冰蓄冷系统教学PPT.ppt

第二章冰蓄冷系统 第二章冰蓄冷系统 贮能介质 蓄冷介质 水 载冷介质 载冷剂 乙二醇溶液 第二章冰蓄冷系统 一 系统分类 冰蓄冷系统 静态蓄冰系统 动态蓄冰系统 蓄冷介质在蓄冷状态时 静止不动 被冷媒冷却后结冰 随着冻结时间的延长 蓄冷介质冰层厚度越来越厚 直到达到规定厚度 停止冻结 蓄冷介质随系统流动 蓄冷时 冰晶逐渐增多 达到蓄冷的要求后完成蓄冷 释冷时冰晶逐渐减少 放出蓄存的冷量 第二章冰蓄冷系统 盘管式蓄冰系统 1 内融冰蓄冷系统2 外融冰蓄冷系统封装冰蓄冷系统 1 冰球式蓄冷系统2 冰板式蓄冷系统 静态蓄冰系统 第二章冰蓄冷系统 冰片滑落式冰晶式 动态蓄冰系统 第二章冰蓄冷系统 冰盘管式蓄冰装置是由沉浸在水槽中的盘管构成换热表面的一种蓄冰装置 在蓄冷过程中 载冷剂 一般为重量百分比25 的乙烯乙二醇水溶液 和制冷剂在盘管内循环 吸收水槽内水的热量 在盘管外表面形成冰层 使冷量以冰的形式储存起来 盘管式蓄冰系统 外部和内部融冰方式 外部溶冰方式 内部溶冰方式 冰盘管 内部融冰 一 制冰与融冰的工作过程制冰循环开始制冰时卤水 通常为乙二醇溶液 流经储冰槽内使水冻结 空调循环在空调循环时 来自用户或二次换热装置的温度较高的载冷剂仍在盘管中循环 通过盘管换热将外表面冰层自内向外逐渐融化进行取冷 优点盘管外表面融冰均匀 不易形成水流死角不需要采取搅拌措施 以促进冰的均匀融化缺点空调回水与冰间有很薄的水层 融冰换热热阻较大多采用细管 薄冰层蓄冰 冰盘管 内部融冰 结构特点 冰盘管 内部融冰 二 常见形式 主机上游的串联蓄冰系统 主机置于循环回路的上游 冰桶 主机可在较高的蒸发温度下工作 可提高主机的工作效率 仍可保证恒定的低温乙二醇出口温度 系统中水泵配置方便 水温控制效果好 四种运行工况 制冷机蓄冰 蓄冰槽融冰供冷 制冷机供冷 制冷机联合蓄冰槽共同供冷 冰盘管 内部融冰 制冷机蓄冰 冰盘管 内部融冰 制冷机供冷 冰盘管 内部融冰 蓄冰槽供冷 冷水机组停机 冰盘管 内部融冰 制冷机联合蓄冰槽供冷 通过调节v1 v2阀门来调节此处流量分配 冷水机组制冷 冰盘管 内部融冰 三 主机上游的串联蓄冰系统优点低温乙二醇出口温度稳定 可最大限度降低系统其他设备的容量 主机置于蓄冰设备上游 主机在较高的蒸发温度下工作 提高主机工作效率 降低蓄冰设备的一次投资 系统简单 结构紧凑 板式换热器换热面积及水泵的功率最小 自控系统相对简单 易于控制 并联式冰蓄冷系统 空调器 蓄冰桶 制冷机 冷却塔 冰盘管 内部融冰 四 盘管形式常见的有三种 蛇形盘管 圆筒形盘管 u形立式盘管 它们起着换热器的作用 与相应的贮槽配套 构成各种蓄冷装置 冰盘管 内部融冰 五 内融冰系统特点可以选用常规制冷设备 制冷系统制冷剂量少 不易泄漏 蓄冰桶 槽 可以完全冻结成冰 可不设置结冰厚度控制器 搅拌器 降低了故障率 并减少了用电量 融冰时 由外表面开始融冰 增加了一次传热损失 需靠增加传热面积来补偿 内融冰方式的结冰与融冰过程比较缓慢 适合空调工程 不适合工业过程使用 结冰厚度在10 49mm之间 耗电量比常规系统大 维护保养工作与常规空调系统相同 冰盘管 内部融冰 六 内融冰系统设计注意点二次冷媒为乙二醇溶液 要使用缓蚀剂 乙二醇溶液有一定的腐蚀性 二次冷媒系统应采用闭式系统乙二醇溶液为有毒物质 开式系统由于乙二醇溶液的腐蚀性 不但增加了补充乙二醇溶液工作的危险性 而且存放及管理也是一个问题 冰盘管 外部融冰 一 定义 温度较高的空调回水直接送入盘管表面结有冰层的蓄冰槽 使盘管表面的冰层自外向内逐渐融化 外融冰系统特点 优点空调回水与冰直接接触 换热效果好 取冷快不需要二次换热装置缺点蓄冰槽的蓄冰率低 蓄冰槽容积大盘管外表面结冰不均匀 易形成水流死角需要采取搅拌措施 促进冰的均匀融化 冰盘管 外部融冰 二 制冰与融冰的工作过程制冰循环开始制冰时 冰槽内充满水 低温乙二醇溶液在盘管内循环流动 吸收冰槽水的热量 此时冰水泵不动作 小空气泵在槽内制造气泡造成水流扰动 水接触到盘管逐渐冻结而结成冰 冰的厚度由设计者决定 一般约在1 1 1 2 空调循环在白天空调循环时 冰水泵运转系统水流 使水在冰槽内接触冰而降温 冰的融化使水的温度由进水温度降到出水温度 冰盘管 外部融冰 二 外融冰特点系统简单 易于生产 适于短时 大量 温度低的用冷场合 工业加工及低温送风空调系统未融的冰在充冷时会增加热阻 增大耗电量 充冷结束时 蓄冰槽中需约50 的水 不允许全部冻结成冰 融冰时需抽水 需加结冰厚度控制器或增加盘管间距 前者易出故障 后者使水槽体积增大 多占空间 需气泡鼓动或搅拌 增大了耗电量 制冷剂耗量大 考虑泄露 价格 供应等问题设计时应考虑制冷剂回油问题 维护保养费用高 冰盘管 外部融冰 三 设计注意的问题泵出口应设置止回阀 进口应设置稳压阀 避免停泵时系统水回流 使蓄冰槽水外溢 宜采用螺杆式或活塞式压缩机 若采用离心式压缩机应考虑是否适合该工况 因为单级离心式制冷压缩机压比较小 封装冰蓄冷系统 定义 封装冰蓄冷装置是将蓄冷介质 水密封在塑料容器内 并将这些容器密集地安置在密闭的金属贮槽内 或堆放在开敞的贮槽中 组成蓄冷装置 封装的塑料容器可以是球形的 板状的和带芯的球状容器 1 冰球结构2 冰板结构3 芯心冰球4 贮槽 封装冰系统 封装冰特点 冰球或冰板外部形状均匀 水流阻力最小 且均匀吸放热量 没有热传死角 球体外部为均匀圆球体 机械强度最大 适合大型储冰系统使用 尤其不冻结液 乙二醇溶液 更换时冰球不会因堆积 而挤压破裂或变形 圆球式设计 储冰槽内存放密度最高 储冰容积最大 相同储存冷量圆球式所需储冰槽最小 动态蓄冰系统 冰片滑落式 一 工作原理制冰模式运行时 分为两个工作周期 一个是制冰期 一个是收冰期 即脱冰 制冰期为10 30min 收冰期为20 60s 当冰层结至3 6mm时 开始脱冰 制冷系统通过四通阀切换控制 时间控制器反向运行 用热制冷剂加热原蒸发器 则冰层脱落 结冰 脱冰循环进行 动态蓄冰系统 冰片滑落式 二 适用场合由于释冷速率快 特别适合于尖峰用冷 而且可以用大温差的冷冻水供应低温空调系统 更有利于节省投资 如工业过程 渔业 冷冻保鲜等 动态蓄冰系统 冰晶式 一 工作原理制冷系统的蒸发器为一圆套筒式蒸发器 制冷剂在夹层内通过管内径为300mm 8 浓度的乙烯乙二醇溶液在内管内通过 达到过冷温度 冰在内侧形成 为了保持内管壁表面温度均匀 配有三台由外部电动机驱动的翼形旋转叶片的擦试机 每台负责二个筒状蒸发器 冰晶与水一起贮存在贮槽内 制冰过程在主机处 不在蓄冰桶内 使用专门的制冰机 蒸发器需特殊设计 制冷循环时 循环系统中的冰晶越来越多 因此 该系统制冷能力较小 贮槽蓄冰率约为50 动态蓄冰系统 冰晶式 二 适用场合冰水混合溶液 冰晶数量多 总换热面积大 蓄冰 融冰速度极快 适用于负荷变化极快的场合 冰蓄冷系统与一般制冷系统的对比 一般制冷电能需求的峰值问题 由于电能的大量消耗 电厂的成本越来越高在紧张时间段内 电能费用更加昂贵有时电能需求得不到满足在高峰以外时间 电力需求减少 生产过剩形成浪费 冰蓄冷系统用于消除用电高峰将空调负荷转移到峰值以外的时间选择较小的冷水机获得最佳 参差率 获得较好的投资回收率 本课小结 冰蓄冷系统类型静态 冰盘管式内融冰系统外融冰系统封装冰动态 冰片滑落式冰晶式冰蓄冷系统形式串联 主机在上游主机在下游并联 冷水机组负载 冷水机组负载系统冷量是按建筑物最高负荷设计全日制冷周期中有负荷波峰出现 即14 00 18 00之间机组的 参差率 低 为什么采用冰蓄冷系统 电能需求曲线 电能需求曲线分析 从电能需求曲线中可以看到一天中冷凉需求的高峰持续的时间并不是很长 那么为了满足最大需求冷量就要求制冷机组的制冷量达到最大需求冷量 这样就需要大制冷量的机组 而如果采用冰蓄冷系统就不需要采用那么大冷量的机组 这既节省了在制冷机组上的投资 也可使机组全天均匀平稳的运行 这一点可从以下的原理是一种看出来 原理 冷水机组在夜间离峰时段制冰储存 储存的冷量供次日空调负荷的应用 图中晚上18点到早上8点的深蓝色区域为制冰储存的冷量 早上8点到晚上18点的深蓝色区域为用储存的冰制冷的冷量 蓄冰系统分类 全蓄冰系统离峰以外时段所制成的冰或冰球 其冷量要达到次日空调负荷所需 冷水机组用于夜间制冰机组的平均负荷 冷吨 小时 小于日间制冷需求负荷 蓄冰系统分类 分量蓄冰系统主机在高峰以外时段制冰 在空调时段主机持续运转搭配储冰设备以满足设计日空调负荷需要 分量储存费用较全量储存系统经济 并可获得良好的负荷管理 冷水机组获得更低的平均负荷 冰蓄冷系统 主要冰蓄冷系统应用外部融化内部融化 内 外部融冰 外部溶冰方式 内部溶冰方式 冰盘管 外部融冰 定义 温度较高的空调回水直接送入盘管表面结有冰层的蓄冰槽 使盘管表面的冰层自外向内逐渐融化 制冰与融冰的工作过程制冰循环开始制冰时 冰槽内充满水 低温乙二醇水循环经盘管进口到出口 吸收冰槽水的热量 此时冰水泵不动作 小空气泵在槽内制造气泡造成水流扰动 水接触到盘管逐渐冻结而结成冰 冰的厚度由设计者决定 一般约在 1 1 1 2 空调循环在白天空调循环时 冰水泵运转系统水流 使水在冰槽内接触冰而降温 冰的融化使水的温度由进水温度降到出水温度 冰盘管 外部融冰 优点空调回水与冰直接接触 换热效果好 取冷快不需要二次换热装置缺点蓄冰槽的蓄冰率低 蓄冰槽容积大盘管外表面结冰不均匀 易形成水流死角需要采取搅拌措施 促进冰的均匀融化 冰盘管 内部融冰 制冰与融冰的工作过程制冰循环开始制冰时卤水 通常为乙二醇溶液 流经储冰槽内使水冻结 空调循环在空调循环时 来自用户或二次换热装置的温度较高的载冷剂仍在盘管中循环 通过盘管换热将外表面冰层自内向外逐渐融化进行取冷 冰盘管 内部融冰 优点盘管外表面融冰均匀 不易形成水流死角不需要采取搅拌措施 以促进冰的均匀融化缺点空调回水与冰间有很薄的水层 融冰换热热阻较大多采用细管 薄冰层蓄冰 冰球 制冰与融冰的工作过程制冰过程密封球体内的结冰过程适是伴随有相变的导热与自然对流的复杂换热过程 而且在实际应用中又是许多球体堆集在一个圆柱形蓄冷罐内 载冷剂从球间流过 球体也有可能在一定范围内自由移动 因此 冰球的蓄冷冷结是很复杂的三维传热问题 融冰过程相对冻结过程 冰球的融冰过程更加复杂一些 因为融冰过程球中的冰块是活动的 在发生相变的同时 冰块首府力作用上下浮动 固液相界面条件非常复杂 冰球蓄冷的特点 在蓄冰槽 因外部形状均匀 水流阻力最小 且均匀吸放热没有热传死角 球体外部为均匀为圆球体机械 强度最大 适合大型储冰传统使用 尤其不冻结液更换时冰球不因堆集 而挤压破裂或变形 圆球式设计于储冰槽内存放密度最高 储冰容积最大 相同储存冷量是圆球式所需储冰槽最小 其他制冰方式 胶囊式 在高密度容器内填充去离子水和帮助冰成核溶液混合液或pcms 相变物质 物质 外型有矩形 冰砖 等 冰球式也属于胶囊式 冰获得储冰式 又为动态储冰式或制冰滑落式冰泥 冷冻水温度控制 蓄冰系统 储冰槽释放固定等量的冷量作为主要冷源 若大楼的冷量负荷超出储冰槽所供应的冷量 由主机供应 主机仅在设计日尖峰负荷时 才满载运转 主机大部分时间在部分负荷下运行 融冰 融冰优先方式 串联流程 融冰优先方式 在空调循环过程主机为主要冷源 主机供应固定的冷量 不足时 以融冰辅助 主机优先模式下 主机在日间是不停地运转 融冰 主机优先方式 串联流程 主机优先方式 冰蓄冷系统 冰蓄冷系统的制冷主机和蓄冷装置所组成的管道系统可以