冰蓄冷技术及其应用样本

研 究 生 课 程 论 文

( - 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

提交日期: 年 月 日 研究生签名:

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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:

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, 中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, 特别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, 改进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, 并能够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, 它在中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, 再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要或生产工艺用冷的需求。在用电低谷时不用或少用空调如办公室,写字楼,体育馆,影剧院,商业中心,文化馆场,健身娱乐城,国防科研,教学试验楼等冷负荷要求变化大的场所, 特别适合于采用冰蓄冷技术。这样制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低峰期, 而在白天用电高峰期只有辅助设备在运行, 从而能有效地解决大多数城市电网均面临高峰期电力不够、低谷期电力用不了的尴尬局面, 实现用电负荷的”移峰填谷”。图1为夜间中央空调主机蓄冰示意图, 图2为白天依靠蓄冰装置制冷的示意图。

图1 夜间中央空调主机蓄冰

图2 白天依靠蓄冰装置制冷

2.1 冰蓄冷技术的分类

冰蓄冷技术按是否使用载冷剂分为直接蒸发制冰和间接蒸发制冰。直接蒸发制冰又按制冰装置有无运动部件分为静态制冰和动态制冰。静态制冰是指制冰的制备和融化在同一位置, 蓄冰设备和制冰设备部件为一体结构, 具体形式有冰盘管式( 外融冰式管外蓄冰) 、完全冰结式( 内融冰式管外蓄冰) 、密封件蓄冰。动态制冰是指冰的制备和融化不在同一位置, 制冰机和蓄冰槽相对独立, 具体形式有制冰滑落式、冰晶式。

图3所示为直接蒸发式外融冰工作原理图, 来自用户侧温度较高的载冷剂( 一般为乙二醇水溶液) 在盘管内循环, 经过管壁将热量传给冰层, 将盘管表面的冰层由内向外融化, 使载冷剂冷却到需要的温度, 以供应外界负荷所需的冷量。

图3 直接蒸发式外融冰工作原理图

2.2 冰蓄冷模式

一般可把冰蓄冷空调系统划分为全量和部分蓄冰和部分蓄冰两种蓄冰模式。

( 1) 全量蓄冰制冷主机只负责在夜间电网低谷期制冰蓄冷, 空调所需要的所有负荷全部由冰的融化来提供。该方案配置由于所有冷负荷都在低谷电价时段制取, 因此其运行费用最省; 但由于设备的使用效率低( 主机高峰期不运行) , 所需的主机和储冰器的容量较大, 与主机配套的

冷却塔和电力设备也大, 一次投资费用最多。因此, 全量蓄冰空调系统只适用于负荷集中, 使用时间短的建筑, 在一般工程中较少采用。

( 2) 分量蓄冰制冷机在夜间低谷段制取部分冷量, 以冰的形式储存。在日间电力高峰期, 由储冰机和制冷机联合供冷, 以满足空调负荷的需要。蓄冰负荷占总负荷的比例, 可由技术经济分析的评估结果来决定, 一般为30%-50%。由于制冷机在日间和夜间都在运行, 设备的使用效率高, 相对于全量蓄冰模式, 制冷机和蓄冰器的容量最多可减少至近一半。由此能够实现最少的初期投资和最短的投资回收期, 其运行费用比全量蓄冷高。在过度季节, 为减少运行电费, 可把分量蓄冷转化为全量蓄冷运行模

式。分量蓄冷又分为制冷机优先和融冰优先两种运行策略。

2.3冰蓄冰空调的节能性分析

2.3.1 冰蓄冰空调本身不节能

文献[1]比较了活塞式、螺杆式和二级或三级离心式冷水机组在蓄冰和空调两种工况下的性能系数, 结果表明, 蓄冰工况的性能系数大于空

调工况的性能系数,即提供同样冷量的前提下,采用蓄冰技术需要多耗能, 且在不同的蓄冷模式情况下,存在比常规空调多的蓄冷、释冷过程中高、低温热源之间的损失,因此蓄冰空调从其本身并不节能。

2.3.2 冰蓄冷空调的终端节能

冰蓄冷系统本身并不节能, 但它的移峰填谷作用将对电力供应和生产带来显著效益并节约能源,其具体表现在:移峰填谷使电网供电平衡,可降低输、配电损失5%～18%;充分利用移峰电力,可使发电的热质效率提高约25%;稳定用电,使功率因数改进,可节电1%～2%;由于削峰,避免了为几个小时的尖峰负载而新建电厂,据有关资料显示, 要新建一个电站, 每

千瓦需投资3375～10000元人民币。而采用蓄冰技术每转移1千瓦高峰负荷只需增加初投资100元左右。

总之, 采用蓄冷技术,一是能够起到”削峰填谷”的作用;二是能够降低制冷设备的容量和配电容量;三是能够降低运行费用,延长系统寿命;四是能够作为备用冷源, 特别适用于应急设备所取的环境, 如医院、计算机房、军事设备及电话机房等。经过”削峰填谷”能够降低装机容量和调峰容量,减少机组启停次数和低负荷运行时间,使机组大部分处于高效率

的满负荷工况下运行,既能降低发电煤耗,又能提高能源利用率,真正做到