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1、1 STL冰蓄冷空调技术介绍作者： ( 摘自江苏暖通空调制冷) 浙江杭佳制冷设备安装有限公司法国西亚特华东地区代表处一、 STL 技术概述1.能量储存以往的空调技术中，由于不能储存合理数量的冷或热能，我们不得不按峰值冷负荷来设计，选用制冷机组，尽管峰值在年运行中仅出现几天或几小时。有了能量贮存就可以先用较小容量的制冰机，贮存电网低谷段的“ 富裕、便宜 ”能源，在高峰冷负荷期间，将贮存的能量释放出来，满足负荷要求。（1）显热贮能通常考虑水作为显热介质，因为水源丰富且廉价，容积比达1.16KWh/m3，但利用水进行显热储存仅限于在大温差的情况下使用，实际使用温差为511，对于制冷系统，如果不加入防
2、冻液，水的实际容量为6KWh/m3，这意味着如果要储贮较多的能量，就必需大容量的水。（2）潜热贮能潜热的定义：物质发生相变过程中所存储或释放的热能，例如水变为冰，水变为蒸汽，这些物质发生相变时，温度恒定，在相变过程中能量（潜热）吸收和释放远大于降低或提高相为物质温度所需的能量（显热），例如水的结冰或融冰潜热力为335KJ/Kg 。潜热储能的两个显著优点：高热能密度 能量几乎在恒定的温度下释放（3）储能的应用领域在讨论潜热储冷的应和领域时，必须综合考虑以下两方面的因素； 电力部门是否有峰、平、谷段及相关的电价差和相应的储冷优惠条件。 建筑自身的空调冷负荷特性是否有可能利用夜间无冷负荷或低冷负荷进
3、的谷段廉价电力制冷、充冷、在白天负荷高峰时段释冷、供冷。一般可列入潜热储冷的典型应用场所： 民用空调领域：办公室、医院、银行、会展中心、博物馆、影剧院、商场超市、体育中心等； 过程工业：乳品厂、制药工业、制冰工业、啤酒厂等； 应急冷源：计算机房、洁净室、正在运行的剧院、电视演播室、弹药贮存等。潜热储冷系统的优点：减少制冷机组的容量；降低运行费用；提高供冷的可靠性；转移用电高峰，平衡电网用电；由于装机容量的减少，系统内相应其他设备（变压器、冷却塔等）也同比例减少，从而降低了设备维护量。2.STL 潜热储能系统的介绍（1）系统的组成STL 潜热储冷系统由充满冰球的蓄冷罐组成，蓄冷罐上部开有人孔，供
4、充装冰球之用，下部有人孔供维护或取出冰球之用，罐的进出口分别设有一个散流器，使载冷剂沿容器分层均匀扩散，载冷剂通过罐的压降为2-3 米水柱左右，压降主要来自散流器管的阻力，储冷罐内载冷剂的流动为层流，流经球的压降几乎为零，载冷剂的进口为下部散流管，以保证管内的溶液自然分层，储冷罐由普通钢板组成，标准产品试验压力4.5bar，空罐运至工地安装，若运输不便，可现场加工制作。2 冰球（储冰球）：工业与民用建筑空调常的两种类型的冰球为S00 型，直径为77mm，C00 型，直径为96mm，冰球的直径是仔细的计算和分析得出的，既满足技术要求又满足经济性，具有高效传热性，冰球的力学特性和化学特性适用于制冷
5、系统所有工况，冰球的温度变化范围为-33+27 ，冰球内充入PCM（相变物质）后，填充口采用超声波焊封死，确保良好的密封性，球壳材质对于球内储冷液和球外的载冷剂来讲均呈现中性，储冷液系专利技术，由法国和有关国家试验测试（技术报告CSTBNO.14185-194 ） 。附 S型和 C 型冰球技术性能表：冰球类型相变温度潜热 Q1 KWh/m3显热比热系数KWh/m3 换热系数KWh/m3 冰球重量kgLD5 毒性值mg/kg a工作温度固体Qss液体Qs1凝固Kver融化KvfuSN.33-3344.60.71.081.62.27242.600SN.29-28.939.30.81.151.62.
6、26811.200SN.26-26.247.60.851.21.62.27041.200SN.21-21.339.40.71.091.62.26531.300SN.18-18.347.50.91.241.62.27062.700-40SN.15-15.446.40.71.121.62.26028.400SN.12-11.747.70.751.091.62.26205.000aSN.10-10.449.90.71.071.62.261711.000SN.06-5.544.60.751.11.62.262518.000+60SN.03-2.648.30.81.21.62.259258.000SN.
7、00048.40.71.21.62.255885.000SN.00048.40.71.11.151.8556085.000SN.27+2744.50.861.041.62.28672.500注：储冷罐体积为1m3；a：符合 1981 年 5 月 12 日 OECD（经济合作和发展组织）会议的标准。LD50：为一种口服毒性物质，根据实验，当给不同的动物口服按其体重所配而得的不同剂量的LD50 ，约 50%的动物死亡。附蓄冷罐有关技术参数：体积m3外部直径D/mm总长无法兰L/mm保温外层m2进出口法兰ES/mm支架数空罐重量4.5bar载冷剂体积m329502.980104028500.7751
8、2504.2801850212501.941016005.2402980219903.881019005.61037100229005.822019007.40047125337007.773022008.258611503470011.6450250010.640891754690019.4070300010.4251062004730027.16100300014.77014725061270038.8蓄冷罐是根据设备需求制造的，根据现场可利用空间的情况，CIAT 能改变蓄冷罐的直径和长度以适应现场安装需求。3 二、 STL 系统设计STL 循环可分为两个不同的状态：蓄冷和放冷，在此过程中
9、冰球温度恒定。蓄冷状态：当通过STL 的载冷剂温度低于冰球内的盐水温度时，盐水结晶，将冷能储存起来，此时，STL 起了热交换器的作用，将冰球内储存的冷量传给载冷剂。在蓄冷放冷期间，通过STL 的载冷剂的温度在蓄冷末期变化量小，在放在冷末期变化最大。不同的运行方式将在以下的章节中介绍。1.蓄冷策略部分蓄冷是指在夜间非用电高峰期，制冷设备运行蓄存部分冷量，白天空调冷负荷由主机和蓄冷装置共同承担，一般制冷机组装机容量可减少到峰值冷负荷的3060%，见图 1。上述运行策略是指设计日负荷下的制冷机组及蓄冷装置的经济运行安排，按该冷负荷设计的系统在过渡委节往往可以按全蓄冷运行，见图2，因此设备的利用率和对
10、负荷的适应性都比较高。（2）全蓄冷全蓄冷是指利用夜间非用电高峰期，启动制冷机组进行蓄冷，满足日益总负荷的要求，该运行方式制冷机组和蓄冷装置容量较大，安装投资较高，而电费相对便宜，见图3。（3）其他蓄冷方式 分时蓄冷上述两种冰蓄冷策略是考虑充冷时无供冷负荷的运行，并未涉及充冷周期是否在电力谷段的问题，当电网采用分时计量，一天中会有某些时段内电价特别高，有些电力部门明文规定的这个时段内要求限制用电，因此可利用蓄冷装置在电力谷段蓄存冷量，而在用高峰期释放冷量（主机不开），见图 4。应急冷源必要时， STL 可以用于应急场所，当主要制冷系统出问题时，STL 可以起替代作用，STL 定期补充储存能量以弥
11、补冷耗。见图5。2.流程选择蓄冷系统的流程选择按制冷机组与蓄冷装置的相对位置不同可设计为并联或串联连接，串联连接又可以分主机上游或主机下游两种位置。流程的选择主要取决于分配系统的温差，若温差为 5或 6 （5/10或 6/12）就可以采用并联系统，若温差为 812或更大（如低温送风系统）则采用串联系统。（1）关联流程并联流程的主要特点：均衡地发挥控制冷机组和蓄冷装置的效率，取冷温差大，释冷速率高，但配管、流量分配、冷媒温度控制等较繁杂，原理图如下所示。并联流程四种运行方式：主机蓄冷；主机蓄冷同时供冷；主机、蓄冷罐融冰供冷；蓄冷单独入冷。1）主机蓄冷泵（Pd）关闭，三通阀直通管关闭，循环回路如下
12、面原理图所示，制冷机使初级回路（abcd）温度降至冰球内盐不温度以下，盐水吸收从制冷机来的冷量，发生相变，沿冰球四壁开始结晶。结晶的厚度影响冷量的传递，在此过程中传热系与冰球吸收冷量能力成比例下降。从制冷机出来的载冷剂温度会持续降低，直至在吸收（蓄冷）末期降低到最低温度。固体PCM 进一步冷却（吸收显热） ，则导致载冷剂温度急速下降。此温度的下降表明到了蓄冷末期，温度传感器关闭冷机。2）主机蓄冷同时供冷此运行工况发生在空调负荷要求低于制冰机供冷量（如早晨办公楼空调），此时泵 Pd 开始运行，三通阀根据温度传感器指令调节控制分配系统温度（efgh） ，由初级泵（ Pch）促使载冷剂一部分经三通阀
13、供给用户，一部分流经蓄冷罐机进行蓄冷，原理图如下。4 3）主机、蓄冷罐融冰供冷此运行工况发生在需冷要求高于冷机制冷量时即高峰负荷时期，泵（Pd）和泵（ Pch）同时运行，三通阀如上述进行调节，当三通阀根据温度探头（Thd）指令进行混合达不到供冷要求时，Pd 泵循环的载冷剂分为二部分。a.由泵 Pch提供流量恒定的载冷剂，流经cdab 由主机进行冷却。b.变流量的载冷剂沿（cb）方向通过STLT 系统。4）蓄冷罐单独放冷这种情况出现在用电高峰期间或全蓄冷运行模式中，用户关闭制冷机而仅用STL 系统，这种状态时，冷机由一个电子停机系统控制，关闭初级泵（Pch）和制冷机，当泵（Pch）关闭时，位于蒸
14、发器出口的关闭阀也将自动关闭，这样全部载冷剂仅流经STL 系统，原理图如下。（2）串联流程串联流程中制冷机组和蓄冷装置各提供一部分温差，使蒸发温度在合理的温差下运行，该流程运行方式不再具体说明。蓄冷装置位于上游冷媒串联先经过蓄冷装置，溶冰在较高的液温下进行，溶冰速率较快，适合于空调负荷急速变化的系统，原理图如下。主机位于上游冷媒串联先流经制冷机组，回液温度较高提高了制冷机组的设备性能，但进入蓄冷装置的液温较低，溶冰速率慢，适用于空调负荷变化缓慢的系统。三、 STL 选择计算STL 选择计算要解决以下几个问题：确定设计日逐时负荷；确定制冷机组的容量；确定冰球类型；确定蓄冷装置的容量；选择其它配套
15、设备。1.空调设计日逐时负荷常规空调系统是依据设计日峰值冷负荷选定制冷机组，而蓄冰空调系统则需要根据设计日的总负荷和蓄冷策略等而定，所以蓄冷空调设计过程中应能比较准确地提供日逐时负荷图，若设计过程中一进难以掌握，可采用系数法或平均法进行估算，具体数据见有关参考资料。2. 制冷机组容量的确定确定依据：设计日逐时负荷qi ；蓄冷策略；其中日负荷Qj=P(i) i=124 Pr=Qj/(tst*f + tpd) ；Pr- 主机制冷量（ KW ）；tst- 机组非用电高峰运行时间（H）；tpd- 机组白天运行供冷时间（H）；f- 蓄冷工况制冷量下降系数，一般考虑制冷机组蒸发温度每下降1，冷量减少3%
16、则 f=1-0.03*（T3-T2）；T3- 空调工况时蒸发器出口温度（）；T2- 制冷工况时蒸发器出口温度（）。3. 冰球类型的选择冰球的选择取决于其相变温度(Tst) 和运行工况 ,TstPc；Pc- 蓄冷工况下的主机制冷量。单位时间放冷量Pdst=V*Kvfu*Lmtd2，其中，（T4-Tst）- （T3-Tst）Lmtd2=-；In（ T4-Tst）/ （T3-Tst）Pdst- 单位时间放冷量（KW ）；Kvfu- 融化换热系数（KW/m3）；Lmtd2-放冷对数平均温差（）。在整个放冷期间，STL放冷量加上制冷机直接供冷量须大于逐时取冷负荷。6 5. 其它设备的选择辅助设备主要包括溶液泵、板式换热器三通阀、乙二醇低位膨胀水箱。其中溶液泵选择时应特别注意乙二醇溶液的密度、粘度对水的修正系数，一般考虑为按水为介质计算出的扬程乘以1.21.3 的系数，低位膨胀水箱的选择，按有关冰球蓄冷系统膨胀水箱容
