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李先庭

蓄能系统 —— 设计、控制与应用. 李先庭. 目录. 背景 蓄能系统的分类 典型的蓄能厂家与产品 蓄能系统的设计计算 蓄能系统的运行控制 蓄能系统与常规系统的比较 蓄能系统的应用场合 我公司在蓄能方面特点. 1. 背景. 我国电力状况 装机容量世界第二位；人均用电量较少 电网峰谷差很大 空调耗能情况 基本在用电高峰 每年以15％速度增长 国家提倡采用蓄能技术转移空调的高峰用电. 蓄能技术原理.

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  1. 蓄能系统—— 设计、控制与应用 李先庭

  2. 目录 • 背景 • 蓄能系统的分类 • 典型的蓄能厂家与产品 • 蓄能系统的设计计算 • 蓄能系统的运行控制 • 蓄能系统与常规系统的比较 • 蓄能系统的应用场合 • 我公司在蓄能方面特点

  3. 1. 背景 • 我国电力状况 • 装机容量世界第二位；人均用电量较少 • 电网峰谷差很大 • 空调耗能情况 • 基本在用电高峰 • 每年以15％速度增长 • 国家提倡采用蓄能技术转移空调的高峰用电

  4. 蓄能技术原理 • 所谓蓄能，就是在电力需求低谷时启动制冷、制热设备，将产生的冷或热储存在某种媒介中；在电力需求高峰时，将储存的冷或热释放出来使用，从而减少高峰用电量。因此，蓄能技术又称为“移峰填谷”。采用此技术，就可以减少电网的峰谷差，提高电网的运行效率，少建或缓建电站。

  5. 鼓励蓄能的政策措施 • 为调动广大末端用户转移高峰用电的积极性，各地政府出台了分时电价政策（我国通常分为高峰、平峰和低谷电价），有的还采用减免电力增容费等政策优惠。 • 以北京商业用电为例，分时电价政策为： • 高峰0.983元，8:00—11:00,18:00—23:00 • 平峰0.623元，11:00—18:00,7:00– 8:00 • 低谷0.285元，23:00—7:00

  6. 蓄能系统的额外好处 • 采用蓄能系统除可以降低运行费用、减少电容量外，还可提高空调可靠性 • 采用蓄能系统后，当整栋大楼停电时，可依靠备用发电机，使水泵和风机运转起来，即可实现大楼的空调，提高空调系统的可靠性

  7. 2. 蓄能系统的分类 • 按蓄存能量温度高低分为 • 蓄热、蓄冷 • 按蓄能介质分为 • 水蓄热/冷、冰蓄冷、相变材料蓄能 • 按系统连接关系又分为 • 串联系统、并联系统

  8. 不同蓄能介质的差异 • 水蓄冷/热主要是利用水的显热，蓄存一定冷/热量时，通常需要较大的体积；但与制冷/热设备的介质一样，因此系统较简单。 • 冰蓄冷利用冰的溶解热，蓄存一定冷量时，需要的体积较小，通常是水蓄冷的1/7；但需要采用防冰液，如盐水溶液、乙二醇溶液等，且系统较复杂。

  9. 2.1 水蓄冷的系统形式 • 水蓄冷直接将冷机产生的冷水储存在蓄水罐或蓄水池中，用冷时再从水罐或水池中将冷水取走。 • 水蓄冷系统通常为开式系统，当水罐或水池位于最高位置时，系统才类似闭式系统；因此水蓄冷系统应注意倒空，泵的选型也需正确。

  10. 水蓄冷系统1 • 原理图及特点 • 开式系统 • 直连 • 水池和冷机可分别或同时供冷 严书P26图3-2

  11. 水蓄冷系统2 • 原理图及特点 • 水池侧开式系统，负荷侧闭式系统 • 水池和冷机可分别或同时供冷 • 间连，负荷侧水温稍高 严书P27图3-3

  12. 水蓄冷系统3 • 原理图及特点 • 冷机和负荷侧闭式系统 • 水池和冷机串联供冷 • 蓄冷和取冷均通过换热器，温差损失稍大 • 水蓄热与水蓄冷系统基本一致

  13. 温度分层蓄水罐 • 彦书P6图2-2, 2-3, 2-4 • 特灵教程:第二部分图11

  14. 温度分层蓄水罐多罐串联

  15. 迷宫式蓄水槽

  16. 隔膜式蓄水罐

  17. 特灵串联和并联蓄水罐 • 特灵教程:第二部分图9和图10

  18. 2.2 冰蓄冷的系统形式 • 少量采用直接蒸发制冰，有的小系统也直接将乙二醇送到AHU或FCU中，通常采用乙二醇溶液制冰，采用乙二醇溶液或水取冷。 • 常见的冰蓄冷系统分为两类 • 用乙二醇溶液蓄冷和取冷，用板换产生冷冻水，包括冰球/板式、内融式冰盘管等 • 用乙二醇溶液蓄冷，直接用冷冻水取冷，如外融式冰盘管

  19. 2.2.1 乙二醇溶液蓄冷和取冷的系统 • 并联系统：冷机和冰槽并联，可独自供冷，也可联合供冷，小温差供冷 • 单板换系统、双板换系统 • 串联系统：冷机和冰槽串联，可实现大温差供冷 • 单泵、双泵、三泵系统 • 冷机上游、冰槽上游

  20. 并联双板换蓄冰系统 • 冷机和冰槽的供回水温差基本一致，通常为5℃ • 两组板换 • 3个电动阀 • 2个电动调节阀 • 两组乙二醇泵

  21. 并联单板换蓄冰系统 • 冷机和冰槽的供回水温差基本一致，通常为5℃ • 一组板换 • 1个电动阀 • 2个电动调节阀 • 两组乙二醇泵

  22. 串联单泵蓄冰系统 • 冷机和冰槽的供回水温差不一致，串联后温差可大于5℃ • 一组板换 • 2个电动阀 • 2个电动调节阀 • 一组乙二醇泵

  23. 特灵串联单泵系统 • 特灵教程:第三部分图4, 图29

  24. 串联双泵蓄冰系统 • 冷机和冰槽的供回水温差不一致，串联后温差可大于5℃ • 一组板换 • 2个电动阀 • 2个电动调节阀 • 两组乙二醇泵

  25. 串联三泵蓄冰系统 • 冷机和冰槽的供回水温差不一致，串联后温差可大于5℃，适合于大系统 • 一组板换 • 三组乙二醇泵：至少P2和P3变频泵

  26. 特灵串联三泵系统 • 特灵教程:第三部分图30

  27. 关于冰槽放在冷机的上游或下游 • 特灵教程:第三部分图33,图34和图35

  28. 上游 OR 下游？

  29. 2.2.1 乙二醇溶液蓄冷、水取冷的系统——外融冰盘管系统 • 开式水箱

  30. 间连式外融冰系统

  31. 图4 闭式外融冰系统

  32. 2.3 其他形式蓄冷系统 • 特灵教程:第二部分图25

  33. 冰晶式蓄冰系统 • 严书P94图4-41(a)(b)

  34. 3. 典型的蓄能厂家与产品 • 目前蓄能水池的设计还未标准化，蓄热对热源无特殊要求，蓄热水泵有高温要求，蓄冰泵能用乙二醇溶液 • 蓄能系统涉及的特殊产品 • 双工况冷机(蓄冰和普通制冷) • 蓄冰装置 • 板式换热器

  35. 3.1 蓄冰双工况主机 • 常见蓄冰系统多采用螺杆式冷水机组，典型厂家包括 • 顿汉布什、YORK、开利、特灵、麦克威尔 • 大型系统可采用特灵的三级离心冷机，小系统可采用活塞式冷机 • 一些普通冷机可现场改造成双工况冷机

  36. 3.2 蓄冰装置 • 静态制冰分冰盘管和封装式 • 冰盘管式：BAC和清华同方金属盘管（外融冰和内融冰）、CALMAC和FAFCO塑料盘管 • 封装式：冰球、冰板、蕊芯冰球 • 动态制冰分冰片滑落式和冰晶式 • 冰片滑落、冰晶

  37. BAC金属蛇形盘管 • 彦书P7图2-6

  38. BAC盘管组及冰槽 • 彦书P8图2-7

  39. CALMAC塑料圆形盘管

  40. FAFCO塑料U形盘管 • 严书P63图4-4

  41. FAFCO盘管组及冰槽 • 严书P64图4-5, 图4-7

  42. 法国CIAT冰球和卧式冰球罐 • 严德隆P72图4-15, P76图4-18和4-19

  43. 法国CIAT立式冰球罐

  44. CARRIER的贮冰槽 • 严书P77图4-20

  45. 美国REACTION和开利公司的冰板 • 彦书P11图2-12 • 严书P73图4-16

  46. 杭州华源公司的蕊芯冰球 • 严书P74图4-17,P79图4-22

  47. EVAPCO外融冰盘管 • 严书P87图4-30

  48. 3.3 板式换热器 • ALFA LAFA • 舒瑞普 • 京海

  49. 4. 蓄能系统的设计计算 • 以冰蓄冷系统为例说明计算过程,水蓄冷和蓄热可参考之 • 计算建筑设计日逐时负荷 • 根据逐时负荷特点，确定是否设置基载主机，并确定基载主机容量，得到除去基载负荷后的逐时负荷 • 按冷机容量最小原则确定冷机容量 • 按冷机在低谷时段可蓄存的总冷量确定冰槽容量 • 校核白天逐时取冷量能否满足负荷要求

  50. 基载冷机示意图 • 彦书P26图3-6

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