动态冰蓄冷技术(2015.01.28)

0℃ 水
-2℃ 过冷水
固体冰沙
从过冷水到冰浆
实际工程中的冰浆蓄冷过程
核心技术点
超声波过冷 却解除技术
冰晶防传播 技术
过冷板换防 冻结保护技 术
冰浆的管道 输送技术
水的过冷特性
水的冰点在标准大气压下为0℃，但温度降到0℃时并不立即结 冰，而是低于0℃ 以下的某个温度点才开始结冰，低于0℃的差值就 是过冷度。过冷度的大小决定于水的初始条件和外界环境。
广州广美香满楼畜牧有限 公司动态冰蓄冷工艺冷源
设计日总冷负荷：1200RTh 设计蓄冷量：1000RTh 0~2℃鲜奶加工工艺冷源
广州光明乳品有限公司动 态冰蓄冷工艺冷源
设计日总冷负荷：2200RTh 设计蓄冷量：1800RTh 0~2℃鲜奶加工工艺冷源
广州九龙维记牛奶有限公 司动态冰蓄冷工艺冷源
设计日总冷负荷：1200RTh 设计蓄冷量：800RTh 0~2℃鲜奶加工工艺冷源
动态冰蓄冷优势1——制冰过程能耗低
COP提高 10%以上 3 2 1’234’1：静态制冰制冷循环
制冷主机不冻液出水温度最 低仅需-3.0℃，比传统静态 冰蓄冷高3~5℃，蒸发温度/ 压力提高，主机能效比（COP） 增加10%以上。 换热和结冰过程分离，完全
p
12341：动态制冰制冷循环
p1 p1’ 4’
流速≥ 临界值
壁面加热 （冷却水） 憎水化处理： 迫使沿壁面生 成的冰晶脱落 壁面加热： 流速≥临界值：冲刷脱离壁面 的冰晶
过冷水式动态冰浆蓄冷 技术优势
既有蓄冰技术的缺陷
冰层
蓄 冰 过 程
冰层
管壁
不冻液
融 冰 过 程
水膜 管壁 不冻液
典型静态冰蓄冷（冰球式、盘管式、片冰式等）的先天性技术缺陷
1. 制冰过程的传热收到冰层的严重阻碍，导致系统传热能效低，主机COP衰减严重。 2. 融冰过程因块状冰与换热流体的有效接触面积小而十分缓慢，导致蓄冰槽难以独立承担峰段电价 时段的末端空调负荷（需要双工况主机联合供冷），致使蓄冷的经济效益受到明显影响。
可完全避开峰电， 错峰用电经济效 益最大化
8 蓄 冰 6 槽 放 冷 出 4 水 温 度 2 ℃ 0 10:00 11:00 12:00 时间 13:00 14:00 放冷能力 =蓄冷能 力×4倍 融冰放冷运行时段约2h
8h蓄冷量 可在2h内 放冷完毕 取水温度≤2℃
湿冷特性曲线线性度高，即放冷 速率均匀，前、中、后期的融冰 放冷能力差别极小。
动态制冰 机组结构 简图
动态制冰机组型号规格
截至目前已 开发的标准 化机组系列
针对具体的项目 需求，可快速设
计和生产非标系
列机组
控制系统介绍
动态制冰机组控制及保护系统
模块化、封闭式设计，具有跨系统通用性。对外开放通讯端口，可接受
外部控制系统的启、停指令控制。
中央空调机房侧整体控制系统
鑫誉蓄能智能化中央空调控制系统（SIBCS） 包含“冷源机群控”、“水泵群控”、“水系统变流量控制”、“负荷 预测”、“冷源最优化分配”等核心控制技术。由PLC本地控制系统和 可选配的上位机（含上位机软件）控制系统构成。 既适用于蓄冷中央空调系统的冷源侧控制，也适用于常规非蓄冷中央空 调系统的最优化节能控制。
动态冰蓄冷系统放冷曲线图
（佛山高新区动态冰蓄冷项目实测运行数据-2010年7月）
动态冰蓄冷其他优势
场地占用适应性强
蓄冰槽内无制冰设备，任意形状任 意尺寸均可，可因地制宜充分利用 现场既有空间。 蓄冷介质为普通自来水，安全
安全环保，维修保养简单方便
蓄冰槽的蓄冰率（IPF）达50%，蓄
冷密度高，水槽容积小。 动态制冰设备可选用标准化系列机 组，也可根据现场特殊情况非标设
广州萝岗供电局调度大 楼动态冰蓄冷中央空调
设计日总冷负荷：5800RTh 设计蓄冷量：1800RTh
深圳三诺智慧大厦动 态冰蓄冷中央空调
设计日总冷负荷：18400RTh 设计蓄冷量：3300RTh
齐心文具深圳坪山工业园集团 总部动态冰蓄冷中央空调
设计日总冷负荷：5800RTh 设计蓄冷量：1800RTh
燕塘乳业公司湛江分厂动 态冰蓄冷工艺冷源
设计日总冷负荷：1500RTh 设计蓄冷量：900RTh 0~2℃鲜奶加工工艺冷源
广东燕塘乳业股份有限动 态冰蓄冷工艺冷源
设计日总冷负荷：2000RTh 设计蓄冷量：900RTh 0~2℃鲜奶加工工艺冷源
东莞环球经贸中心动态冰 蓄冷中央空调
设计日总冷负荷：31700RTh 设计蓄冷量：10000RTh
策的低价电力，大幅 降低空调系统运行费 用
发电侧效益：
提高发电厂一次能源 利用效率，实现宏观 节能
社会综合效益：
节约社会能源使用成 本
◎充分利用峰谷电价政 ◎缩小电力负荷峰谷差，◎减少发电厂建设数量，
◎降低制冷主机及其配 ◎避开高峰紧缺时段用 ◎减少SO2、NOx、CO2排 套设备的装机容量， 电，实现电网的移峰 降低相应的配电容量， 填谷，避免高峰时段 节约初投资 “拉闸限电” 放，保护环境
深圳市卫武光明生物有限 公司光明新区富力工业园 动态冰蓄冷中央空调
设计日总冷负荷：14000RTh 设计蓄冷量：4800RTh
惠阳海天堂食品有限公司 动态冰蓄冷中央空调
设计日总冷负荷：1750RTh 设计蓄冷量：600RTh
广州中颐创意产业园动 态冰蓄冷中央空调
设计日总冷负荷：2800RTh 设计蓄冷量：900RTh
环保。乙二醇不冻液用量极少。
制冰设备置于槽外，维修保养 简单方便。
计。
动态冰蓄冷新技术 对传统蓄冷空调系统设计的变革
一、蓄冷单元高度模块化、系统设计简单化
系统集成化 设备模块化
0℃ 促超 晶声 器波
接 冷 却 水
0℃ 预 热 器 0.5℃
冰晶过滤 器 乙二醇液 -0.5℃ 循环 -3.5℃ 制 冰 泵
回水温度降温补偿原理 回水温度降低时减载冷源机，反之无响应， 目的是避免末端过度供冷，从而浪费冷源
动态冰蓄冷工程案例展示
深圳艺茂中心动态冰蓄冷 中央空调
设计日总冷负荷：6000RTh 设计蓄冷量：5400RTh
深圳恒丰财富港国际中 心动态冰蓄冷中央空调
设计日总冷负荷：35500RTh 设计蓄冷量：6600RTh
温 度
过冷却 0℃水
促晶 0℃冰浆
普通自来水：
Ts ≈ 3.8 ℃
0℃
最低过 冷度Tm 安全过 冷度Ts
Tm ≈ 5.8 ℃
时间
促晶技术
（解除过冷却，生成冰浆）
促晶器
θout= -2℃ 过冷水
θm= 0 ℃冰浆
超声波促晶器
利用超声波在液 相水中的强烈空 化效应，在过冷 水中均匀产生强 烈的内部微小扰 动，破坏过冷水 的亚稳态，快速 诱发结冰。
深圳财富港大厦动态冰蓄冷系统实测释冷特性曲线
动态冰蓄冷优势3——融冰出水温度可恒定在2℃以内，
为温、湿度独立控制和大温 差送风等节能技术应用提供 放冷时冰槽取水温度低于 2℃，具备满足某些特殊工 艺用冷的条件（如牛奶加工 过程中对0-2℃冷冻水冷源 的苛刻要求）。
温度 ℃
了必要条件。
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 时间 h 4 5 6 7
二、高融冰速率使得尖峰负荷时段融冰单独供冷模式简单实现
融冰放冷速度比传统静态盘管冰提 高10倍以上，并且几乎不存在“千年冰” 问题。 传统静态盘管冰往往无法实现在负 荷尖峰时段单独融冰供冷（即有冷放不 出），因而不得不采用与双工况主机串 联等系统设计方式来满足尖峰用冷时段 的供冷问题，使得系统设计复杂，而且 能耗水平高，运行经济性大打折扣。 动态冰蓄冷的高放冷速率使得任何 时候均可实现融冰单独供冷模式，无须 负荷尖峰时段往往也是电价尖峰时段， 采用与主机串联等复杂和耗能的系统设 计。
东莞帝光电子科技有限公司 动态冰蓄冷中央空调
设计日总冷负荷：3700RTh 设计蓄冷量：600RTh
冷源机台数控制简述
供冷时段下各制冷主机的定义
设备名称 基载主机1 基载主机2 双工况主机3 放冷板换1 放冷板换2 设备原 代号 R1 R2 R3 HR1 HR2 等效制冷主机 代号 R1 R2 R3 R4 R5 供冷能力 （RT） 200 546 546 300 300 主要联动设备 泵b2、B3，冷却塔CT1 泵b3、B4，冷却塔CT2 泵b4、BY1、B5，冷却塔CT3 泵BF1、B1 泵BF2、B2
过冷水热交换器 （板式换热器）
切换阀 双工况制冷主机 0℃
融冰回水布管/喷嘴 冰浆喷嘴
冰层
水层 冰浆输送管
取水布管 （制冰/融冰）
动态制冰的基本技术过程
本环节只换热不结冰， 采用板式换热器， 主机不冻液出水温度 提高至-3℃
本环节只结冰不换热， 采用超声波器诱导结 冰， 彻底避免冰层对换热 效率的不利影响 0℃ 冰浆
4
1
避免冰层和水层的静态热阻，
加之采用板式换热器，系统 热交换效率成数十倍增加。
夜间蓄冷省电 15%
1’
动态制冰
蓄冰制冷能力
制冷能耗
静态制冰
蓄冰制冷能力
制冷能耗
h
动态冰蓄冷优势2——融冰放冷速度快，前后段均匀
放冷回水与冰浆直接渗透接触， 融冰放冷能力可达蓄冷主机能力 的4倍以上，具备在电价高峰时 段全停主机的全移峰能力。
主机优先/融冰追加模式下的冷源机台控原理
2） 温度补偿 在上述加/减载主机的控制原则下，同时根据供/回水温度的不同变化趋
势叠加主机的加载或减载控制，即温度补偿控制，彻底解决末端负荷的假性
需求和感测滞后等因素造成的控制振荡和失败。
供水温度升温补偿原理 供水温度升高时加载冷源机，反之无响应， 目的是保证末端供冷品质，确保冷、湿负 荷处理能力
R1 Δ Δ
Δ=550×8%=44 RT
R1+R2 Δ Δ Δ=200×8%=16 RT
Δ Δ Δ=550×8%=44 RT
Δ=300×8%=24RT
末端负荷（RT）
800 1350 1900
200 750 1300
末端负荷（RT）
1600 1900
300
600
融冰优先/主机追加模式下的冷源机台控原理
以某实际冰蓄冷空调系统为例
控制内容：
1） 主机台数启停控制
根据实时监测的末端冷负荷（即下图中横坐标）决定冷源机（含主 机及等效主机——放冷和直供板换）的加载或减载台数。
R1+R2+R3+R4+R5
R1+R2+R3+R4
R1+R2+R3+R4+R5
R1+R2+R4+R5
R1+R2+R3
R1+R4+R5 Δ Δ R4+R5 Δ Δ R4 Δ Δ Δ=300×8%=24RT Δ=200×8%=16 RT
θ0 = 0 ℃ 水
微晶处 理器
热交换器出口冰核防传播技术
冰核传播原理——过冷水中一旦有局部地方生成冰晶，则冰晶将具
有迅速向各个方向蔓延到整个过冷水域的强烈趋势。
促晶器 冰晶向上游蔓 延的强烈趋势 防传播器
θm= 0 ℃冰浆
θ0= 0 ℃ 水
微晶处 理器
冰核防传播方法
内表面憎 水化处理
循环方向 传播方向
动态冰蓄冷中央空调技术
江苏浩菱机电工程有限公司
2015年05月12日
目录
蓄冷空调的概念和意义
蓄冷空调的主要技术分类
过冷水式动态冰浆蓄冷技术 过冷水式动态冰蓄冷的技术优势
动态冰蓄冷工程技术开发和应用
动态冰蓄冷工程案例展示
蓄冷空调的概念和意义
蓄冷空调的概念
蓄冷空调的意义
用户侧效益：
≤11℃
12℃ 末 端 供 冷 7℃ 0℃
-2℃
融冰 板换 融 冰 泵 切换阀
冰晶传 过冷水热交换 播阻断 器 器 （板式换热器） 冰浆 喷嘴
双工况制冷主 机 融冰回水布管/喷 嘴
冰层
水层 冰浆输送管 取水布管 （制冰/融冰）
动态制冰系统高度集成为不同型号的模块化机组，设计人员只需根据蓄冰能力的 设计要求选型匹配即可，如同制冷主机、水泵等设备的选型设计，无须如传统盘管冰 蓄冷系统设计那进行复杂的管路水力平衡计算和设计。
因此能否在该时段实现融冰单独供冷对整
个空调系统的运行经济性影响很大。
三、可简单灵活实现的其他系统运行模式
1. 蓄 冷 模 式 2. 主 机 单 独 供 冷 模 式 5. 边 蓄 边 供 模 式
4. 联 合 供 冷 模 式
动态冰蓄冷技术的工程应用
技术集成化、设备模块化——动态制冰机组
——过冷水式动态冰浆制取技术的核心技术集成产品
蓄冷空调的主要技术分类
蓄冷空调的典型种类
冰蓄冷技术分类
过冷水式 动态冰浆蓄冷技术
技术原理图
0℃ 接 冷 却 水 预 热 器
关键技 术工艺
0℃ 超 声 波 促 晶 器
冰晶过滤器
≤11℃
12℃
0.5℃ -1℃
乙二醇液循环
融冰板换
末 端 供 冷
-2℃
-3℃
制 冰 泵
融 冰 泵
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7℃
冰晶传播阻断 器