水蓄冷与冰蓄冷的比较Word下载.docx

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属耗能型空调，制冰时效率下降达30%，综合其夜

量（系白天高，系统满负荷运行时间大幅增

间制冷、满负荷运行时间大幅增加等因素后，

其较

统效加，扣除蓄冷损失等不利因素，较一

一般常规空调多耗电

20%左右。

率）般常规空调节电约10%。

蓄冷蓄冷水池的蓄冷密度为

装置7~11.6KW/M3。

由于冰蓄冷的有效容积

冰蓄冷槽的蓄冷密度为

40~50KW/M3，约为水蓄冷

的蓄较小，如果将安装蓄冰槽的房间用作

的4~5倍，但因其有效容积小，实际二者蓄冷能力

冷密蓄冷水池，加上消防水池，其蓄冷量

近乎相当。

度与冰蓄冷基本一致。

相对较大，但因大温差蓄冷在一个蓄

相对较小，但因蓄冷一般在多个蓄冷槽内实现，

设

冷槽内完成全部蓄冷和放冷过程，占

备间需留有检修通道及开盖距离，且冰槽内有乙二

槽占

用空间绝大部分是有效的蓄冷空间，

醇及预留结冰时膨胀空间，故其有效空间只是实际

用空

部分具体已投运的项目表明，水蓄冷

占用空间的一小部分。

间

实际占用空间只略大于冰蓄冷。

蓄冷蓄冷水池冬季可兼作蓄热水池，对于

装置热泵运行的系统特别有用，但此时不

蓄冰槽没有此功能。

的兼能作为消防水池。

若单独作蓄冷水槽

容性时可作为消防水池使用。

可置于绿化带下、停车场下或空地上

一般安装在室内，会占用正常机房面积。

槽位

以及利用消防水池改造而成。

置

适用适合老用户空调系统蓄冷改造，也适

只适合新装用户，改造老用户需改造主机为双工况

性合新装空调蓄冷系统建设。

机组等因素，一般难实现。

运行

运行简便，易于操作，放冷速度、大

需溶冰，故放冷速度、大小受限制，需约

30

分钟

状况

小可依需冷负荷而定。

可即需即供，

的时间延迟才可正常供冷。

响应

无时间延迟。

速度

维护易于维护，维护费用低。

难维护，维护费用高，通常同等蓄冷量的冰蓄冷系

统的维护费用是水蓄冷系统的

2~3倍。

..........

一.水蓄冷与冰蓄冷比较

将水蓄冷与冰蓄冷进行比较，这二种蓄冷方式的最大不同就是水蓄冷是利用水的

温度变化（显热变化）进行蓄冷，而冰蓄冷利用水的相态变化（相变所需的潜热）

进行蓄冷。

因此，冰、水蓄冷系统在下列方面发生了变化。

（1）蓄冷系统制冷机的容量

从冰蓄冷简介中知道：

冰蓄冷制冷机组蓄冷工况下的制冷能力系数Cf为0.6～

0.65（制冰温度为-6℃时），其制冷能力比制冷机组在空调工况低了0.4～0.35，

也就是说冰蓄冷在希望利用蓄冷系统减少制冷机组容量的愿望很难实现。

而水蓄

冷就不存在这一问题。

（2）蓄冷装置的蓄冷密度

从冰蓄冷与水蓄冷的简介中知道：

冰蓄冷槽的蓄冷密度为（40～50kW/m3），蓄

冷水池的蓄冷密度为（7～11.6kW/m3）。

冰蓄冷槽的蓄冷密度是蓄冷水池蓄冷密度的5倍左右。

这里要说明一下，就是关于水蓄冷与冰蓄冷的占地问题。

通常在人们的心目

中，一说起水蓄冷，就有水池容积大，要占用大块地方。

其实这是一种错觉。

产

生这一错觉的原因是：

以为冰蓄冷利用的是水的潜热，而物态变化的热潜热是比

较大的（往往人们对凝固热不太熟悉，又经常与汽化热来衡量），认为蓄冰槽内

冰的容积比例可为1，因此，远远夸大了蓄冰槽蓄冷密度。

而实际上蓄冰槽的蓄

冷密度仅是蓄冷水池蓄冷密度的5倍左右，以目前使用最多的冰盘管为例，冰蓄

冷槽需要安装在室内，并要求有一定的安装距离。

我们曾对某一冰蓄冷系统与水

蓄冷系统进行比较，如果将蓄冰槽安装的场地全部空间改为蓄冷水池，再加上该

建筑物的消防水池，二者的蓄冷能力近乎相当。

（3）蓄冷装置的兼容性

水蓄冷系统的蓄冷水池冬季可作为蓄热水池使用，这一点对于热泵运行的制冷系统是特别有用的。

而冰蓄冷系统蓄冰槽则没有此功能。

（4）蓄冷系统的建设投资

冰蓄冷与水蓄冷相比，一般来说，水蓄冷系统基本建设投资不高于常规空调系统，而冰蓄冷系统基本建设投资比常规空调系统高出20％以上。

冰蓄冷的缺点：

冰蓄冷的用电量高于常规空调20％左右，水蓄冷则可节省制冷用电10％左右。

水蓄冷储槽可实施夏季蓄冷，冬季蓄热，做到蓄冷、蓄热

两用，而冰蓄冷不可能做到。

冰蓄冷的投资比水蓄冷大很多，所以现在国内运行的冰蓄冷系统基本上都采用约1/2削峰运行，否则，将大量增加工程造价，而我公司开发的大温差水蓄冷一般采用全削峰运行。

冰蓄冷的优点：

蓄冰槽占用的体积比蓄冷槽小，储蓄的冷量为水蓄冷的80

倍，因此水蓄冷系统需要有一定的空间（如绿化空地、停车坪、消防水池等）来

安置蓄水设施。

二、蓄冷技术简介

蓄冷技术原理，简而言之，是利用夜间电网多余的谷荷电力继续运转制冷机制冷，并通过介质将冷量储存起来，在白天用电高峰时释放该冷量提供空调服务，从而缓解空调争用高峰电力的矛盾。

目前较为流行的蓄冷方式有三种，即水蓄冷、冰蓄冷、优态盐蓄冷。

2.1水蓄冷

以水作为蓄冷介质的水蓄冷系统是空调蓄冷重要方式之一，也是能源利用，

开源节流的形式之一。

水蓄冷可利用室内外蓄水池或消防水池，用普通冷水机组

制冷，夜间制取2~5℃的冷水蓄存起来供白天使用。

为了提高蓄冷罐的蓄冷能力

并满足供冷负荷需求，应提高水蓄冷系统蓄冷效率，维持较大的蓄冷温差，并防

止储存冷水与回流热水的混合以减少能量损失。

通常水蓄冷系统贮槽结构设计有

四种方式：

自然分层蓄冷、复合贮槽蓄冷、迷宫式蓄冷和隔膜式蓄冷。

其中自然

分层蓄冷系统简单，蓄冷效率较高、经济效益好，目前广为应用。

自然分层蓄冷利用水的物理特性（水的密度与温度相关，水温大于4℃时，温度升高密度减小，在0~4℃范围内，温度升高密度增大，3.98℃时水的密度最大），使温度为4~6℃的冷水聚集在蓄冷罐下部，而10~18℃的热水自然地聚集在蓄冷罐上部，从而实现冷热水自然分层。

概括地讲，水蓄冷技术具有以下特点：

1）可使用常规的冷水机组，也可使用吸收式制冷机组，使其在经济状态下

运行。

2）适用于常规供冷系统的扩容改造，无需增加制冷机组容量。

3）利用消防水池、既有蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄冷容器，可降低

初投资。

4）可实现蓄热和蓄冷双重用途。

5）技术要求低，维修方便，无需特殊技术培训。

6）水蓄冷方式是一种较为经济且储冷量较大的一种蓄冷方式。

蓄冷罐体积

越大，单位蓄冷量投资越低。

蓄冷量大于7000kW·

h或蓄冷容积大于760m3时，以水蓄冷为经济。

2.2冰蓄冷

冷的制冰方式主要有两种[3]：

1.静态制冰方式。

即在冷却管外或盛冰容器内结冰，冰本身始终处于相对静止状态，这类制冰方式包括冰盘管式、冰球式等多种形式；

2.动态制冰方式。

该方式中有冰晶冰浆生成，且冰晶冰浆处于运动状态。

制冰系统简单，现是冰蓄冷系统的主流。

目前，动态制冰方式国内外应用

较多的是冰盘管式、冰球式蓄冷系统，其他少用。

蓄冷分为内融冰式和外融冰式，内融冰式设备是由沉浸在充满水的贮槽中的盘管构成结冰载体的一种蓄冷装置。

充冷时，低温载冷剂在盘管内循环，将盘管外表面的水逐渐冷却至结冰。

释冷时，经空调负荷加热的高温载冷剂在盘管内循环，将盘管外表面的冰逐渐融化，使载冷剂降温，供用户需要。

外融冰式相反，

在管内结冰，载冷剂在管外流动。

沉浸在贮槽中的盘管形状通常有三种，即蛇形盘管、圆筒形盘管和U形立式盘管。

蛇形盘管蓄冷装置以美国BAC公司产品为代表，该装置一般使用25%（质量比）的乙烯乙二醇水溶液。

充冷时进液温度一般为-5~-6℃，释冷时出口温度

为0~1℃。

圆筒形盘管蓄冷系统以美国calmac公司和Dunham-bush公司产品为代表。

该装置载冷剂逆向流动，有利于改善和提高传热效率，并使贮槽内温度均匀，在充冷末期贮槽内的水基本可全部冻结成冰，因此，又称为完全冻结式蓄冷装置。

U形盘管蓄冷装置以美国Fafco系列产品为代表。

上述盘管作为换热器分别与相应的不同种类贮槽组合为成套的各标准型号

制冷设备。

同时，这些盘管亦可以根据实际需要制作成非标尺寸，以适于各种建筑物布置，组成非标蓄冷装置，满足用户不同需求。

冰球式蓄冷属于封装冰式，蓄冰球的外壳一般由高密度聚合烯烃材料制成，球内装有有机盐溶液，蓄冰时低温载冷剂使冰球内的盐溶液结冰，放冷时高温载冷剂与冰球内的冰进行热交换达到降温目的。

静态制冰有自身缺点：

冰层厚度使热阻增大，导致冷冻机性能系数COP降低。

一些静态系统中印冰块的相互粘连易导致水路堵塞。

所以，冰蓄冷研究的主要方向是动态制冰技术，动态制冰技术将成为冰蓄冷主要

形式。

2.3优态盐变相蓄冷

其原理类似冰蓄冷，利用材料相变蓄存冷量，但一般都在高温下相变，故冷机及系统类似于水蓄冷。

优态盐是由无机盐，即硫酸钠的水化合物为主要成份，

与水和添加剂调配而成的混合物。

将其充注在高密度聚乙烯板式容器内，其相变温度应在空调适应的范围之内，通常以2~7℃为宜，冷机可采用普通冷水机组，运行效率高，但这种方式造价较高，且单位体积蓄冷量低，蓄冷槽体积大，是冰

槽的2~3倍，重量也大，是冰槽的3~4倍。

且该材料变相次数有限，一般在2000～

4000次，超过之后便失效。

优态盐以其理论上可以在任何温度下进行相态变化的特点，非常适合蓄冷式中央空调系统之应用。

但实际上常面临某些技术问题，再加上有可靠性、稳定性、经济性、耐久性等要求时，适合空调应用的优态盐配方及设备并不多见。

尽管如此，随着技术的进步，高温相变材料的蓄冷式中央空调系统也是值得重视的。

三、冰蓄冷与水蓄冷的比较

（一）冰蓄冷系统与水蓄冷系统在蓄冷原理上是不同的，冰蓄冷是利用水的

相变将水降温后冻结蓄存，在用电高峰时取出使用。

而水蓄冷不存在相变，是显

热式蓄冷，故蓄冷能力低。

冰蓄冷时蓄冷密度DSTL（每立方米储存的能量）为：

DSTL=Q1+Qs1×

（T3-Tst）+Qss×

（Tst-Tm）

（1）

式中：

Q1-蓄冷球的相变潜热；

Qs1-蓄冷球的液态显热；

Qss-蓄冷球的固态显热；

T3-放冷阶段蓄冷系统的出液温度，5℃；

Tst-蓄冷球的相变温度，0℃；

Tm蓄冷期结束时冷媒平均温度，取蓄冷末期温度范围上下限的平值。

水蓄冷时，去掉

（1）式中涉及潜热和固体显热的部分。

因此，与水蓄冷相

比，1m3冰的蓄冷能力相当于同体积水的17倍。

即在相同蓄冷量的情况下，水

蓄冷所需蓄冷槽的体积是冰的17倍，其占地面积不容忽视，这在一定程度上制

约水蓄冷的发展。

但与冰蓄冷相比，水蓄冷无需增加制冷机组容量，如果有条件利用消防水池、既有蓄水设施作为蓄冷容器，选择水蓄冷系统可以大大节约投资。

与水蓄冷相比，冰蓄冷的优点是：

蓄冷密度高，蓄冷槽体积较小，温度稳定，便于控制，设计灵活性强。

故冰蓄冷的优势比较明显，它是目前空调蓄冷的主要方式，其发展空间较大。

（2）水蓄冷中央空调系统：

水蓄冷与冰蓄冷相比，它的主要优点是它的制冷效率高、蓄冷设备简单、易于改造、见效快。

其一，传统中央空调的制冷机、风机、水泵、空调箱、管路等主要部件不必更换，可直接使用；

其二，以水作为蓄冷介质，它的获取方便，价格低廉；

其三，不需降低制冷机的蒸发温度，制冷深度不变，可保持较高的制冷效率；

其四，蓄冷设备比较简单，容易将传统中央空调系统改造为水蓄冷空间系统，

投资少，工期短，见效快。

它的主要缺欠是蓄冷介质的蓄冷密度低，蓄冷设备占地大和蓄冷效率低。

水的比热是4.1868kJ/（kg·

K）（1.0kcal/kg·

℃），冰的相变温度是O℃、相变潜热333.3kJ/kg（79.6kcal/kg）。

在水蓄冷方式中，通常的蓄冷温差在5℃左右，lm3水的蓄冷能力为20.9×

103kJ，相当5.8kW·

h。

在冰蓄冷方式中，lm3的冰（相当924kg）其蓄冷能力为308×

103kJ，相当85.6kW·

理论上，在

水和冰两种蓄冷介质同样体积下，冰蓄冷能力约为水蓄冷能力的15倍。

因此，

在提供相同蓄冷量条件下，水蓄冷设备用占地要比冰蓄冷占地大得多，因而受场

地条件约束大。

若能够与消费水池共用，不但可以节省占地，而且还

可以减少投资。

水蓄冷的蓄冷槽内不同温度的冷冻水易于掺混，以及庞大蓄冷槽的水表面散

热损失较大等因素的影响，使它的蓄冷效率偏低。

（3）冰蓄冷中央空调系统：

冰蓄冷与水蓄冷相比，它的主要优点是蓄冷密

度大，蓄冷

能力强，蓄冷效率高，并可实现低温送水运风，水泵和风机容量较小。

其一，由于它蓄冷介质的蓄冷密度大，故蓄冷设备占地比水蓄冷设备占地小

得多，这在

大中城市高层楼宇设置蓄冷空调是一个相对有利的条件；

其二，冰蓄冷设备内的蓄冷温度虽比水蓄冷设备内的蓄冷温度低，蓄冷设备

内外温差

大，但它的外表面积远小于水蓄冷设备的外表面积，故而散热损失低，蓄冷效率

高；

其三，冰蓄冷可提供低温冷冻水和低温送风系统，使得水泵和风机的容量减少，也相应

地减少了管路直径，有利于降低蓄冷空调的造价；

其四，冰蓄冷能力强，临时停电时，可以作为一个蓄冷库当做应急冷源。

它的主要缺欠是在蓄冷工况时的制冷效率低，制冷能力下降。

制冷机有个特

征，制冷剂的蒸发温度越低制冷效率就越低，在提供相同冷量的条件下降低了制

冷机的可用功率，一般制冷剂的蒸发温度每下降1℃，它的可用功率要下降3％。

水蓄冷空调制冷机制冷剂的蒸发温度与传统式中央空调相同，一般在2～3℃，而在蓄冰工况时制冷剂的蒸发温度一般在-7～-8℃，大致相差10℃。

因此，相同容量的制冷机，冰蓄冷的制冷能力要下降30％左右，即相当水蓄冷空调制冷机容量的70％。

理论上，在环境条件不变的前提下蓄冷工况的单位冷吨用电量，冰蓄冷约为水蓄冷的1.43倍。

应当指出：

蓄冷用电量是填谷电量，既可以缓解电网压电的困难，又有利于平稳系统负荷；

对用户来说，从移峰填谷电价差中所获得的收益，往往高于效率损失的花费。

此外，冰蓄冷系统的装置比较复杂，操作技术要求高，投资也比较大，施工期也比较长，更适合于大中型新建筑物采用。

冷吨（Rt）是冷量强度的一种计量单位，1Rt相当把1t0℃的纯水在24h内制成O℃的冰所需要的凝固热。

1日制冷吨等于3317kcal／h，即13.9×

103kJ，相当于3.86kW。

1美制冷吨等于3024kcal／h，即12.7×

103kJ，相当于3.52kW。

通常采用美制冷吨。

一、空调蓄能技术及其经济效益概述

1、空调蓄能技术是一种最有效地获取分时电价差效益、节省电制冷或电制热运行电费的技术。

在国外已经是

一项成熟的技术，目前国内正在大面积推广应用。

2、采用空调蓄能产生的经济效益

社会经济效益

电网的峰谷差是现代电网的一大特点，蓄能系统具有转移电网高峰用电量、平衡电网峰谷差的功能。

由于蓄能系统的移峰填谷功能，提高了电网的安全运行性能，提高了现有发电设备和输配变电设备的效率，降低了变配电损耗，从而降低了发配电的运行成本，充分利用了不可再生的资源，其社会经济效益是巨大的。

因此，政府大力鼓励在低谷电的时间段用电。

用户采用空调蓄能时获得的经济效益

可以大幅度降低运行电费，降低经营成本。

蓄能系统的用电策略是：

在低电价时段制取冷（热）量储存起来，

在相对高电价时段少用或不用电，供热采暖网把储存的能量释放出来使用。

一般峰谷时段的电价比可达3：

1—4.5：

1，甚至更高，因此由于电价差而节省的运行电费达30%—70%。

且采用空调蓄能技术后，主机设备在储能运行时的效率相对于常规运行可提高6%—8%，空调系统总的节电率不低于10%。

在用户扩容改造或新装制冷中央空调系统时，按蓄能方式设计系统，由于在空调负荷高峰时，可以使用预先储

存的冷量来供冷，因此不必象常规空调系统那样按高峰负荷配备主机设备，而是按全天的平均负荷来配备空调主机设备,系统装机容量可减少达30—50%。

从而使得按蓄能方式设计的系统比按常规设计的系统节约投资费用。

二、水蓄冷中央空调系统

蓄冷中央空调系统是将冷量以显热或潜热的形式储存在某种介质中，并在需要时能够从储存冷量的介质中释放出冷量的空调系统。

水蓄冷是空调蓄冷的重要方式之一，利用水的显热储存冷量。

水蓄冷中央空调系统是用水为介质，将夜间电网多余的谷段电力（低电价时）与水的显热相结合来蓄冷，以低温冷冻水形式储存冷量，并在用电高峰时段（高电价时）使用储存的低温冷冻水来作为冷源的空调系统。

三、实施水蓄冷时的基本条件

1、有可执行峰谷电价的供电政策或有对蓄能优惠的电价政策。

2、以冷冻水为冷源的电制冷空调系统，低电价时段有空余的制冷机组作蓄冷用。

3、建筑物中具有可利用的消防水池或可建蓄水池的空间（绿地、露天停车地下，空闲地或可作水池的地下室

等）。

四、温度分层型水蓄冷原理

冷量储存的类型有温度分层型、多水池型、隔膜型或迷宫与多水池折流型等。

实践证明，相对其它类型，温度分层型（垂直流向型）最简单有效。

温度分层型水蓄冷是利用水在不同温度时密度不同这一物理特性，依靠密度差使温水和冷水之间保持分隔，避免冷水和温水混合造成冷量损失。

水在4℃左右时的密度最大，随着水温的升高密度逐渐减小，利用水的这一物理特性，使温度低的水储存于池的下部，供热采暖网温度高的水位于储存于池的上部。

设计良好的温度分层型水蓄冷池在上部温水区与下部冷水区之间形成一个热质交换层。

一个稳定而厚度小的热质交换层是提高蓄冷效率的关键。

为了在蓄水池内垂直方向的横断面上，使水流以重力流或活塞流平稳地在整个断面上均匀地流动并平稳地导入池内（或由池内引出），在上部温水区与下部冷水区之间形成并保持一个有效的、厚度尽可能小的热质交换层，关键是

在蓄水池内的上下部设置相同散水器，以确保水流在进入蓄水池时满足佛雷得（Frande）系数，使得水流均匀分配且扰动最小地进入蓄冷池。

散水器的设计及施工是温度分层型水蓄冷的关键技术。

五、水蓄冷技术特点

1、获取分时供电政策的电价差，“高抛低吸”，大量节省运行电费。

2、节约电能

A、年总的开机台时数少于常规系统；

B、当夜间蓄冷时，气温降低，冷却效果提高，机组处于高效运转，效率可提高6-8%，空调系统总的节电率不

低于10%。

3、由于夜间已蓄冷，白天在突然停电时，只需较少的动力驱动水泵和末端空调马达，即可维持空调系统供冷。

4、提高了空调的品质，即需即供，供冷速度快。

可按需调节供冷量，对供冷量的调节快捷而方便，系统运行

稳定、安全。

5、适用于空调系统的扩容改造，可不增加制冷机组容量而达到增加供冷量的目的，只需在原系统中添加水蓄

冷设备和所需的管路即可，对原有系统没有任何影响。

6、对于新装系统，可以减少装机容量，节约机组和配电设施的投资。

7、可利用消防水池以及现有的蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄冷池。

8、蓄冷池可实现蓄热和蓄冷双重用途。

9、与常规空调一样，操作和维修方便，操作人员无需专门技术培训。

系统运行原理说明

一、蓄冷过程：

蓄冷罐、V13、蓄冷水泵、V12、2号冷水机组、V11、V14、蓄冷罐（V3、V4、V7、V9关闭）

二、蓄冷罐放冷过程：

蓄冷罐、V14、V9、2号冷冻水循环泵、V5、分水器----集水器、V7、V13、蓄水罐（V11、

V12关闭）

三、在蓄冷过程中，可以启动1号冷冻循环泵，一号冷水机组可以向用户供冷，蓄冷和主机向用户供冷是两个

独立的环路，相互没有影响。

四、蓄冷罐与主机联合供冷：

在蓄冷放冷时，可以启动1号冷冻循环泵，一号冷水机组联合向用户供冷。

六、水蓄冷系统的自动控制设计

泰阳能源公司自主开发软件，精选配套硬件，实现界面易操作的高端自控集成。

1、系统的控制范围：

自控系统由上位机运程控制系统（选配）、机房现场控制系统（PLC）、冷水机组、水泵、

电动阀、传感检测器件、系统配电柜、系统软件等部分组成。

2、控制功能：

控制系统主要设备及元器件采用国际知名公司的优质产品，嵌入我公司设计的控制软件，该控

制软件可以通过窗口化的人机对话方式实现蓄能系统的多种运行模式、工况监控、历史趋势图和实时曲线图显示、参数

设定与数据显示、故障诊断与系统报警。

3、控制系统元气件配置：

1）控制柜采用国内一流的专业开关厂生产的交流低压开关柜，符合GB