动态冰蓄冷技术(2015.01.28)
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1.技术原理冰蓄冷空调技术是利用夜间电网谷电运转制冷主机制冷,并以冰的形式储存,在白天用电高峰时将冰融化提供空调用冷,从而避免中央空调争用高峰电力的一项调节负荷、节约能源的技术。
(1)削峰填谷、平衡电力负荷。
(2)改善发电机组效率、减少环境污染。
(3)减小机组装机容量、节省空调用户的电力花费。
(4)改善制冷机组运行效率。
(5)蓄冷空调系统特别适合用于负荷比较集中、变化较大的场合加体育馆、影剧院、音乐厅等。
(6)应用蓄冷空调技术,可扩大空调区域使用面积。
(7)适合于应急设备所处的环境,计算机房、军事设施、电话机房和易燃易爆物品仓库等。
2.冰蓄冷空调系统组成冰蓄冷空调系统包括:空调主机、冷水泵、冷却水泵、冷却塔、蓄冷水泵、释冷水泵、换热器、储冰槽等。
相对于常规空调系统,冰蓄冷系统增加了储冰槽、换热器等装置3..工艺流程冰球式(也称封装式)冰蓄冷工艺流程:在制冰时,通常要求制冷主机蒸发器出口温度为零下5摄氏度,因此冰球外循环的介质通常采用乙二醇溶液,乙二醇溶液在冰球外流动,在制冰循环中,从制冷主机出来的低温乙二醇溶液流过冰球表面,使冰球内的水结冰;在融冰供冷时,乙二醇溶液流过冰球表面,通过换热器与流往空调末端的冷冻水热交换,被冷却后的冷冻水流向各个房间,通过风机盘管供冷,因此,空调末端的形式可以与常规中央空调相同。
冰盘管冰蓄冷工艺流程:、4.适用范围:商场、饭店、写字楼、体育馆、展览馆、影剧院、宾馆、居民小区等场所;制药、食品加工、啤酒工业、奶制品工业等;需要对现有单班、两班空调系统扩大供冷量的场所,可以不增加主机,改造成冰蓄冷系统。
5.冰蓄冷空调系统的适用条件执行峰谷电价,且差价较大的地区。
(峰谷电价比至少要达到4:1,否则无经济性可言)空调冷负荷高峰与电网高峰时段重合,且在电网低谷时段空调负荷较小的空调工程。
在一昼夜或者某一周期内,最大冷负荷高出平均负荷较多,并经常处于部分负荷运行的空调工程。
电力容量或电力供应受到限制的空调工程。
科技成果——过冷水式动态制冰(动态冰蓄冷)技术所属行业空调、热工应用设备行业适用范围蓄冷中央空调系统、蓄冷区域集中供冷系统、各种工艺冷却系统、食品渔业等冷藏保鲜、混凝土冷却等成果简介1、技术原理在过冷水动态制冰过程中,冰层不在换热表面生长,因而水与冷媒之间热阻并不随制冰的过程进行而改变,过冷水动态制冰制出的“泥状冰”是一种冰水混合物,其中的冰晶呈微小的针状或鳞片状,与块状冰相比,泥状冰与取冷冷媒之间的换热系数较大,能够在短时间内释放出大量的冷量。
2、关键技术采用板式换热器通过高效对流换热方式制取-2℃的过冷水,再促晶生成冰浆,该动态制冰方式把传热和结冰两个环节在时间和空间上分离,从而实现低温差高效率传热并结冰,大大降低制冰能耗。
过冷却器是过冷水动态制冰的关键器件,过冷水处于一种亚稳定状态,水在进入过冷器前就要采取防止结冰的措施,当在过冷器出口获得较大过冷度的水时,可迅速消除过冷状态使得冰晶出现。
一般过冷水与挡板、器壁或两部分过冷水之间发生激烈冲击,会破坏过冷水的过冷状态。
过冷水动态制冰过程中水与冷媒之间始终保持较大的换热系数,因而过冷水连续制冰能够提高冰蓄冷空调的用能效率,泥状冰可以随水在管道中直接输送,从而提高冷量的输送效率,与传统的冷冻输送方式相比,输送冰浆可以降低泵耗,减小管道直径和末端换热面积,有着广阔的应用前景。
3、工艺流程过冷水动态制冰概念图和动态冰蓄冷空调系统示意图如下:过程描述:过冷水动态制冰系统通常包括过冷却器、过冷解除装置、蓄冰槽。
水从蓄冰槽中抽出,温度为0℃或稍高于0℃,经过冷却器与冷媒换热后变成温度低于0℃的过冷水,过冷水经过过冷解除装置后过冷状态被破坏,变成冰水混合物进入蓄冰槽,在蓄冰槽中冰水分离,分离出来的水继续在系统中循环。
主要技术指标:(1)传热效率高、制冰速度快。
动态制冰过程中不但避免了因冰层聚集而引起的导热热阻,还通过强制对流大幅度提高了系统的整体换热性能,从而提高了制冰速度。
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。
流态化动态冰蓄冷技术流态化动态冰蓄冷技术的先进之处在于改进了传统制冰的中过程主要缺点,而且制出的冰以流态化冰浆制做的形式存在。
传统静态制冰原核细胞中,水通过大自然对流换热,冰层外壁首先在换热壁面上形成,然后逐渐变厚。
这样就导致形成新的冰层所需的热量传递必须以导热的形式穿过越积越厚的原有冰层,从而严重的恶化了传热效率,致使结冰愈加困难,制冷剂提供的温度也必须越来越低。
流态化动态冰蓄冷技术制冰过程的最大特点在于首先在传热壁面附近制取过冷水,然后把过水银转移到远离传热壁面梁柱的空间里解除过冷、生成冰浆。
这样就彻底避免了在传热壁面上形成的可能性,既消除了固相冰层导热牵涉到热阻的存在,同时在液体和传热壁面之间又始终保持着强制对流的高效率换热模式,因此整个制冰环节的传热系数大幅度提高。
另一方面,制冰操作过程中的换热温差、流量等参数都保持稳态,并不因微秒而变化,从而保证了出冰速度的恒定,也便于系统的控制。
六种流态化动态冰蓄冷主要包括两种形式,即以高砂热学为代表的温水过凉水式和以Sunwell(日本)为代表的筒扰动式。
两种二种技术在基本原理上才是一致的,但形式差别较大,下面分别说明。
(1)过水银式动态制冰技术过热水式动态制冰技术的式基本原理是:首先把水在过冷却热交换器中冷却至低于0℃的过冷状态,然后把过冷水输送至特殊的过冷却解除器中解除过冷,生成大量细小的冰晶基质,与剩余的液态水一起形成0℃下的冰浆。
这种制冰投资过程中确保关键的技术在于最流过过冷却热交换器的液态水具有尽可能大的过冷度,但同时之前需要保证过冷水不能在流出热交换器又生成冰晶,否则换热器将被堵塞甚至破坏。
此外,还应有高效率的过关键技术冷却解除技术,以确保过冷水能够连续快速结晶。
过冷却蛋壳热交换器可以采用壳管式、套管式、板式等多种形式的换热器。
为了防止过冷水在换热器内结冰,换热器内表面需要或进行特殊涂层处理,同时对换热器内部的流场特性也有很高的要求,否则很难获得足够大的过冷度,以及避免堵塞。
科技成果——动态冰蓄冷技术适用范围建筑行业各种中央空调系统及工艺用冷系统行业现状我国大部分地区处于温带和亚热带,每年空调使用时间较长,在南方地区甚至可达8个月。
夏季高温时段空调用电负荷,特别是大型中央空调、区域供冷和地铁空调等空调负荷集中,是造成城市电力负荷峰谷差的主要原因,而冰蓄冷空调是实现用户侧调峰的有效技术之一。
目前我国已有的蓄冰空调工程设备70%以上来自国外,且99%都属于静态蓄冰技术,主要包括盘管制冰、冰球制冰等传统静态制冰方式,其体积大、运行成本高、制冰效率低,平均制冷量只有空调工况制冷量的50%。
目前应用该技术可实现节能量30万tce/a,减排约79万tCO2/a。
成果简介1、技术原理冰蓄冷中央空调是指在夜间低谷电力时段开启制冷主机,将建筑物所需的空调冷量部分或全部制备好,并以冰的形式储存于蓄冰装置中,在电力高峰时段将冰融化提供空调用冷(见图(1)。
由于充分利用了夜间低谷电力,不仅使中央空调的运行费用大幅度降低,而且对电网具有显著的移峰填谷功能,提高了电网运行的经济性。
动态冰蓄冷技术采用制冷剂直接与水进行热交换,使水结成絮状冰晶;同时,生成和溶化过程不需二次热交换,由此大大提高了空调的能效。
冰浆的孔隙远大于固态冰,且与回水直接进行热交换,负荷响应性能很好。
2、关键技术(1)过冷却水稳定生成技术。
过冷却水生成技术是冰浆冷却及蓄冷技术的核心。
过冷却水是冰浆生成的基础,只有稳定生成过冷却水,才可以通过促晶等技术生成冰浆;(2)超声波促晶技术。
在生成过冷水后,只有通过促晶才能使过冷水快速生成冰浆,这就需要促晶技术。
目前,国际上采用的技术有超声波促晶、电动阀促晶以及其他一些促晶技术;(3)冰晶传播阻断技术。
3、工艺流程图1 动态冰蓄冷系统流程图动态冰蓄冷技术可应用于新建系统以及既有系统的节能改造。
新建系统需要根据冷量输送需求进行全新设计,其它过程相同,包括根据制冷机组的额定功率搭配制冰机组;根据负荷情况合理配置蓄冰槽,并根据应用场合配置不同的控制系统。