蓄冷技术

蓄冷技术

随着生活水平的日益提高，空气调节作为控制建筑室内环境质量的重要技术手段得到广泛的应用。但因为耗电量大，且基本处于用电负荷峰值期，这就为蓄冷技术的应用提供了一个重要的应用领域。

一、蓄冷技术的定义

蓄冷技术是一门关于低于环境温度热量的储存和应用技术，是制冷技术的补充和调节。低于环境温度的热量通常称作冷量。人们的生活和生产活动在许多时候要用到冷量，但是，有些场合缺乏制冷设备，有些时段不能使用制冷设备就需要借助蓄冷技术解决用冷需要。简言之，即冷量的贮存。

二、蓄冷的方法

有显热蓄冷和相变潜热蓄冷两大类。如在蓄冷空调中的水蓄冷空调是显热蓄冷，冰蓄冷空调和优态盐水合物(PCM)是相变潜热蓄冷。

三、冰蓄冷系统技术

冰蓄冷是指用水作为蓄冷介质，利用其相变潜热来贮存冷量。

冰蓄冷系统技术类型主要有冰盘管式、完全冻结式、冰球式、滑落式、优态盐式、冰晶式。

1.冰盘管式蓄冷系统

冰盘管式蓄冷系统也称直接蒸发式蓄冷系统，其制冷系统的蒸发器直接放入蓄冷槽内，冰结在蒸发器盘管上。融冰过程中，冰由外向内融化，温度较高的冷冻水回水与冰直接接触，可以在较短的时间内制出大量的低温冷冻水，出水温度与要求的融冰时间长短有关。这种系统特别适合于短时间内要求冷量大、温度低的场所，如一些工业加工过程及低温送风空调系统使用。

2.完全冻结式蓄冷系统

该系统是将冷水机组制出的低温乙二醇水溶液（二次冷媒）送入蓄冰槽（桶）中的塑料管或金属管内，使管外的水结成冰。蓄冰槽可以将90%以上的水冻结成冰，融冰时从空调负荷端流回的温度较高的乙二醇水溶液进入蓄冰槽，流过塑料或金属盘管内，将管外的冰融化，乙二醇水溶液的温度下降，再被抽回到空调负荷端使用。这种蓄冰槽是内融冰式，盘管外可以均匀冻结和融冰，无冻坏的危险。这种方式的制冰率最高，可达IPF=90%以上（指槽中水90%以上冻结成冰）。生产这种蓄冰设备的厂家较多。

3.冰球式蓄冷系统

此种类型目前有多种形式，即冰球，冰板和蕊心褶囊冰球。冰球又分为园形冰球，表面有多处凹涡冰球和齿形冰球。

冰球式以法国CRISTOPIA为代表，蓄冰球外壳有高密度聚合烯烃材料制成，内注以具高凝固---融化潜热的蓄能溶液。其相变温度为0°C，分为直径77mm（S型）和95mm（C型）两种。以外径95mm冰球为例，其换热表面积为28.2ft2/RTH(0.75m2/KWH），每立方米空间可堆放1300个冰球；外径77mm冰球每立方米空间可堆放2550个冰球。冰球结构图见下左图。

--冰球结构图 ---滑落式蓄冷系统图

4.滑落式蓄冷系统

该系统的基本组成是以制冰机作为制冷设备，以保温的槽体作为蓄冷设备，制冰机安装在蓄冰槽的上方，在若干块平行板内通入制冷剂作为蒸发器。循环水泵不断将蓄冰槽中的水抽出至蒸发器的上方喷洒而下，而冰冷的板状蒸发器表面，结成一层薄冰，待冰达到一定厚度（一般在3-6. 5mm 之间）时，制冰设备中的四通阀切换，压缩机的排气直接进入蒸发器而加热板面，使冰脱落。“结冰”，“取冰”反复进行，蓄冰槽的蓄冰率为40-50%。不适合于大、中型系统。代表性厂家有美国的Turbo.Morris和Paul Mueller。其系统原理图见上右图。

5.优太盐式蓄冷系统

优态盐是一种由无机盐，即硫酸钠无化合物为主要成份，以及水和添加剂调配而成的混合物，充注在高密度聚乙烯板式容器内。

6.冰晶式蓄冷系统

该系统是将低浓度卤水溶液（通常是水和乙二醇）经冷却至冻结点温度产生千千万万个非常细小均匀的冰晶，其直径约为100μm的冰粒与水的混合物，类似一种泥浆状的液冰，可以用泵输送。

四、水蓄冷技术

以水作为蓄冷介质的水蓄冷系统它是蓄冷空调系统重要方式之一，也是能源利用，开源节流的又一种形式。

1.水蓄冷技术的分类

水蓄冷的方式主要有自然分层蓄冷、多罐式蓄冷、迷宫式蓄冷和隔膜式蓄冷。

这里以自然分层水蓄冷为例。自然分层蓄冷是一种结构简单、蓄冷效率较高、经济效益较好的蓄冷方法，目前应用得较为广泛。

自然分层水蓄冷罐的结构形式如下图4-1所示，在蓄冷罐中设置了上下两个均匀分配水流散流器，为了实现自然分层的目的，要求在蓄冷和释冷过程中，热水始终是从上部散流器流入或流出，而冷水是从下部散流器流入或流出，应尽可能形成分层水的上下平移运动。

在自然分层水蓄冷罐中，斜温层是一个影响冷热分层和蓄冷罐蓄冷效果的重要因素，它是由于冷热水间自然的导热作用而形成的一个冷热温度过渡层，它会由于通过该水层的导热、水与蓄冷罐壁面和沿罐壁的导热，并随着

储存时间的延长而增厚，从而减少实际可用蓄冷水的体积，减少可用蓄冷量，明确而稳定的斜温层能防止蓄冷罐下部冷水与上部热水的混合，蓄冷罐储存期内斜温层变化是衡量蓄冷罐蓄冷效果的主要考察指标。一般希望斜温层厚度在0.3-1.0m之间。为了防止水的流入和流出对储存冷水的影响，在自然分层水蓄冷罐中采用的散流器应使水流以较小的流速均匀地流入蓄冷罐，以减少对蓄冷罐水的扰动和对斜温层的破坏。因此，分配水流的散流器也是影响斜温层厚度变化的重要因素。

图4-1

2.水蓄冷技术的特点

（1）可以使用常规的冷水机组，也可以使用吸收式制冷机组，并使其在经济状态下运行

（2）适用于常规供冷系统的扩容和改造，可以通过不增加制冷机组容量而达到增加供冷容量的目的。

（3）可以利用消防水池、原有的蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄冷容器来降低初投资。

（4）可以实现蓄热和蓄冷的双重用途。

（5）技术要求低，维修方便，无需特殊的技术培训。

（6）水蓄冷系统是一种较为经济的储存大量冷量的方式。

五、蓄冷技术的发展

蓄冷技术是一种投资少、见效快的调荷措施,目前已成为许多经济发达国家所积极推广的一项促进能源、经济和环境协调发展的实用系统节能技术。

1.水蓄冷技术的发展

水蓄冷系统更适宜用于纬度适中的采用热泵系统的地区，可设计成作为冬季蓄热、夏季蓄冷的用途这种情况可提高水槽的利用率，它的经济性更好。

我国曾经在一些体育馆建筑采用水蓄冷空调系统，由于受常规空调进水温度为7℃,出水温度为12℃束缚,载冷体工作温升仅5℃,致使贮冷水池体积庞大,其占地面积、造价和蓄冷过程中的冷损失都相应增大，难以普及。最近几年我国某些单位和个人，对水蓄冷空调系统作了大量探索和研究，通过一些工程，拓展载冷体工作温差达8~10℃,甚至更大,使蓄冷密度由原来的5000大卡/m3提高到10000大卡/m3或更大.由此使贮冷槽容积大大减少,工程造价、传热损耗乃至载冷体输送功耗亦随之减小，则有其推广使用的价值。

2.冰蓄冷技术的发展

(1)建立区域性蓄冷空调供冷站。实践证明，区域性供冷或供热系统对节能较为有利。对于单个供冷站而言，区域供冷不仅可以节约大量初期投资和运行费用,而且减少了电力消耗及环境污染。

(2)建立与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统。冰蓄冷低温系统具有优越的

经济特性，如推行冰蓄冷空调配合低温送风，将大大降低能耗，提高COP值，使初投资比常规空调更节省，进而提高蓄冷空调系统的整体竞争力。

(3)开发新型蓄冷、蓄热介质。蓄冷技术的普遍应用要求人们去研究开发适用于空调机组，且固液相变潜热大，经久耐用的新型蓄冷材料。新型便于放置的、无腐蚀性的有机蓄冷介质也在被不断发现，如常温下胶状的可凝胶。