽钢以及侧板焊接，经检查符合设计要求后，开始刷环氧树脂漆完毕后，蓄冰设备就位，具体就位方法参见后蓄冰盘管的安装与就位； 1.8 在确认蓄冷设备位置符合设计要求后，将第四面的横向两道腰梁焊接上去，焊接完后在制作侧板，同时制作蓄冷槽体的注水管，溢流管，排污管，观察孔，液位管； 1.9 以上工序完毕后，在确定无焊接瑕疵后，开始往蓄冷槽注水，注水到溢流管位置，静置24小时，确认无渗漏后放水； 1.10 在蓄冷槽的中间两道腰梁以及底面梁、顶面梁外安装木方，以用来固定外板；
1.11 确认蓄冷槽无渗漏后开始保温工作，采用现场聚氨酯发泡的方法保温，保证保温厚度至少为100mm，注意保温过程中会产生有毒物质，开启现场通风设施，以防中毒； 1.12 蓄冷槽顶板采用100mm厚聚氨酯净化彩钢板，注意彩板上方开孔位置与蓄冷槽出水，进水位置保持一致，彩板两头的长度以盖过保温层以及木方为宜； 1.13 在以上工序全部完成后,蓄冷槽体在保温层及木方外面敷设0.5mm厚镀锌钢板装饰面。 2. 蓄冰盘管的安装 2.1 出厂检验 蓄冷设备出厂前已整体装配好，以确保质量并使对现场安装要求减至最小。每台设备都被放置在木托架上运至现场，在卸货和签署提货单之前，需对其做彻底的检查。检查应注意外板、视管、控制部件和储冰量传感器。对所发现的任何损坏，都要记录在提货单上并通知装运机构； 2.2 临时性存放 如果蓄冷设备在运抵现场之前需要做临时性存放，需使之连同装运时用的木托架一并放在光滑、水平的地面上，地面上不得有任何突起或凹凸不平，否则会穿破或损坏能槽的底部； 2.3 进场、垂直吊装：室外自运输设备下放蓄冰盘管采用汽车起重机进行； 2.4 水平运输：蓄冰盘管自坡道沿运输通道，采用慢速卷扬机牵引至各蓄冰盘管下落点。蓄冰盘管在蓄冷位置区域内水平搬运采用两台液压手动拖车进行； 2.5 技术措施：为防止盘管扭曲变形，在现场制作多个吊装钢架，图示如下：
东华大学环境学院冰蓄冷设计 姓名：何燕娜 班级：建筑1202 学号： 121430205 2014年12月
1.1 项目概述 本项目为浙江某办公楼建设项目的双工况冰蓄冷系统应用。 1.2 冰蓄冷系统在本项目中的应用 冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量，它代表着当今世界中央空调的发展方向。 本文就对冰蓄冷系统设计进行详细阐述，并和传统的风冷系统进行初投资和运行成本的综合比较。 1.3 冰蓄冷系统的工作模式 冰蓄冷系统的工作模式是指系统在充冷还是供冷，供冷时蓄冷装置及制冷机组是各自单独工作还是共同工作。蓄冷系统需要在几种规定的方式下运行，以满足供冷负荷的要求，常用的工作模式有如下几种： （1）机组制冰模式
在此种工作模式下，通过浓度为25%的乙二醇溶液的循环，在蓄冰装置中制冰。此间，制冷机的工作状况受到监控，当离开制冷机的乙二醇溶液达到最低出口温度时制冷机关闭。此种工作模式的示意图如图1-2所示。 图1-2 机组制冰工作模式示意图 （2）制冰同时供冷模式 当制冰期间存在冷负荷时，用于制冷的一部分低温乙二醇溶液被分送至冷负荷以满足供冷需要，乙二醇溶液分送量取决于空调水回路的设定温度。一般情况下，这部分的供冷负荷不宜过大，因为这部分冷负荷的制冷量是制冷机组在制冰工况下运行提供的。蓄冷时供冷在能耗及制冷机组容量上是不经济合理的，因此，只要此冷负荷有合适的制冷机组可选用，就应设置基载制冷机组专供这部分冷负荷，该工作模式示意图如图1-3所示。 图1-3 制冰同时供冷模式示意图 （3）单制冷机供冷模式： 在此种工作模式下，制冷机满足空调全部冷负荷需求。出口处的乙二醇溶液不再经过蓄冰装置，而直接流至负荷端设定温度有机组维持。该工作模式示意图如图1-4所示。
研 究 生 课 程 论 文 (2008 -2009 学年第二学期) 课程论文题目：冰蓄冷技术及其应用 研究生：欧阳光 学 号 学 院 课程编号 课程名称 学位类别 硕士 任课教师 制冷空调过程的节能新技术 教师评语： 成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日
冰蓄冷技术及其应用 摘要：本文在介绍了冰蓄冷技术的特点的基础上，论述了冰蓄冷技术对电力调峰、平衡电网及节能减排的意义；并结合工程实际，分析了与冰蓄冷空调相结合的低温送风系统的经济性;并简要介绍了冰蓄冷与热泵组合式空调系统的优势。展望了新型冰蓄冷系统的发展前景。 关键词：冰蓄冷削峰填谷节能低温送风系统 1 引言 改革开放以来，我国经济的高速发展和人民物质生活水平的不断提高，对电力供应不断提出新的挑战。尽管全国发电装机容量不断增大，然而，电力供应仍很紧张，尤其是夏季有些地方不得不采用拉闸限电的办法解燃眉之急。因而，改善电力供应的紧张状况和电力负荷环境已成为一些大中城市的首要任务。长期以来空调系统是能耗大户，而空调系统用电负荷一般集中在电力峰段，因此对城市电网具有很大的“削峰填谷”潜力。基于这种“削峰填谷”的想法，空调系统中出现了冰蓄冷机组，它利用午夜以后的低谷电制冰，储存到白天用电高峰时供冷。而冰蓄冷技术和低温送风空调系统相结合则更能增强它的竞争力，对于电力生产部门和用户都会产生良好的经济效益和社会效益，并可以实现整个能源系统的节能和环保。因而随着国内冰蓄冷技术的成熟，它在我国将有更广阔的发展前景。 2 冰蓄冷空调系统简介 冰蓄冷空调就是利用水或一些有机盐溶液作为蓄冷介质，在夜间电力供应的低谷期（同时也是空调负荷很低的时间）开机制冷，将它们制成冰或冰晶，到白天电力供应的高峰期（同时也是空调负荷高峰时间），利用冰或冰晶融解过程的潜热吸热作用，再将
冰蓄冷空调系统原理及应用 1、冰蓄冷空调系统原理及主要特点 冰蓄冷空调技术就是在夜间低电价时段(同时也是空调负荷很低的时间)采用电制冷机组制冷，将水在专门的蓄冰槽冻结成冰以蓄存冷量；在白天的高电价时段(同时也是空调负荷高峰时间)停开制冷机组，直接将蓄冰槽的冷能释放出来，满足空调用冷的需要。因为制冰、融冰转换损失的能量很小，而夜间制冷因气温较低可使效率更高，完全可以弥补蓄冰的冷能损失。 冰蓄冷空调系统具有以下主要特点： (1)利用低谷段电力，具有平衡峰谷用电负荷，缓解电力供应紧； (2)冰水主机的容量减少，节省增容费用； (3)总用电设施容量减少，可减少基本电费支出； (4)利用低谷段电价的优惠可减少运行电费； (5)冰水温可低至1～4℃，减少空调设备风管的费用； (6)冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔容量减少； (7)电力高压侧及低压侧设备容量减少； (8)室相对湿度低，冷却速度快，舒适性好； (9)制冷设备经常在设计工作点上平衡运行，效率高，机器损耗小； (10)充分利用24h有效时间，减少了能量的间歇耗损；
(11)充分利用夜间气温变化，提高机组产冷量； (12)投资费用与常规空调相当，经济效益佳。 冰蓄冷空调技术在我国的应用将成为不可逆转的趋势。当然它也有一些缺点，如增加蓄冷池、水泵的输送能耗及增加蓄冷池等设备的冷量损失等。 2系统的组成及制冰方式分类 2.1系统组成 冰蓄冷空调系统一般由制冷机组、蓄冷设备(或蓄水池)、辅助设备及设备之间的连接、调节控制装置等组成。冰蓄冷空调系统设计种类多种多样，无论采用哪种形式，其最终的目的是为建筑物提供一个舒适的环境。另外，系统还应达到能源最佳使用效率，节省运转电费，为用户提供一个安全可靠的冰蓄冷空调系统。 2.2制冰方式分类 根据制冰方式的不同，冰蓄冷可以分为静态制冰、动态制冰两大类。此外还有一些特殊的制冰结冰，冰本身始终处于相对静止状态，这一类制冰方式包括冰盘管式、封装式等多种具体形式。动态制冰方式在制冰过程中有冰晶、冰浆生成，且处于运动状态。每一种制冰具体形式都有其自身的特点和适用的场合。 3运行策略与自动控制 3.1运行策略
1.1上级批文详见总论部分； 1.2甲方提供的设计任务书； 1.3建筑专业提出的平面图和剖面图； 1.4室外计算参数(江苏地区) 夏季空调计算干球温度34.1℃ 夏季空调计算日平均温度31℃ 夏季空调计算湿球温度28.6℃ 夏季通风计算干球温度32℃ 夏季空调计算相对湿度69 % 夏季大气压力100.391Kpa 夏季平均风速 3.3m/s 冬季空调计算干球温度-12℃ 冬季通风计算干球温度-4℃ 冬季空调计算相对湿度74% 冬季大气压力102.524 Kpa 冬季平均风速 3.3 m/s 1.6国家主要规范和行业标准 (1)《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003； (2)《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2001版)； (3)《民用建筑热工设计规范》GB50176-93； (4) 全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调·动力》； (5) 《民用建筑隔声设计规范》GBJ118 2 设计范围 本工程总建筑面积为120000平方米 设计范围为采暖、通风、空调、防排烟及冷热源设计。冷冻机房冷却水系统由给排水专业设计。 3 设计原则 满足国家及行业有关规范﹑规定的要求，利用国内外先进的空调技术及设备，创建健康舒适的室内空气品质及环境。
4.3空调系统 经技术﹑经济综合比较及专家组建议，空调方案确定为：独立新风空调系统，即新风机组加辐射冷吊顶。辐射吊顶已被美国能源部列为二十一世纪15项最节能，最有前途的空调技术之一，其突出的优点——更加舒适，更加节能，更加安静，使其成为目前欧美各国首选的空调末端装置，辐射吊顶、全热交换器和低温送风新风系统组成的独立新风系统，已经成为国际公认的最先进的空调系统。4.3.1 首层∽八层及地下一层南区各功能房间 采用独立新风空调系统(DOAS)。新风机组除了承担新风负荷外，还承担室内全部潜热和部分显热负荷，室内剩余的显热负荷由辐射冷吊顶承担。 新风机组选用专用DGKR08型低温送风新风机组，设置在专用的新风机房内，每台机组风量约为7000m3/h－8000m3/h。机组进水温度低于3℃，出水温度为辐射冷吊顶的进水温度（露点温度加1～2℃），由室内露点温度控制，新风机组 出风温度低于7℃。该机组除了具有普通空调机组具有的冷却﹑干燥﹑加热及加湿功能外，还具备有：（1）承担其全部新风负荷，室内全部潜热和部分显热； （2）机组内配置有板式全热交换器，回收焓效率大于50%，温度效率70% 以上；（3）机组内配置驻极静电过滤器，计数效率为99.9%可备光催化材料杀灭，空气阻力小于50Pa。 空调房间冬季加湿采用高品质的干蒸汽加湿，汽源由地下一层锅炉房引来。 新风系统按楼层分南﹑北两个系统设置，以利调节。新风管沿走道吊顶敷设，在进入每个房间的支管上设置E型定风量调节器，送风口采用大诱导比风口下送。排风通过每个房间侧墙上设置的排风口，通过走道吊顶，进入新风机组全热交换器释放能量后排入大气。 辐射板采用国产辐射板。因为它较进口辐射板热阻小，辐射冷/热量大，接头先进，价格便宜等优点。辐射板型号选用600×600规格板，颜色的选用与排版形式随装修进行。 4.3.2 餐厅及厨房。 由于餐厅空调负荷变化大，湿负荷大，空调运行时间短，层高较高等特点。故餐厅单独设置空调系统，空调形式采用独立的低温送风新风系统，送风口采用大诱导比风口下送，排风口为单层百叶风口，通过排风管进入新风机组全热交换器释放能量后排入大气。新风机组选用专用DGKR15型低温送风新风机组，设置在专用的新风机房内，机组风量约为15000m3/h。 厨房采用直流空调系统(冬季加热夏季降温)，厨房排风量暂按40次/时，送风量为80% 排风量，其施工图设计待厨房设备确定后进行。 4.3.3 电话机房及计算机主机房 为了保证电话机房、消防值班室及计算机主机房值班空调，另分别设置一套VRV空调系统，室外机设置在屋顶，室内机采用四面吹出式，设置在吊顶上。 4.4空调系统冷源 本工程空调面积为23500m2，预留空调面积5500m2，共计空调面积29000m2。空调冷负荷为3351kW，折算为冷指标为115.56w/m2。空调热负荷为2595.5kW，算为冷指标为89.5w/m2。
冰浆是由微小的冰晶和溶液组成，而溶液通常是由水和冰点调节剂（如乙二醇、乙醇或氯化钠等）构成。由于冰晶的融解潜热大，使得冰浆具有较高的蓄冷密度；同时由于冰晶具有较大的传热面积，使其具有较快的供冷速率和较好的温度调解特性。它不象传统的盘管式（内融冰、外融冰）和封装式（冰球、冰板）蓄冷系统的冰凝结在换热器的壁面上，增加了冰层的传热热阻，使其传热效率较低。 冰浆蓄冷系统现已被用于空调系统中，夜间低谷时蓄冷，白天高峰时供冷，冰浆蓄冷空调系统的容量一般只有高峰冷负荷的20%—50%，使其整个系统小巧、紧凑。由于冰浆蓄冷空调系统具有低温送风特性，使得整个空调系统的风管、水管尺寸减小，冷量输送的功耗也大为降低，运行成本减小。 一、冰蓄冷满足制冷需求 1)晚上蓄冰，白天融冰，移峰填谷，改善国家用电结构； 2)通过蓄冰，减少制冷机组容量。制冷机组运行时可保障一直运行在高负荷段，以提高制冷效率； 4)蓄冰系统可做为备用冷源，可应对紧急停电事故； 5）蓄冰系统扩容方便，可轻松面对空调使用面积的增加； 6)采用冰蓄冷，由于减小制冷机组装机容量而减小电力设备投资，如变压器、配电柜及自备发电设施等，整套制冷系统的辅助设备及辅件也都减小，制冷机房面积减小；配合峰谷电价，大温差系统设计，运行费用与末端费用投资减小，整体经济效益显著。 力合islurry冰桨蓄冷的特点： 1）机组既可以制冰，又可以做为常规冷水机组使用，功能齐全； 2）机组为一体化设计，结构紧凑，转运方便，可在各工况下高效运行，蓄冰槽内只有制冰介质溶液和冰浆，无任何维护量； 3）制冰器设计独特，冰晶制成工艺先进，换热器内不粘附冰，实现较高的蒸发温度，降低能耗，比传统的蓄冰方式节能15%以上； 4）机组体积小，可减少机房占地面积，对机房无特殊要求； 5）冰浆以流体形式储存与蓄冰槽中，蓄冰槽可以为任何形式，尽可能减少机房的占地面积，节省基建费用；6）冰晶有极大的换热表面，融冰迅速，彻底，可提供更低的供水温度，与低温送风技术相结合，可进一步降低系统投资费用； 7）设备可集中或分离设计，易于实现在负荷变化时机组依然保持在较高的效率下运行。模块化设计易于对系统能量进行调整——扩容或缩减。
技术标 主要设备的选用及技术描述与响应说明 第二章机房自动控制系统 一、冰蓄冷自动控制系统综述 件、系统配电柜、系统软件等部分组成。系统结构图如下所示: 小央空调蓄能系统原理图 工程的自控系统由上位机远程控制系统、PLC现场控制系统、电动阀、传感检测器 肝2網通讯
PLC控制软件为主的控制程序，该程序为美国西门子公司与CRYOGEL公司联合开发，已经在美国的多个工程中和台湾杰美利（GEMINI）得到应用，直接输入后调整。上位机控制软件也可带采用CRYOGEL/ （GEMINI ）公司软件包的WinCC操作系统。 上位机远程控制设置先进的集中控制台，采用工控机配置打印机进行远程监控和打印，现场控制机采用PLC可编程控制器控制，进行系统控制、参数设置、数据显示，确保实现系统的参数化，实现系统的智能化运行。 本系统中的核心控制部分与机电执行装置采用国际著名品牌（西门子、江森、霍尼韦尔）的产品。 蓄能系统控制具体功能如下： ⑴控制系统通过对主机、蓄热锅炉、蓄冰装置、板式换热器、泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制，调整蓄冷系统各应用工况的运行模式，在最经济的情况下给末端提供稳定的供水温度。 ⑵根据季节和机组运行情况，自控系统具备所有工况的转换功能。 ⑶控制、监测范围： a制冷主机、泵、冷却塔启停、状态、故障报警； b、总供/回水管温度显示与控制； c、蓄冰装置及蓄热水箱进出口温度、显示与控制； d、蓄冰量、余冰量、乙二醇流量、瞬时释冷速度、蓄冷速度等标准规定参数的显示； e电动阀开关、调节显示； f、备用水泵选择功能； g、各时段用电量及电费自动记录； h、空调冷负荷以及室外温湿度监测； i、可选的功能（包括楼宇智能化系统接口及接口转换程序）。 ⑷控制系统对一重要的参数进行长时间记录保存，并将空调的实际运行日负荷通过报表 或曲线图的方式记录，可以查询到某一段时间内的历史数据值，供使用者进行了解、分 析，而且所有的监测数据可进行打印。
前海合作区区域集中供冷项目4号供冷站(一期)动态冰蓄冷系统工程（二次公告） 本次招标内容：本次招标的范围为4号供冷站（一期）动态冰蓄冷系统工程，包括但不限于动态冰蓄冷系统深化设计、设备和材料供货、工程施工及伴随服务。主要招标范围如下：（1）深化设计范围：整个动态冰蓄冷系统深化设计，包括工艺系统深化设计、动态蓄冰槽防水保温深化设计、其他各专业深化设计，以及向其他相关单位提资等。（2）设备和材料供货：动态冰蓄冷系统相关设备和材料供货（特别说明的除外，详2.2工程界面切分），包括但不限于双工况主机（配冷凝器在线清洗装置）、制冰机、冷却塔、水泵、阀门、管材、支吊架、防水保温材料、电气设备及电线电缆、自控元器件及控制线、桥架等。（3）施工范围：动态冰蓄冷系统的施工（特别说明的除外，详2.2工程界面切分）、调试、竣工验收等，包括但不限于所属工艺设备和管道安装接驳，电气设备安装及线路接驳，给排水设备及管道接驳，自控系统安装并提供第三方接口，动态蓄冰槽防水保温施工，支吊架及管道保温施工、所属工艺设备基础施工等。（4）其他伴随服务，包括但不限于专利申请、技术培训、质保期内维保服务、售后服务等。 计划总投资：0 万元 工程地址：前海前湾片区04单元07街坊02地块 项目现场的具体位置和周边环境：无 计划开竣工日期：2020-12-30 00:00:00.0 至 2022-01-30 00:00:00.0 拟采用评标方法：定性评审法 拟采用定标方法：直接票决 是否接受联合体投标：否 投标文件递交地点：详见招标文件 投标条件： 投标申请人必须具备企业最低资质要求： 无 其他要求： 1.投标人具备行政主管部门颁发的建筑机电安装工程专业承包二级及以上或机电工程施工总承包三级及以上资质。 2.在招投标活动中因串通投标被暂停投标资格期间或涉嫌串通投标并正在接受主管部门调查的投标申请人不被接受。 3.项目经理资格要求：二级及以上注册建造师（机电工程）。
01工程概述 北京国际金融中心位于月坛北桥东侧，建设单位是首创集团融金房地产开发有限公司。该建筑物功能类型为办公，酒店，银行办公的综合大厦，总建筑面积11.6万平方米。是全国最大的冰蓄冷工程项目。该项目由北京建工总机电设备安装工程有限公司第一项目部进行施工安装。本系统主要是为该建筑提供空调冷冻水，冷冻站在地下3层;机房建筑面积1200m2(蓄冰槽520m2)。冷冻站采用蓄冰空调系统，充分利用夜间廉价的低谷电力储存冷量，补充在电力高峰期的空调冷负荷需要，节约系统运行成本。 02设备配置 （一）冷源 1.双工况螺杆式冷水机组3台(YSFAFAS55CNES)约克(合资) 2.基载离心式冷水机组2台（YKFBEBH55CPE）约克(合资) （二）冷却塔:大连斯频得 冷却塔共计5台，CTA-600UFWS两台，CTA-450UFWS三台。 （三）板式换热器:丹麦APV 板式换热器共计3台，选用APV板式换热器J185MGS16/16。 （四）蓄冰槽（现场加工） 蓄冰槽共有六台，最大蓄冰量31787.2KW(9040RT)。 （五）乙二醇循环水泵:德国KSB 乙二醇循环水泵共计4台，其中1台备用，并配4台变频器。 （六）冷却水循环泵:德国KSB 冷却水循环泵选用卧式离心泵4台，其中1台备用。 03运行策略 （一）负荷说明 根据建筑使用情况及初步设计估算结果，整幢大楼的尖峰冷负荷为11428KW（3250RT）。由于气温变化，空调系统在整个运行期间日负荷大小会有变化，根据负荷分布情况，计算出100%负荷情况逐时空调负荷:
目前蓄冰的模式可采用全部（全量）蓄冰模式或部分（分量）蓄冰模式。本工程采用部分蓄冰模式。 根据采暖通风专业提供的建筑物设计日100%负荷如下:最大小时冷负荷:11428KW（3250RT） 设计日冷负荷:151705KWH（43144RTH） 最大小时基载冷负荷:2286KW（650RT） 扣除设计日基载冷负荷后冷荷:96852.4KWH（27544RTH） （二）系统流程简述 本设计蓄冰设备选用冰球式蓄冰设备，系统选用串联单循环回路方式，在循环回路中，乙二醇制冷主机置于蓄冰装置上游。系统中设有板式热交换器3台，每台换热量为用3961KW（1126RT），用以把冰蓄冷系统的乙二醇回路与通往空调负荷的水回路隔离开，保证乙二醇仅在蓄冰循环中流动，而不流经各空调负荷回路，可减少乙二醇用量并避免乙二醇在空调负荷回路中的泄漏。乙二醇回路中设有4个电动调节阀CV1,CV2,CV8CV9，根据冷负荷变化，通过电动调节阀CV1,CV2调节进入蓄冰装置的乙二醇流量，保证进入板式热交换器的乙二醇侧温度恒定并满足冷负荷需求。电动调节阀 CV8.CV9调节进入板式热交换器的乙二醇流量，保证进入板式热交换器的水侧温度恒定并满足冷负荷需求。同时，空调冷冻水回路采用的是二级泵系统，节省运行费用。 本工程最大蓄冰容量31787.2KW（9040RT），分6个冰槽，槽内净高2.35米。为了尽量减少冰槽的占地面积，我们将蓄冰槽作成非标准型的，尽量利用建筑空间，顶板上方预留设备入口兼检查孔，供设备及检修人员出入。冰槽结构为外保温。自蓄冰槽向外的结构组成分为:防水涂刷层，橡塑保冷层。为满足电力部门削峰填谷的需求，电力高峰段，双工况冷水机组，基载冷水机组满负荷运行，不足冷量由融冰输出供给。系统设计中同时考虑备用问题，当任意一台机组发生故障时，开启备用基载冷水机组满足空调供冷的需求。当任意一台双工况冷水机组发生故障时，开启备用基载冷水机组，满足第二