我国暖通空调新技术.ppt

1、我国暖通空调新技术的发展和应用 陈焰华武汉市建筑设计院Wuhan Architectural Design Institute报告内容引言引言空调水系统变频变流量技术空调水系统变频变流量技术蓄冷蓄热、低温送风和大温差技术蓄冷蓄热、低温送风和大温差技术区域冷热电联供和分布式能源技术区域冷热电联供和分布式能源技术地源热泵等舒适节能空调技术地源热泵等舒适节能空调技术CFDCFD技术和消防性能化设计技术和消防性能化设计制冷空调设备的新技术应用制冷空调设备的新技术应用蓄冷空调简介空调蓄冷利用分时电价的不同，贮存电网低谷时段的“便宜的能源”，在需要冷量的峰值时段，将贮存的冷量释放出来以满足空调负荷的要求。

2、以蓄冷介质区分，有水蓄冷,冰蓄冷和共晶盐蓄冷三种方式。蓄冷空调日负荷蓄冷空调日负荷武汉地区蓄冷工程华美达酒店华美达酒店（冰球蓄冷）（冰球蓄冷）武汉国际会展中心武汉国际会展中心（冰盘管蓄冷）（冰盘管蓄冷）湖北出版文化城湖北出版文化城（冰球蓄冷）（冰球蓄冷）武汉科技会展中心武汉科技会展中心（冰球蓄冷）（冰球蓄冷）湖北剧场湖北剧场（水蓄冷）（水蓄冷）冰蓄冷与常规电制冷的经济性比较(示例)江苏广播电视综合大楼工程概况江苏广播电视综合大楼工程概况江苏地区分时电价江苏地区分时电价冰蓄冷与常规电制冷的经济性分析冰蓄冷与常规电制冷的经济性分析冰蓄冷优势：冰蓄冷优势：冷水机组容量降低冷水机组容量降低3838空调

3、设备功率减少空调设备功率减少2727年运行费用节省年运行费用节省37.137.1万元万元冰浆冰浆（Ice Slurry）冰浆是含有悬浮冰粒子的固液两相溶液，也称流体冰，二元冰。其中冰粒子颗粒为毫米至厘米级。通常为了降低凝固点加入醇类和盐类抑制剂。冰浆微观形态冰浆微观形态冰粒子微观示意冰晶粒子融冰过程冰晶粒子融冰过程融冰过程中的冰粒子融冰过程中的冰粒子蓄冰槽蓄冰槽Ice Slurry制取方式制取方式几种冰浆制取原理冰浆制取冰浆制取美国美国Paul Mueller CompanyPaul Mueller Company公司冰浆机制取冰浆的过程公司冰浆机制取冰浆的过程冰浆制取冰浆制取日日本本东东洋洋

4、制制作作所所开开发发的的冰冰浆浆系系统统冰浆用途冰浆用途果品冷藏果品冷藏水产品冷藏水产品冷藏水产品冷藏运输水产品冷藏运输工艺快速冷却工艺快速冷却低温环境与灭火低温环境与灭火超市食品冷藏超市食品冷藏冰浆空调系统典型的冰浆系统冰浆空调系统系统结构示意系统结构示意空调建筑物空调建筑物冰浆发生器冰浆发生器蓄冰室蓄冰室（1）蓄冰室蓄冰室（2）冰浆空调系统应用示例冰浆空调系统应用示例北京嘉里中心酒店北京嘉里中心酒店（Maximice冰浆技术）冰浆技术）商贸综合楼商贸综合楼（韩国，（韩国，sunwell冰浆技术）冰浆技术）京都火车战京都火车战（日本，高砂热学过冷水技术）（日本，高砂热学过冷水技术）冰浆技术应

5、用优势冰浆技术应用优势w巨大的相变潜热，并可利用低温显热（冰的融解热（冰的融解热335kJ/kg，水的比热容水的比热容 4.18kJ/kg）w较好的流动性，可泵送至任何地方w融冰释冷速度，热响应速度快w采用蓄冷策略，减少系统运行费用，增强供冷的可靠性国外研究机构国外研究机构w国际制冷学会冰浆研究会（Ice Slurry Workshop of IIR）w丹麦国际冰浆研究中心（International Ice Slurry Centre of Denmark）w国际能源署（International Energy Agency）研究冰浆的学术机构w美国阿尔贡国家实验室 w美国橡树岭国家实验室

6、w加拿大 多伦多大学应用化学系 w新西兰 西新西兰应用科计大学 w丹麦科技研究院 w荷兰代夫特大学机械系 w瑞典皇家技术学院 w英国埃克塞特大学机械系 w日本东京工业大学过冷水冰浆制取的原理过冷水冰浆制取的原理水的过冷特性曲线水的过冷特性曲线过冷水中冰晶的形成过程过冷水中冰晶的形成过程过冷现象：过冷现象：水溶液在冷却时，最初温度逐渐下降，水溶液在冷却时，最初温度逐渐下降，容易产生过冷现象，达到一定过冷度容易产生过冷现象，达到一定过冷度后，由于晶核形成，冰晶迅速长大。后，由于晶核形成，冰晶迅速长大。实验构想：实验构想：采取某些措施，防止过冷水过早的采取某些措施，防止过冷水过早的消除过冷态，而在蓄

7、冰槽中消除过消除过冷态，而在蓄冰槽中消除过冷，冰晶就会在蓄冰槽中连续生成冷，冰晶就会在蓄冰槽中连续生成。冰浆制取过程原理冰浆制取过程原理冰浆制取过程冰浆制取过程过冷却（热交换）器过冷却（热交换）器实验系统图过冷水过冷却器蓄冰槽过冷解除实验目的：实验目的：获得便捷，高效获得便捷，高效节能和环保的节能和环保的动态制冰装置动态制冰装置实验系统图片 三个循环三个循环 介质介质制冷循环制冷循环 R22载冷剂循环载冷剂循环 氯化钙溶液氯化钙溶液制冰循环制冰循环 乙二醇溶液乙二醇溶液载冷剂及温控系统载冷剂桶载冷剂桶载冷剂载冷剂可调加热温控装置可调加热温控装置压缩机电压调幅装置可调节电压可调节电压150-30

8、0150-300v v制冷压缩机制冷压缩机温度数据采集系统温度数据采集系统采集系统结构图采集系统结构图温度一次显示仪表温度一次显示仪表显示屏上系统温度实时监测显示屏上系统温度实时监测（1 1）显示屏上系统温度实时监测显示屏上系统温度实时监测（2 2）过冷却（热交换）器过冷却（热交换）器过冷却器图片过冷却器图片热交换原理热交换原理过冷水及冰浆制取过冷水及冰浆制取 冰浆生成冰浆生成（实验结果）（实验结果）纯净水过冷生成的冰晶纯净水过冷生成的冰晶乙醇溶液溶液（乙醇溶液溶液（7%）过冷生成的冰晶）过冷生成的冰晶乙二醇溶液（乙二醇溶液（6%）过冷生成的冰浆）过冷生成的冰浆自来水过冷生成的冰山自来水过冷生

9、成的冰山系统稳定性分析过冷器出口温度的变化曲线过冷器出口温度的变化曲线过冷器冰堵模型过冷器冰堵模型冰冰堵堵中中柱柱状状冰冰条条1)1)管壁温度较低，溶液经过圆形管道后，温管壁温度较低，溶液经过圆形管道后，温度逐渐降低，如左图，前段液体温度高于对度逐渐降低，如左图，前段液体温度高于对应的凝固温度，而后段壁面温度达到冰点，应的凝固温度，而后段壁面温度达到冰点，溶液会在壁面附着，形成冰层。溶液会在壁面附着，形成冰层。2)2)由于液体响应相变速率较慢，管中心液体由于液体响应相变速率较慢，管中心液体会出现过冷现象。会出现过冷现象。3)3)实验中由于液体含有较多杂质粒子，而且实验中由于液体含有较多杂质粒子

10、，而且壁面条件利于冰晶的形成，故过冷水实验中壁面条件利于冰晶的形成，故过冷水实验中容易出现图中的冰堵现象。容易出现图中的冰堵现象。冰堵分析冰堵分析实验结果分析影响系统稳定运行的主要因素杂质粒子对系统稳定运行的影响进口温度对过冷度的影响冷却速率对管内冻结的影响流动速率对管内冻结的影响杂质粒子的影响杂质粒子的影响w杂质粒子的存在，在一定程度上起到了成核剂的作用。由于过冷器中壁面附近温度梯度较大，而异质成核要求的过冷度要比均质成核低很多，所以，冰晶和杂质粒子进入过冷器，极容易诱发管内大量的冰晶形成，从而造成管内冻结。w实验发现，在蓄冰槽底部增加冰晶过滤装置，能够大大提高系统稳定运行的时间。在蓄冰槽底

11、部回水口设置标准筛（200目）后，出口过冷度变大，过冷段维持的时间也相应变长。进口温度对过冷度的影响进口温度对过冷度的影响w在在过过冷冷器器出出口口液液体体达达到到过过冷冷状状态态时时，进进出出口口温温差差较较大大，乙乙二二醇醇为为11，自自来来水水甚甚至至接接近近22w当当管管内内出出现现冻冻结结，温温度度突突变变后后，温温差差才才明明显变小显变小w进进口口温温度度太太高高，出出口口的过冷度不可能太大的过冷度不可能太大乙二醇溶液进出口温度变化曲线乙二醇溶液进出口温度变化曲线 进口温度出口温度冷却速率对管内冻结的影响冷却速率对管内冻结的影响w冷却速率越大，过冷持续冷却速率越大，过冷持续时间越短

12、，但过冷器出口时间越短，但过冷器出口最大过冷度相差不大。最大过冷度相差不大。w如果冷却速率太高，壁面如果冷却速率太高，壁面温度梯度太大，过冷水极温度梯度太大，过冷水极容易过早消除过冷状态，容易过早消除过冷状态，在管内形成冰晶，而冰晶在管内形成冰晶，而冰晶的形成又进一步诱发管内的形成又进一步诱发管内大量晶核的形成从而产生大量晶核的形成从而产生管内冻结。管内冻结。（自来水）不同冷却速率下过冷器出口温度（自来水）不同冷却速率下过冷器出口温度 流动速率对管内冻结的影响流动速率对管内冻结的影响w在在冷冷却却速速率率相相同同的的情情况况下下，流流速速越越大大，出出口口最最大大过过冷冷度度越越小小，温温度度

13、出出现现突突变变所所需需的的时间与流速几乎成正比时间与流速几乎成正比w在在相相同同的的冷冷却却速速率率时时，流流速速较较小小，温温度度突突变变的的时时刻刻也也会提前会提前w综综合合考考虑虑流流速速与与冷冷却却速速率率的的影影响响，可可以以认认为为冷冷却却速速率率对过冷器管内冻结影响最大对过冷器管内冻结影响最大。纯纯净净水水的的出出口口温温度度乙乙二二醇醇溶溶液液出出口口温温度度过冷器管内防冻结策略过冷器管内防冻结策略（1 1）换热器基底壁面处理换热器基底壁面处理表面处理的目的是为了提高冰晶与基底材料之间的表面能垒，表面处理的目的是为了提高冰晶与基底材料之间的表面能垒，使得晶核不容易在壁面产生。

14、使得晶核不容易在壁面产生。壁面处理一般方法：金属壁面电解抛光；精加工提高表面的光壁面处理一般方法：金属壁面电解抛光；精加工提高表面的光滑度；采用特殊的壁面涂层材料。滑度；采用特殊的壁面涂层材料。涂层材料可以采用聚四氟乙烯、酚醛树脂、清漆和其他高分子涂层材料可以采用聚四氟乙烯、酚醛树脂、清漆和其他高分子材料。材料。（2 2）添加抗冻剂添加抗冻剂在在过过冷冷水水消消除除过过冷冷形形成成冰冰晶晶时时，冰冰晶晶长长大大并并发发生生二二次次结结晶晶现现象象，为为了了防防止止冰冰晶晶尺尺寸寸过过大大，影影响响冰冰浆浆低低温温蓄蓄冷冷的的能能力力，必必须须采采取取措施阻止冰晶的再生长。措施阻止冰晶的再生长。

15、使使用用抗抗冻冻蛋蛋白白如如（AFP-IAFP-I）可可以以有有效效的的阻阻止止冰冰浆浆的的再再结结晶晶现现象象，提高冰浆的可流动性能提高冰浆的可流动性能过冷器管内防冻结策略过冷器管内防冻结策略（3 3）消除结晶核）消除结晶核 均均匀匀成成核核,要要求求有有较较大大的的过过冷冷度度。对对比比异异质质成成核核,所所要要求求的的过过冷冷度度比比均均匀匀成成核核要要小小得得多多，因因此此，消消除除晶晶核核与与杂杂质质粒粒子子，可可以以降降低低异异质质成成核的可能性，提高水的过冷度。核的可能性，提高水的过冷度。（4 4）减小管内温度梯度）减小管内温度梯度 流流动动处处于于湍湍流流区区，扰扰动动增增加加

16、，换换热热系系数数较较大大，使使得得流流体体温温度度场场均均匀匀，避避免免管管内内冻冻结结。由由于于管管壁壁温温度度较较低低，管管内内边边界界层层低低温温区区转转移移到到中中心心区区域域，而而周周围围溶溶液液的的温温度度要要高高，因因此此，形形成成的的晶晶核核无无法法长长大大形形成成冰冰晶晶，而而只只能能以以晶晶核核的的形形式式存存在在与与溶溶液液中中，且且晶晶核核向向缩缩小小的的方方向向发发展展，因此可以采用机械搅拌装置。因此可以采用机械搅拌装置。The end The end Thank you for your attention!Thank you for your attention!