中央空调蓄能节能技术Word下载.docx
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显然，在电力低谷0.222元/kwh时期，开制冷机并蓄存冷量，在电力高峰1.017元/kwh时，不开或少开制冷机，用低谷蓄存的冷量满足供冷要求，可以节省大量的空调电费。
与常规空调系统相比，节省空调电费的比例约30-70%。
如09年，上海电力高峰负荷2400万KW，低谷负荷1550万kw,每天有850万kw低谷负荷被“浪费”，同时，电网负荷的剧烈波动，导致发、供、用的整体电力系统效率下降。
而空调是其中主要原因。
浦东机场、虹桥机场、虹桥交通枢纽，3个空调水蓄冷项目，约把6万kw高峰电力负荷转移至低谷，建设高峰电站，以及配套的电网变电设备，按综合投资1万元/每KW计算，则可节省6万kw发、供电建设投资共6亿元。
具有显著的社会价值及经济价值。
各地一般工商业用电峰谷电价信息表：
（单位：
元/千瓦时）
地区
峰时段
平时段
谷时段
峰谷电价差
北京
1.195
0.819
0.342
0.853
陕西
1.1900
0.8069
0.4239
0.7661
江苏
1.382
0.829
0.356
1.026
浙江
1.368
1.070
0.558
0.81
注：
电价信息来自中国电力信息公开网
因此，国家明确空调蓄冷属节能项目，是需求侧管理的重要内容。
不管我国是否缺电，随着电力迅速发展，电力的高峰与低谷负荷差日益拉大是必然的，例如美国的峰谷电价比9：
1，日本为8：
1，采用蓄冷空调是中央空调系统发展的必然趋势。
四、蓄冷技术的节能与节资效果
1.冰蓄冷是在制冰工况（-10℃左右）下进行的，要比空调工况多耗电30%左右，所以冰蓄冷节资不节电。
冰蓄冷最大蓄冷量为30-40%，节资量也在30-40%。
2.水蓄冷（热）是在常规空调工况条件下进行的，蓄冷时间一般在0:
00—08:
00这一时段，因夏季此时环境温度低于白天，制冷机组的运行效率远大于白天，故能起到一定的节能效果，所以水蓄冷空调节电又节资。
3.以水蓄冷的改造工程为例：
原空调机组是以最大负荷配备的，只要有足够的空地，储冷罐就尽可能做大一些，若能保证存储原机组0:
00时段的全部制冷量，其空调运行费用的节约量可达50-80%。
4.由于各地的电价政策不尽相同，故水蓄冷空调的费用节约量亦不尽相同。
五、蓄冷空调系统技术介绍
蓄冷空调技术是尽可能地利用非峰值电力，使制冷机在满负荷条件下运行，将空调所需的制冷量以显热或潜热的形式部分或全部地储存于蓄冷介质中，一旦出现空调负荷，便释放出来，满足空调系统的需要。
蓄冷过程伴随：
温度变化、物态变化、化学反应。
蓄冷（热）系统概念：
1.蓄冷设备：
用来储存水、冰或其它介质的设备，通常是一个空间或一个容器。
2.蓄冷系统：
包含了蓄冷设备、制冷设备、连接管路及控制系统。
3.蓄冷空调系统：
蓄冷系统与空调系统的总称。
各种蓄冷（热）空调方式：
按储能方式可分为：
显热蓄冷和潜热蓄冷。
按介质可分为：
水蓄冷（热）、冰蓄冷等方式。
3.水蓄冷（热）空调系统
利用水的显热进行冷量储存。
就蓄冷来讲，就是利用4℃~7℃的低温水进行蓄冷，水蓄冷空调系统可以将原常规系统中设计运行8小时或10小时的制冷机组的容量压缩35-45%，在电网后半夜低谷时间（低电价）开机，将冷量以冷冻水的方式蓄存起来，在电网高峰用电（高价电）时间内，制冷机组停机或者满足部分空调负荷，其余部分用蓄存的冷量来满足，从而达到“削峰填谷”，均衡用电及降低电力设备容量的目的。
（一）水蓄冷（热）空调的构成
就水蓄冷为例，水蓄冷的主要组成部分为：
制冷机组、蓄冷水池（蓄冷罐）、板式换热器、供冷水泵、蓄冷水泵、放冷水泵、冷却塔和冷却水泵。
与常规制冷系统相比，水蓄冷系统比常规系统多蓄冷水池（蓄冷罐）、板式换热器、蓄冷水泵和放冷水泵等设备。
（二）水蓄冷（热）的方式
蓄冷（热）是利用水的显热实现冷量或热量的储存。
因此，蓄冷（热）系统是通过维持尽可能大的蓄水温差并防止冷水与热水的混合来获得最大的蓄冷（热）效率。
在水蓄冷（热）技术中，关键问题是蓄冷（热）罐的结构形式应能防止所蓄冷水与回流热水的混合。
为实现这一目的，目前常用的有以下几种方法：
1.多蓄水罐方法
将冷水和热水分别储存在不同的罐中，以保证送至负荷侧的冷（热）水温度维持不变，多个蓄水罐有不同的连接方式，一种是空罐方式。
就蓄冷为例，简述下其流程，如图1a，它保持蓄水罐系统中总有一个罐在蓄冷或放冷循环开始时是空的。
随着蓄冷或放冷的进行，各罐依次倒空。
另一种连接方式是将多个罐串联连接或将一个蓄水罐分隔成几个相互连通的分格。
如图1b，图中示出蓄冷时的水流方向。
蓄冷时，冷水从第一个蓄水罐的底部入口进入罐中，顶部溢流的热水送至第二个罐的底部入口，依次类推，最终所有的罐中均为冷水；
放冷时，水流动方向相反，冷水由第一个罐的底部流出。
回流热水从最后一个罐的顶部送入。
由于在所有的罐中均为热水在上、冷水在下，利用水温不同产生的密度差就可防止冷热水混合。
多罐系统在运行时其个别蓄水罐可以从系统中分离出来进行检修维护，但系统的管路和控制较复杂，初投资和运行维护费作较高。
2.迷宫法
采用隔板把水蓄水槽分成很多个单元格，水流按照设计的路线依次流过每个单元格。
图2所示为迷宫式畜水罐中水流的路线。
迷宫法能较好地防止冷热水混合。
但在蓄冷和放冷过程中有一个是热水从底部进口进入或冷水从顶部进口进入。
这样易因浮力造成混合；
另外，水的流速过高会导致扰动及冷热水的混合；
流速过低会在单元格中形成死区，降低蓄冷系统的容量。
3.自然分层法
利用水在不同温度下密度不同而实现自然分层。
系统组成是在常规的制冷系统中加入蓄水罐，如图3a所示。
在蓄冷循环时，制冷设备送来的冷水由底部散流器进入蓄水罐，热水则从顶部排出，罐中水量保持不变。
在放冷循环中，水流动方向相反，冷水由底部送至负荷侧，回流热水从顶部散流器进入蓄水罐。
图3b是蓄冷特性曲线图。
纵坐标为温度，横坐标为蓄水量的百分比。
A、C分别为放冷循环时制冷机的回水和出水特性曲线；
B、D分别为蓄冷循环时制冷机的回水和出水特性曲线。
一般用蓄冷效率来描述蓄水罐的蓄冷效果。
蓄冷效率的定义是蓄冷罐实际入冷量与蓄冷罐理论可用蓄冷量之比，即：
蓄冷效率=（曲线A与C之间的面积）/（曲线A与D之间的面积）
一般来说，自然分层方法是最简单，有效和经济的，如果设计合理，蓄冷效率可以达到85%-95%。
图四所示为蓄冷罐和斜温层内温度变化简图。
斜温层是冷水与热水之间的温度过渡层。
明确而稳定的斜温层能防止冷水与热水的混合，但斜温层的存在降低了蓄冷效率。
蓄冷系统能否在高效率系统能否在高效率下保持正常而稳定的工作主要取决于顶部和底部散流器的设计和蓄水罐的设计。
散流器用于均布进入罐中的水流，减少扰动和对斜温层的破坏。
自然分层的蓄水罐需要用散流器将水平稳地引入罐中，依靠密度差而不是惯性力产生一个沿罐底或罐顶水平分布的重力流，形成一个使冷热水混合作用尽量小的斜温层。
在0-20°
C范围内，水的密度差不大，形成的斜温层不太稳定。
因此要求通过散流器的进出口水流流速足够小，以免造成斜温层的扰动破坏。
通常顶部散流器的开口方向朝上，避免有直接向下冲击斜温层的动量，底部散流器的开口方向朝下，避免有直接向上的动量。
常用散流器的型式有：
八边式、h式，径向盘式和连续槽式等。
八边式适用于圆柱体蓄水罐。
H式适用于立体蓄水罐。
在应用中，也可以根据具体的情况，散流器来满足实际要求。
最适合自然分层的蓄水罐的形状为直立的平底圆柱体。
与立方体或长方体蓄水罐相比。
圆柱体在同样的容量下，面积容量比小，蓄冷罐的面积容量比最低。
单位容量比小，蓄冷罐的面积容量比越小，热损失就越小，单位冷量的基建投资就越低。
其他形状的蓄冷罐也可以用于自然分层，但必须采取措施防止由罐壁的斜坡或曲面所带来的进口水流的垂直运动。
球状蓄水罐的面积容量比最小，但分层效果不佳，实际应用较少，立方体和长文体的蓄水罐可以与建筑物一体化，虽然损失较大，但可以节省一个单独蓄水罐，从而节省基建投资。
蓄水罐的高度直径比是设计时需要考虑的一个形状参数，一般通过技术经济比较来确定。
斜温层的厚度蓄水罐的尺寸无关，提高高度直径比降低了斜温层在蓄水罐中所占的份额，有利于提高蓄冷的效率，但在容量相同的情况下增加了蓄水罐的投资，提高高度直径带来的一定的难度。
由于水蓄冷采用的是显热储存，蓄水罐的体积较用于相变储存的罐要大得多。
因此安装位置是蓄水罐设计时所考虑的重要因素。
如空间有限，可在地下或半地下布置蓄水罐。
对于新的项目，蓄水罐与建筑物的一体化能降低投资。
这比单独新建一个蓄水罐要合算。
常用的蓄水罐为焊接钢罐，装配式预应力水泥罐和现场浇筑水泥罐。
钢罐良好的导热性能会影响蓄冷效率，对于体积较小的蓄水罐这种影响较明显，水泥罐的绝热性能田间，地下布置时热损失不会很大，但水泥罐的绝热性能同时会造成斜温层品质的下降。
选择蓄水罐材料需要考虑的因素有：
初投资、泄漏的可能性，地下布置的可能性和现场的特定条件。
（三）水蓄冷（热）系统的运行策略
蓄冷（热）系统的运行策略
现以蓄冷为例简要介绍：
运行策略：
是指蓄冷系统以设计循环周期（如设计日或周等）的负荷及其特点为基础，按电费结构等条件对系统以蓄冷容量、释冷、供冷或制冷机组共同供冷作出最优的运行安排。
包括：
全部蓄冷策略和部分蓄冷策略。
冷水机组负载
1）系统冷量是按建筑物最高负荷设计
2）全日制冷周期中有负荷波峰出现，即14:
00-18:
00之间
1.全部蓄冷策略：
蓄冷时间与空调时间完全错开，在夜间非用电高峰期，制冷机进行蓄冷，当蓄冷量达到空调所需的全部冷量时，制冷机停机；
在白天将冷量转移到空调系统，此期间制冷机不运行。
1）全部蓄冷时，蓄冷设备承担空调所需的全部冷量，故蓄冷设备的容量较大。
2）适用于：
白天供冷时间较短的场所或峰谷电差价很大的地区。
2.部分蓄冷策略：
是在夜间非用电高峰时制冷设备运行，储存部分冷量，白天空调期间一部分空调负荷由蓄冷设备承担，另一部分则由制冷设备承担。
部分蓄冷比全部蓄冷制冷机利用率高，蓄冷设备容量小，是一种更经济有效的负荷管理模式。
3.制冷机容量的比较：
就选择的制冷机容量而言，常规系统最大，全部蓄冷系统次之，部分蓄冷系统最小。
冷机制冷量比蓄冷量高出一部分，是因为空调运行时制冷机的制冷量一般大于蓄冰运行时的制冷量。
4.部分蓄冷策略根据电费结构情况通常可分为以下两种典型情况：
1）按负荷均衡蓄冷：
是指制冷机组全天24小时满负荷或接近满负荷运行。
a.当冷负荷低于制冷机生产的冷量时，多余的部分储存起来；
b.当冷负荷超过机组容量时，多出的需求由蓄冷来满足。
2）按电力需求限制蓄冷：
a.在高峰期，电力公司对用户提出限电要求，用户必须将制冷机组在较低的容量下运行，这就是限定需求策略。
b.在该运行策略下，系统满足电力的峰值需求，制冷机组在白天运行—定的电功率下供冷，不足的冷负荷由蓄冷装置供应，晚间蓄冷时的机组运行容量大于白天。
c.总之，以上的运行策略，是指制冷机组和蓄冷装置在电力高峰供冷时，考虑如何才能更经济。
d.一般情况下，部分蓄冷策略的经济性较好，应用得较为广泛。
尽管其“移峰”能力不如全部蓄冷策略高，但初投资较低，易为用户接受。
5.其它运行策略：
1）夜间有少量供冷负荷：
在这种情况下，制冷机组在夜间充冷并同时供冷。
2）夜间有—定量的供冷负荷：
通常针对夜间这部分负荷，选择单独的制冷机组，单独连续直接供应，这部分负荷称为基本负荷量。
3）空调淡季放冷：
按空调旺季设计的蓄冷系统，在空调淡季易转为全部蓄冷或一天中分时段蓄冷，更大地节省运行费用。
4）分时蓄冷：
由于电费分时计价，一天中可以在电费低谷期储存冷量，而在用电高峰期释放冷量（冷机不开）。
5）应急冷源：
当主要制冷系统出现问题时，它可以起替代作用，定期补充储存能量以弥补冷耗。
（四）水蓄冷（热）系统常见工作流程及特点
系统流程：
主机与蓄冷罐串联和并联两种。
1.并联流程：
主机与蓄冷罐并联。
a.优点：
可以兼顾压缩机与蓄冷罐容量和效率。
b.缺点：
连接方式使冷冻水的出口温度和出水量的控制变得相当复杂，往往难以保持恒定，浪费能量。
从表中可以看出，供冷时可以有三种运行模式：
制冷主机单独运行
蓄冷罐单独供冷
制冷主机与蓄冷罐联合供冷
2.串联流程
1）主机在蓄冷罐上游
空调回水先流经主机，使主机能在较高的蒸发温度下运行，提高了压缩机的容量和效率，使能耗降低，蓄冷罐在较低温度下运行，释冷速度较低。
常用于舒适性空调系统。
2）主机在蓄冷罐下游
空调回水先流经蓄冷槽，使蓄冷罐的放冷速度提高，但为了防止过快地消耗蓄冷量，需控制蓄冷罐出口温度，而主机在较低的蒸发温度下工作，使能耗增加。
只用于工艺制冷和低温空调系统。
串联系统与并联系统一样，除蓄冷工况以外，也可以制冷主机单独供冷、蓄冷罐单独供冷、或制冷主机与蓄冷罐联合供冷。
（五）水蓄冷空调的适用场合
从项目的情况来讲，符合下列条件的适合采用水蓄冷技术：
第一，由于在夜间低谷电价时段需要开动制冷机组进行蓄冷，因此它最适合在夜间有富裕空调制冷余量或者在夜间没有供冷要求的场所。
第二，有一定的空地（可以利用消防水池、各种蓄水设施、地下室等改建；
也可以在绿化空地上、停车场下面新建）来安置蓄水槽（已投入使用或新装空调均可安装）。
第三，适用于改造的特点。
水蓄冷系统特别适用于用户改造。
安装水蓄冷设备的用户，不需要更改原有的供冷水管网系统，运行十分灵活方便，安全更有保障，并节省大量运行费用。
从行业的情况来讲，符合下列条件的适合采用水蓄冷技术：
办公写字楼、宾馆饭店、学校、医院、商场超市、体育场馆、展览馆、图书馆、影剧院、空调厂房、工艺用冷车间、高温冷库、住宅小区等等。
水蓄冷空调由于在夜间需要开动制冷机组进行蓄冷，因此它最适合在夜间没有供冷要求或仅需部分供冷的场所。
适合采用水蓄冷技术的具体场合与冰蓄冷空调相同。
（六）水蓄冷技术特点
◆经 济
制冷系统的容量只需按照日平均负荷选择即可，通过利用消防水池、原有蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄冷容器在避免“大马拉小车”的同时降低了初投资,使用期间单位蓄冷投资随着水蓄冷罐的体积的增大而降低,当蓄冷量大于7000kW.h（603万kcal），或蓄冷容积大于760m3时，水蓄冷是最为经济的。
◆实 用
可以使用常规冷水机组，适用于常规供冷系统的扩容和改造。
并且能够实现蓄冷和蓄热的双重用途。
◆节 能
夜间气温降低，制冷效率随之提高6－8％，系统满负荷运转时间大幅度增加，从而使空调系统的总节电率达10％－22％。
年总的开机台时数少于常规系统；
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。
◆合 理
作为备用冷源，增加了空调系统的可靠性；
结合低温送水和低温送风，降低了设备的噪音；
主机在最佳状态下运行；
满负荷运行时间增加，部分负荷运行时间减少，节省维护保养费用。
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。
4.冰蓄冷空调系统
冰蓄冷主要利用水的潜热和显热来蓄冷。
冰蓄冷空调的基本工作原理和目的，与水蓄能大体一致，只是在蓄能的设备和主机的选择上与水蓄冷不一样，冰蓄冷空调具有突出优点：
（1）平衡电网峰谷负荷，减缓电厂和输变电设施的建设；
（2）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；
（3）利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用；
（4）冷冻水温度可降到1～4℃，可实现大温差、超低温送风，节省水、风输送系统的投资和能耗；
（6）具有低温冷源，空调可靠性提高。
六、蓄冷（热）空调系统与合同能源管理
合同能源管理（EMC——EnergyManagementContract），就是专业的节能服务公司通过能源服务合同为客户企业提供能源诊断、方案设计、技术选择、项目融资、设备采购、安装调试、运行维护、人员培训、节能量监测、节能量跟踪等一整套的系统化服务；
在合同期节能服务公司向客户保证实现所承诺的节能量和节能效益，与客户分享节能效益，从节能效益中获取收益；
合同结束后，客户得到全部设备和节能效益。
合同能源管理不是推销产品或技术，而是推销一种减少能源成本的财务管理方法。
EMC公司的经营机制是一种节能投资服务管理；
客户见到节能效益后，EMC公司才与客户一起共同分享节能成果，取得双嬴的效果。
5.合同能源管理项目特点
1.节能效率高；
2，客户零投资；
3.节能有保证；
4.投资回收短；
5.节能更专业；
6技术更先进；
7.客户风险低；
8.改善现金流；
9.提升竞争力。
EMC模式带给能耗企业的效益
1、能耗企业不用资金投入，即可完成节能技术改造；
2、节能工程施工完毕，就可分享项目的部分节能效益；
3、在合同期内，能耗企业的客户支付全部来自项目效益，现金流始终为正值；
4、合同结束后，节能设备和全部节能效益归能耗企业；
5、EMC为能耗企业承担技术风险和经济风险。
6.蓄冷改造项目的合同能源管理（EMC）流程：
1）合作的先决条件：
原系统的主机夜间具有1/3以上的空闲容量；
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。
2）改建项目对原有系统不做任何改动，因而您可以同时拥有两套系统，获取更高的可靠性；
3）整个改造项目由本公司负责全额融资；
4）公司通过分享节约的工程初始投资和节省的运行电费来回收投资，用户因此获得部分收益，实现双赢；
5）合同结束后，进行产权转移。
设备和以后的节能效益全部移交给用户。
七、典型案例
1.上海国际工业设计中心
2.上海荣威汽车工业生产车间
3.上海飞机制造公司生产车间
4.上海嘉定汽车活动中心
5.南京菲亚特汽车公司
6.上海浦东飞机场候机楼
7.上海虹桥机场候机楼
8.桂林双江机场候机楼
9.郑州金源大厦
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