蓄冷技术

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②室外热源造成的热负荷Qout 由太阳直射或天空辐射穿过窗户进入室内的
热 传量 入Q室o内ut,1的和热通量过Q外o墙ut,2、构屋成顶。等的围护结构 从窗户传入的热量：与窗口朝向和太阳位置
密切相关，其数量在每平方米几十至几百瓦， 准确计算参考文献。
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供冷管网内载冷剂：被冷却过的水。
空调标准规定：流出蒸发器的供空调用的冷 水温度为5-7℃，流回蒸发器的空调回水温 度为12-13℃。
（a）常见空调系统原理 (b) 空调负荷图
图8-1 常见空调系统原理及负荷图
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– 蓄冷空调系统基本原理图如图8-2所示。
图8-2 蓄冷空调系统基本原理示意图
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①系统组成
– 在常规空调系统的供冷循环系统中增添了一个既 与蒸发器并联，又与空调换热器并联的蓄冷槽， 一个水泵和两个阀门。
图8-2 蓄冷空调系统基本原理示意图
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tf＝tOUT + tSUN
(8-2)
当量辐射平均温度tSUN与墙的朝向、所 处量的级纬在度3-5和℃太，阳屋位顶置板有可关高，过竖10墙℃的。tSUN
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对于蓄冷空调而言，不仅要知道平均冷负荷， 还要了解变动的冷负荷，墙内壁表面温度的 变化是空调负荷变动的直接因素，但它的变 动与外环境温度变化成比例。因此，在不同 时刻空调负荷量仍可仿式(8-1)写为：
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墙内壁表面的温度变化滞后于墙外壁温度的变 化，滞后时间与墙的热扩散系数有关，一般来 说，墙的导热能力差，热容大滞后时间就长， 通常滞后时间在l-2.5h。
另外，墙内壁表面温度变化的幅度远小于墙外 壁温度变化的幅度，二者的变化幅值之比也与 墙体情况有关，可以通过计算或实验求得。
一般层次的蓄冷技术：在已选定蓄冷材 料的基础上，根据应用场合的不同，进行蓄 冷量的匹配设计和蓄冷、释冷速率的计算。
较深层次的蓄冷技术：蓄冷材料的探索、 设计，蓄冷材料热物性测试，蓄冷、释冷过 程传热特性的计算与实验。
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⑷蓄冷方法
有显热蓄冷和相变潜热蓄冷两大类。
上述概算数据只能作为常规空调的制冷机容 量选择和空调换热器选择的参考，不能用于 蓄冷空调。
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蓄冷空调设计的前提：日空调负荷图、 月空调负荷图。
空调日负荷图：横坐标为时间轴（分 24h间隔），纵坐标为空调负荷轴（用 千瓦(kW)或冷吨(RT)表示）。
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调节用户负荷的方法
– 空调占民用电中很大的份额，用电负荷十分集中， 采用蓄冷空调技术，在夜间用多余的电制冷蓄冷， 在白天用储存的冷量补充空调用冷需求。
– 蓄冷空调技术是平衡电网峰谷负荷的有效方法， 它有广阔的市场前景和显著的经济效益。
– 蓄冷空调技术的社会效益和经济效益，不仅表现 在电网的峰谷平衡上，还可节省制冷主机容量、 节省电力增容设备费，在夜间享受优惠电价，为 用户带来效益。所以各工业发达国家均在大力开 发和推广这项技术。
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（ⅲ）联合供冷循环：此时蒸发器和蓄冷槽联 合向空调换热器供冷，阀l，阀2开，水泵l、2 开，此循环也称部分蓄冷空调循环。因为执 行此循环时，蓄冷只是补充制冷机供冷不足 部分的空调负荷。这种供冷方式是蓄冷空调 遇到的大部分情况，也是以下要重点讨论的 问题。
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பைடு நூலகம்
对于室内空调负荷而言，直接与墙内壁表面
的温度变化相关，空调负荷的高温一般是出 现在室外环境温度最高时之后l-2.5h；
从室外经墙壁传入室内的平均热负荷可近似 用下式算出：
QOUT,2＝KF(tf-tn)
(8-1)
式中 K--结构物(外墙或屋顶)的传热系数，W
平衡电网负荷的方法：调节电厂发电能力或调节用户 负荷。
调节电厂发电能力的方法
– 调节水电发电功率；
– 调节火力发电机组的发电功率是困难和不经济的；
– 核电要求供电平稳；
– 建抽水蓄能电站，其一次性投资很大，由于水泵、 电机的效率影响，储能的回收率也只60％多，蓄 能成本高。
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空调的负荷构成：室内产生的或从室外传入 的热量和湿气都影响室内温度和湿度，构成 空调的负荷。
①室内热源产生的负荷Qin 由人、灯和用电设备等构成。 人体的散热和散湿量：与年龄、性别、活动
情况及环境温度有关，一般来说坐着工作每 人散热量约l00W，站或轻工作的约150W， 一般工作或中度工作在200W以上，活动量 增加所散发的热量中主要是潜热，即吐出的 湿气增加。 灯和电热设备散发的热量：由灯和电热设备 的电功率算出。
蓄冷技术
建环制冷教研室
蓄冷技术的基础知识 冰蓄冷空调系统 高温相变潜热蓄冷空调系统 高温水蓄冷空调系统
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第一节 蓄冷技术的基础知识
⑴蓄冷技术的定义
蓄冷技术是一门关于低于环境温度热量 的储存和应用技术，是制冷技术的补充和调 节。低于环境温度的热量通常称作冷量。
／(m2·℃)；
F--结构的传热面积，m2；
tn--室内空气温度，℃； tf--外墙壁当量温度，℃。
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外壁当量温度tf需通过详细计算后才能 得外温到环度，境tSU可 的N组以 平成认 均，为 温用墙 度下外tO式U壁T表与当示当量量:温辐度射tf是平由均
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– 例如，十三陵抽水蓄能电站，安装4台 200MW机组，投资达27亿元，据测算， 用它填补高峰负荷时其发电成本每千瓦时 高达1.3元，为常规高峰电价的2.5倍；另 外最大的问题是电网容量有限，即使电厂 可以增加峰电供应，也因供电网能力的限 制，对用户而言，仍然会产生高峰缺电状 况。
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QOUT,τ＝KF(tfτ-tn) 式中 QOUT,τ--设计日在τ时刻经围护结构传入
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②供冷循环回路的循环方式
（ⅰ）常规空调供冷循环：此时蓄冷槽不工作， 阀1开，阀2关，水泵l、2开，制冷机直接供 冷。
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（ⅱ）蓄冷循环：此时空调换热器不工 作，阀l关，阀2开，水泵1开，水泵2关， 制冷机向蓄冷槽充冷。
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3．蓄冷空调设计的基本步骤
①确定典型设计日的空调负荷； ②选择蓄冷方式； ③确定制冷主机和蓄冷装置的容量； ④确定运行策略和设计系统循环流程； ⑤选择配套设备； ⑥计算蓄冷期和蓄冷供冷期的制冷负荷与蓄冷
供冷负荷逐时运行图； ⑦经济分析，求得蓄冷空调增加投资的回收期。
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(1)空调负荷图 空调负荷一般是根据建筑物的类别按标准规
范或一些经验数据来选取。夏季空调制冷系 统负荷的概算指标：
办公楼(全部) 95~l15 W／m2 超高层办公楼 105~145 W／m2 旅馆(全部) 70~95 W／m2 旅馆中的餐厅 290~350 W／m2 百货商店(全部) 210~240 W／m2 医院(全部) 105~130 W/ m2 剧场(观众厅) 230~350 W／m2
对于空调房间来说，一般要求窗户在夏季有 一定遮阳度，采用双层窗结构，屋内使用带 反射的厚窗帘来避免太阳直射和减少室外通 过玻璃窗传入室内的热量。
从围护结构传入室内的实际热量：图8-4 环
境温度影响示意图，因为它是非稳态变边界
条件的热传导问题，从围护结构传入室内的
实际热量的计算十分复杂。基本的传热情况：
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图8-4(b)表示墙外壁表面、墙内壁表 面、室内空气的温度与室外环境温度 的定性关系。
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墙外壁温度变化情况接近于室外环境温度的 变化规律，在无太阳辐射情况下，墙外壁温 度的变化略滞后于室外环境温度的变化；在 有太阳辐射情况下，墙外壁温度可能高于室 外环境温度；
– 对变动空调负荷不协调，制冷机多数情况 不在满负荷下工作，工作效率不高，或有 设备闲置。
– 在空调负荷高峰期正是用电高峰期，电价 贵。
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⑵蓄冷空调系统
– 鉴于常规空调对变动空调负荷不协调，不 经济，科研工作者和空调工程师提出和设 计了种种蓄冷空调方案，有效地弥补了常 规空调系统的不足。
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（ⅳ）单蓄冷供冷循环：此时制冷机停止运行， 水泵l停，阀1、2开，水泵2开，空调负荷全 部由蓄冷槽的冷量来提供。此循环也称全量 蓄冷空调循环。
全量蓄冷空调与部分蓄冷空调在系统的设计 和设备选型上是有区别的。因此，蓄冷空调 的设计首先面临的是要确定采用全量蓄冷空 调或是部分蓄冷空调。
作图方法：把每小时的空调负荷表示在 空调日负荷图上即可，如图8-3所示。
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图8-3 空调日负荷图
□一蓄冷槽取冷量；■一冷机空调工况制冷量；▨一冷机蓄冷工况制冷量
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空调的目的：保持室内的温度和湿度在一定 范围内。
⑹蓄冷工程设计中的主要技术参数
①冷源温度、蓄冷温度、用冷温度；
②比容积蓄冷量、理论最大蓄冷量、实际 蓄冷量
③蓄冷速率、放冷速率。
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1.应用背景
近几年，我国电力发展很快，普遍缺电状况已 得到根本改善，但随着电力消费量的增加，电网负荷 在白天与深夜有很大的峰谷差的矛盾愈加突出。
见示意图8-4。
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图8-4(a)是一堵墙的传热模型，在白天从室外 向室内传热，墙体内温度分布呈上凹曲线状， 这是由墙壁热容影响所致，此时传入室内的热 量小于稳态导热量；
在晚间，室外空气降温较快，外壁对外环境散 热，墙体内高温处继续向室内侧传热，墙体内 温度分布呈下凸状。
人们的生活和生产活动在许多时候要用 到冷量，但是，有些场合缺乏制冷设备，有 些时段不能使用制冷设备就需要借助蓄冷技 术解决用冷需要。
⑵蓄冷技术的应用场合
主要用在解决制冷设备定常制冷量与用 冷负荷起伏的不平衡矛盾上。
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⑶蓄冷技术的内容
根据用户对冷量的需求选择蓄冷材料， 设计蓄冷装置，实行冷量的储存和释放。
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②空调负荷特性
– 由于建筑围护结构的传热情况、环境气温、 内部人员和发热器件的不同，使得不同场 合、不同季节，不同时间的空调负荷是不 同的。
– 图8-l(b)所示的是一日内空调负荷变动示 意图。
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③常规空调系统存在的问题
– 备用容量大：通常制冷用主机满足最大空 调负荷需求选择，并须留有一定备用容量 （以备用户发展的需求以及制冷机组制冷 能力下降时能保证正常的供冷）。
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2．蓄冷空调的基本原理
⑴常规空调系统
常规空调系统的原理图如图8-l(a)所示。
①系统组成
制冷循环子系统：包括压缩 机、冷凝器、节流阀和蒸发 器等。
制冷循环回路内流动的介质： 制冷工质。
供冷循环系统：包括蒸发器、 循环水泵和空调换热器（即 风机盘管）等。
如在蓄冷空调中的水蓄冷空调是显热蓄 冷，冰蓄冷空调和优态盐水合物(PCM)是相 变潜热蓄冷。
蓄冷的温度受到冷源温度和用冷温度的 限制，进行蓄冷工程设计和蓄冷技术的研究， 一定要弄清蓄冷的特定温度范围。
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⑸蓄冷工程设计内容
包括蓄冷负荷设计、蓄冷材料选择、蓄 冷和释冷方式设计。