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2文献综述
嘉兴学院
本科毕业设计(论文)
文献综述
题目:
学院:
建筑工程学院
专业:
建筑环境与设备工程
班级:
建环082
学号:
200851645111
学生姓名:
梁松杰
指导教师:
阳季春
开题日期:
一、前言部分:
世界上很多国家都在想方设法降低电网负荷的峰谷差,而空调电耗对电网负荷有很大的影响,因此,低能耗、可用电网低谷电的空调设备及相应的蓄冷技术和系统的研究开发就成了近年来空调、储能领域的国际性热门课题,其中,尤以冰蓄冷空调的研究和应用受到研究者重视。
冰蓄冷空调,即是在电力负荷很低的夜间用电低谷期,采用电动制冷机制冷,利用冰的相变潜热和一定温差的水显热,采用一定方式将冷量储存起来,在电力负荷较高的白天,即用电高峰期,把储存的冷量释放出来,以满足建筑物空调或生产工艺的需要。
冰蓄冷空调最早出现在1930年前后。
70年代以来,世界范围的能源危机促使冰蓄冷技术迅速发展。
相对于传统的空调制冷技术,它有着突出的优点:
平衡电网峰谷荷,减缓电厂和供配电设施的建设;制冷主机容量减少,减少空调系统电力增容费和供配电设施费;利用电网峰谷荷电力差价,降低空调运行费用;冷冻水温度可降到(1~4)°C,实现大温差、低温送风空调,节省水、风输送系统的投资和能耗;相对湿度较低,空调品质提高,可有效防止中央空调综合症;具有应急冷源,空调可靠性提高;冷量全年一对一配置,能量利用率高。
冰蓄冷空调在很多发达国家已经形成了较大的市场规模。
冰蓄冷空调在国内发展时间并不长,有许多问题值得进一步研究。
目前,研究方向多集中在融冰技术、系统流程设计、冰蓄冷与热泵组合式空调系统、冰蓄冷低温送风系统等方面。
二、主题部分:
1.融冰技术
目前应用的多种蓄冰系统中,内融冰式蓄冰竹蓄冰系统具有可靠性高,蓄冰、融冰迅速等优点。
在蓄冰、融冰过程中伴随着冰水相变,其传热过程比一般的传热问题复杂的多。
特别地,融冰过程中自然对流对融冰性能有着显著的影响。
因此,对蓄冰竹融冰特性开展深入的探讨对冰蓄冷技术的应用与发展具有重要的价值。
国内外的一些学者在这方面都作了一些相关的研究工作。
文献[1]研究得出,在进行分时蓄冷时,一定要考虑在完全融冰来满足负荷要求时,在温差一定的情况下,各时段的流量不一样。
文献[2]建立了内融冰式蓄冰竹融冰过程的烩法数学模型,得出同一断面上,融冰半径在顶部达到最大值,在底部达到最小值。
在初始阶段自然对流对融冰性能的影响较小,但随着融化水量的增加,自然对流对融冰过程的影响越来越大。
融冰前不同的初始参数对融冰过程中己融水形成的自然对流的强度和融冰快慢有着各自不同的影响。
文献[3]通过对导热塑料盘管蓄冰槽的静态外融冰和鼓气外融冰取冷实验以及与不完全冻结式内融冰取冷特性的比较实验,得出要使外融冰取冷具有良好的性能必须保证系统有较长时间的潜热取冷过程,尽量避免混合取冷。
静态外融冰时,冰层是否搭接是决定外融冰的取冷性能的首要因素。
为保证融冰取冷性能,静态外融冰时必须保证蓄冰槽盘管在制冰蓄冷结束时,冰层不发生搭接现象,此时蓄冰槽利用率较低。
鼓气扰动能显著改善外融冰的取冷性能,鼓气量的多少是决定蓄冰槽取冷性能的首要因素,适当鼓气量能保证系统取冷长时间处于潜热取冷阶段。
最佳鼓气量一即能保证良好外融冰取冷性能时的最小鼓气量,不是一个常数。
鼓气外融冰时,蓄冰槽取冷水流量对外融冰性能影响很小。
与静态外融冰相比,在相同取冷条件下,鼓气外融冰具有更高的蓄冰率和更低的出水温度,但同时增加了压气机的功耗。
与不完全冻结式内融冰相比,在相同的取冷条件下,当蓄冰槽内未发生冰盘管搭接现象时,无论是静态外融冰还是鼓气外融冰都具有更低、更稳定的出水温度和更高的取冷速率。
文献[4]研究指出,完全冻结和不完全冻结在结冰过程中的传热性能基本相同,但一般来说完全冻结的制冰率IPF要比不完全冻结高,所需的系统安装空间较小。
而在融冰过程中,不完全冻结方式的传热性能要优于完全冻结,其盘竹出日温度和释冷速率会保持相对稳定,而完全冻结方式的盘竹出日温度会逐渐升高,而释冷速率则逐渐变小。
2.系统流程设计
冰蓄冷空调系统还需要有一个合理的改进的系统流程设计,来完成冰蓄冷空调系统要求的各种运行工况的转换,并且应该尽量节约能耗。
冰蓄冷空调系统中泵的电耗占到了冷站侧运行电耗的10%-20%,引起国内外学者对冰蓄冷串并联系统的节能设计的关注。
文献[5,6]通过对系统在各种工况下的运行情况和管网阻力情况的分析,从设计上给出了解决方案,即采用变频泵和制冷机旁通。
文献[7,8]对制冷机冷冻水变流量运行可行性和节能效果进行分析。
文献[5,9]指出冰蓄冷空调中串联二次泵系统比一次泵系统节能。
3.冰蓄冷与热泵组合式空调系统
冰蓄冷技术只能应用于夏季空调季节,可起到削峰填谷的效益。
但冰蓄冷技术无法提供冬季的采暖,对于具有采暖需求的用户来讲,该项技术就显得无能为力。
同样,水源热泵技术虽然可以同时提供冬季采暖和夏季制冷,但却无法在夜间电力低谷时段蓄得冷量,以起到“削峰填谷”的功效。
而把二者有机结合起来,可实现优势互补,同时满足制冷和采暖的需求,具有巨大的经济效益和节能效益,可谓一举多得,符合节约型社会的可持续发展要求。
目前,国内仅有少数人对这种冰蓄冷与热泵组合式空调系统进行研究,理论方面的经验很少主要成果如下:
文献[10]指出近年来三工况热泵机组的出现解决了机组冷、热负荷不相配的问题。
文献[11]考虑空调器和热水器带来综合问题的角度,及从提高蓄冷空调综合能源利用率角度考虑,研究人员又研制开发蓄冷和热泵热水器复合空调器。
文献[12]通过对北京大红门服装城空调系统的设计,验证了冰蓄冷技术与水源热泵技术相结合的巨大优势。
大红门服装城空调系统的最佳配置为2台1260kW三工况水源热泵机组、水源井5口和1套冰蓄冷空调系统,与常规空调系统相比,初期投资有所增加,约56万元,但年运行费用较低,与常规市政热力取暖系统进行比较,每个供暖季可节约212万元。
文献[13]指出采用地源热泵技术可以利用自然可再生能源,以锅炉房供热为比较基准,热泵系统单位建筑面积的耗煤当量比锅炉房低11.5kg,节能效果非常显著;供暖季单位建筑面积的CO2减排量为32kg。
同时与冰蓄冷技术相结合,可以起到削峰填谷的作用。
4.冰蓄冷低温送风空调系统
1983年在美国能源部主持召开的第三次“蓄冰在制冷工程中的应用”专题研讨会上,首次介绍了与冰蓄冷相结合的低温送风系统,认为低温送风系统能够进一步发挥冰蓄冷系统的优势,增强与非需冷系统在初投资上的竞争能力[14]。
进入90年代以来,人们对与低温送风系统相关的问题进行了一系列专题研究。
文献[15]在深入考察研究冰蓄空调低温送风系统所有最佳性能的基础上,提出了10条关键性的设计原则:
(1)冷媒蒸发温度要高,蒸发温度每降低1℃,主机平均耗电量要增加3%。
(2)IPF值要高(即其定义为结冰的体积占储冰槽内体积之比率),热损失减少,一般IPF值在30%以上为可行。
(3)储冰槽体积要小,占地空间要小,原则上占地体积以不超过10m3/100RT为宜。
(4)价格要便宜,一般认为造价在3年内能回收,视为可选用;2年内回收应该采用;1年内回收绝对要用。
(5)使用寿命要长。
我国审计报销年限为15年,国际上20年,美国标准25年,故至少要15年以上用寿命期才符合实际要求。
(6)溶冰及结冰速率要快。
(7)系统必须安全可靠。
(8)故障要少,维护要简单方便。
(9)主机要选用双工况螺杆机为先,离心压缩机为次,在不得已情况下,使用活塞式冷机,同时主机要能直接供系统的冷气。
(10)整体系统运行效率要高,系统的COP值不能低于2.5。
文献[14]对冰蓄冷低温送风空调系统设计中与常规空调系统设计不同的一些问题作了研究和探讨,提出了系统优化设计的方法,得到了以下一些结论:
(1)冰蓄冷低温送风空调系统的设计与常规空调系统不一样,其冷负荷计算、运行控制策略制定、主机选择、蓄冰装置容量选择、送风温度的确定等,都需要进行细致的分析和计算,不能靠估算和“加大选机”来确定。
(2)蓄冷率和送风温度是冰蓄冷低温送风空调系统的两个重要设计参数,直接影响系统的经济性。
必须在综合衡量系统初投资和运行费用的基础上对蓄冷率和送风温度进行优化选择。
(3)由于电力分时计价以及运行控制策略的不同,冰蓄冷低温送风空调系统运行费用的计算也不相同。
(4)不同的用户对初投资和运行费用就有不同的要求,冰蓄冷低温送风空调系统设计时应该按照用户的要求确立优化设计目标。
从用户的经济效益出发,有四个优化设计目标:
初投资、运行费用、寿命周期费用和投资回收年限。
(5)实例分析可以看出,由于采用供水和送风大温差,充分利用廉价低谷电力,使冰蓄冷低温送风空调系统的运行费用相比常规空调系统降低了很多。
文献[16]通过计算机数值模拟和实验模型研究证明,只要经过审慎的设计,用不带风机混合箱的低温送风专用散流器,同样能实现满意的室内空调环境。
文献[17]通过对冰蓄冷蓄冷策略、流程选择的分析讨论,并重点介绍了制冷主机容量与蓄冰设备容量的确定及相关配套设备的选择方法,在此基础上开发了冰蓄冷系统设备选型软件,并通过一个工程实例对软件进行了测试,结果表明利用本软件,设计者可以快捷准确地完成冰蓄冷系统设备选型过程。
文献[18]对冰蓄冷的设计方案的选择、低温送风的送风温度的选择进行了讨论,基于实际工程,对低温送风送风量的计算、风机风管的温升计算以及冷却盘管的设计进行了深入的研究,提出了迭代逼近的计算方法。
研究的基础上,开发了冰蓄冷低温送风系统设计程序,程序完成从机房到末端的设计和设备选型工作,准确而快速。
文献[19]介绍了具有高诱导比,较好流场的“风车—风扇”诱导型散流器的设计原理及模型实验,分析与计算得出这种新型诱导式末端有较高的诱导比,而且室内温度、速度分布均匀稳定,人员在室内没有冷风吹风感,室内噪声较低。
这种新型散流器不仅为冰蓄冷系统提供了高诱导比的低温末端送风装置,而且也为常规空调系统提供了低的运行费和节能的末端装置。
文献[20]通过试验得出,诱导式混箱的诱导比较大,能够达到低温送风中使用普通风口不结露要求。
诱导式缩放风管的诱导比较小,达不到要求,其结构有待改进。
流散流器底板表面结露的必要条件是其表面温度比周围环境空气露点温所以避免结露可从两方面考虑,只要能减小环境空气的露点温度与底板表面温度的差值,就是正确的改进万同。
底板表面温度提高较大,也就是减小了环境空气露点温度与底板表面温度的差值,所以结露的现象在一定程度上有所减缓,是正确的改进方向。
文献[21]所作的研究是基于西门子自控系统的平台之上的,把该负荷预测程序与蓄冰空调系统的自控系统进行结合,以达到对蓄冰空调系统的最优化运行,充分节省运行费用。
给出了几种可能的优化运行模式,提出了在线负荷预测与自控系统结合的优化运行方案。
三、总结部分:
冰蓄冷低温送风系统以其良好的社会经济效益和用户经济效益,必将得到快速发展,成为集中空调的“主流”系统之一。
导热塑料盘管蓄冰槽鼓气外融冰时具有高蓄冰率、低出水温度等优点,应对其进行研究,应用应用于外融冰工程。
内外融冰技术相结合的蓄冷方法能有效克服单融冰方式在空调高峰期释冷能力不足的缺点,同时能降低蓄冷设备的设计容量,减少一次性投资,是一项值得推广应用的技术。
与传统的空调制冷技术相比,冰蓄冷空调有着巨大的优势。
可以预料随着分时电价政策的实行,冰蓄冷空调技术,无论在新建或改造工程中的应用,都会得到很快发展。
四、主要参考文献:
(根据文中参阅和引用的先后次序按序编排)
[1]刘秋新,刘冬华,杨金凤.冰蓄冷循环系统中水泵流量确定的若干问题的探讨[J].流体机械.2003,31(4).
[2]马剑龙,李炳熙,刘逸.初始参数对内融冰式蓄冰管融冰性能的影响[J].节能技术.2007,25(3).
[3]朱煜.热塑料盘管蓄冰槽外融冰实验研究[D].浙江大学硕士学位论文.2006.
[4
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