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文獻(xiàn)綜述 題 目采用冰盤管蓄冷的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 指導(dǎo)教師(職稱) 完成時(shí)間 采用冰盤管蓄冷的地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：冰蓄冷和水源熱泵是兩種截然不同的技術(shù)，兩種技術(shù)如能結(jié)合在一起，將帶來更大的節(jié)能效益。本文分析了目前國內(nèi)外地源熱泵與冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及存的問題。進(jìn)而論述了兩者聯(lián)合運(yùn)行的必要性，好處及新的趨勢。 關(guān)鍵詞：冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng) 水源熱泵 節(jié)能 1.水源熱泵技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用 1.1 國外水源熱泵發(fā)展特點(diǎn) 在國外,水源熱泵系統(tǒng)又習(xí)慣稱作閉式環(huán)路水源熱泵系統(tǒng)。60 年代開始在美國提出以后 ,經(jīng)過30年不斷改進(jìn)和發(fā)展,技術(shù)日趨成熟,其產(chǎn)品已逐漸商品化,至今已經(jīng)在北美建筑中應(yīng)用了40多年到目前為止已安裝了400 , 000多臺(tái),而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19%,其中新建筑中30%。 美國地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了美國地源熱泵協(xié)會(huì),該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣工作。美國計(jì)劃到2010年達(dá)到每年安裝40萬臺(tái)地源熱泵的目標(biāo),其中,水源熱泵占15 % ,屆時(shí)將降低溫室氣體排放1百萬噸,相當(dāng)于減少50 萬輛汽車的污染物排放或種植樹1百萬英畝,年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá)4.2億美元,此后,每年節(jié)約能源費(fèi)用再增加1.7億美元。美國的水源熱泵的研究和應(yīng)用更偏重用于住宅和商業(yè)小型系統(tǒng)(20RT 以下),多采用水-空氣系統(tǒng)。 在大型建筑方面,美國推行 WLHP 系統(tǒng),即水環(huán)熱泵系統(tǒng)。與美國的地源熱泵發(fā)展有所不同,中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地?zé)豳Y源 ,地下土壤埋盤管(埋深<400 米深)的地源熱泵,用于室內(nèi)地板輻射供及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì),為家用的供熱裝置中,地源熱泵所占比例,瑞士96%,奧地利為38% ,丹麥為27%。同時(shí),中、北歐海水源熱泵的研究和應(yīng)用也比較多。日本在進(jìn)70年代后水源熱泵的應(yīng)用和推廣走在了世界的前頭。東芝、三菱電機(jī)、PMAC 公司均有水源熱泵產(chǎn)品出售,東京、名古屋、橫濱等城市在 70年代初就有很多采用閉式環(huán)路水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的工程實(shí)例，例如新日建大廈、名古屋大廈平和東京大廈等。 1.2 國內(nèi)水源熱泵發(fā)展現(xiàn)狀 中國最早在50年代,就曾在上海、天津等地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷,天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開展了我國熱泵的最早研究,1965年研制成功國內(nèi)第一臺(tái)水冷式熱泵空調(diào)機(jī)。目前,國內(nèi)的清華大學(xué)、天津大學(xué)、重慶建筑大學(xué)、天津商學(xué)院、中國科學(xué)院廣州能源研究所等多家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都在對(duì)水源熱泵進(jìn)行研究。其中清華大學(xué)在多工況水源熱泵經(jīng)過多年的研究已形成產(chǎn)業(yè)化的成果 ,已建成數(shù)個(gè)示范工程。國內(nèi)的水源熱泵制造廠商中,清華同方人工環(huán)境設(shè)備公司、山東海陽富爾達(dá)是比較早的水源熱泵制造廠家,但目前也有相當(dāng)多的制冷空調(diào)廠家將其普通的水冷機(jī)組改造為水源熱泵。自80年代以來,我國采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的建筑也逐年增多。目前,在深圳,上海,北京以及一些中小城市均有工程實(shí)例,例如北京天安大廈、西安建國飯店、青島華僑飯店、深圳同貿(mào)大廈等均采用了閉式環(huán)路水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。北京在2008年奧運(yùn)會(huì)期間,充分利用得天獨(dú)厚的地?zé)釛l件,發(fā)揮地?zé)釡厝那鍧嵞茉磧?yōu)勢和保健作用,相繼將一些先進(jìn)的技術(shù),如地?zé)嵛菜毓?、水源熱泵等?yīng)用到地?zé)峁┡到y(tǒng)上,同時(shí)水源熱泵式中央空調(diào)已成為2008 年北京奧運(yùn)會(huì)指定選用的空調(diào)型式。在未來的幾年中,中國面臨著巨大的能源壓力。為了適應(yīng)市場要求和參加國際競爭,我們必須加快中國品牌的水源熱泵的產(chǎn)業(yè)化研究開發(fā)[1]。 1.3 水源熱泵技術(shù)的工作原理 水源熱泵技術(shù)[2]是利用地球表面淺層水源中吸收的太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。水源熱泵機(jī)組工作的大致原理是，夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取熱量。 其具體工作原理如下：在制冷模式時(shí)，高溫高壓的制冷劑氣體從壓縮機(jī)出來進(jìn)入冷凝器，制冷劑向冷卻水（地下水）中放出熱量,形成高溫高壓液體，并使冷卻水水溫升高。制冷劑再經(jīng)過膨脹閥膨脹成低溫低壓液體，進(jìn)入蒸發(fā)器吸收冷凍（建筑制冷用水）中的熱量，蒸發(fā)成低壓蒸汽，并使冷凍水水溫降低。低壓制冷劑蒸汽又進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，如此循環(huán)在蒸發(fā)器中獲得冷凍水。在制熱模式時(shí)，高溫高壓的制冷劑氣體從壓縮機(jī)出來進(jìn)入冷凝器，制冷劑向供熱水（建筑供暖用水）中放出熱量而冷卻成高壓液體，并使供熱水水溫升高。制冷劑再經(jīng)過膨脹閥膨脹成低溫低壓液體，進(jìn)入蒸發(fā)器吸收低溫?zé)嵩此ǖ叵滤┲械臒崃?，蒸發(fā)成低壓蒸汽，并使低溫?zé)嵩此疁亟档?。低壓制冷劑蒸汽又進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，如此循環(huán)在冷凝器中獲得供熱水 ??????圖1：水源熱泵機(jī)組的工作原理??????? 1.4 水源熱泵技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：(1)屬可再生能源利用技術(shù)；(2)高效節(jié)能；(3)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；(4)環(huán)境效益顯著；(5)一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣；(6)自動(dòng)運(yùn)行；(7)投資成本低；(8)維修成本低。 缺點(diǎn)：(1)制冷量較大(10kW以上)的水源熱泵空調(diào)機(jī)組，由于機(jī)組內(nèi)壓縮機(jī)的功率大，因而 聲較大，在設(shè)計(jì)安裝時(shí)要考慮一些降低噪聲的措施[4]。 (2)利用新風(fēng)比較麻煩，新風(fēng)管道必須敷設(shè)到安裝水源熱泵空調(diào)機(jī)的房間，對(duì)于要求較高的房間，如空氣凈化、加濕等有要求的房間，附加措施就更為復(fù)雜。 (3)水源熱泵空調(diào)機(jī)多數(shù)為暗裝，必須同建筑和室內(nèi)裝潢緊密配合，如空調(diào)機(jī)質(zhì)量不好，給維護(hù)帶來麻煩。 (4)因?yàn)樗礋岜每照{(diào)機(jī)系統(tǒng)是分散性的中央空調(diào)，由于機(jī)組分散，每一空調(diào)區(qū)內(nèi)的熱泵空調(diào)機(jī)均要有稍許余量，所以當(dāng)水源熱泵空調(diào)機(jī)數(shù)量較多時(shí)總用電容量可能偏高，而實(shí)際上由于安裝的水源熱泵空調(diào)機(jī)不可能同時(shí)達(dá)到最大用電量，所以實(shí)際用電量并不高。 2 冰蓄冷技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 2.1 國外冰蓄冷技術(shù)發(fā)展特點(diǎn) 自七十年代世界能源危機(jī)以來，各國政府都十分重視開發(fā)新能源與“節(jié)省能源”，促使了蓄冷技術(shù)的迅速發(fā)展。美國、加拿大、日本和歐洲一些國家率先將冰蓄冷技術(shù)引入到建筑空調(diào)系統(tǒng)里來，積極開發(fā)蓄冷設(shè)備與蓄冷系統(tǒng)，實(shí)施的工程逐年成倍增多。在日本近年來積極引進(jìn)蓄冷技術(shù)，大力開展冰蓄冷技術(shù)的研究與開發(fā)應(yīng)用，到1989年美國、日本、加拿大等國從事冰蓄冷系統(tǒng)開發(fā)和冰蓄冷專用制冷機(jī)生產(chǎn)的公司多達(dá)49家；美國提出將在1997年將空調(diào)蓄冷技術(shù)普及應(yīng)用到99%的宏偉目標(biāo)；根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)1990年北美冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的投資占當(dāng)年新增暖通空調(diào)系統(tǒng)總投資的24.2%。 2.2 國內(nèi)冰蓄冷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 我國臺(tái)灣省自1984年建成第一個(gè)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)以來，蓄冷空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展很快，由1992年33個(gè)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，到1993年為142個(gè)，到1994年就已建成225個(gè)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，總冷量高達(dá)2009000Kwh；移稼高峰用電超過52000Kw，用戶每年節(jié)省臺(tái)幣達(dá)3.1×105萬元。九十年代，我國大陸地區(qū)蓄冷技術(shù)也得到了發(fā)展，首先中電深圳工貿(mào)公司在辦公樓中應(yīng)用了法國的冰球式蓄冷系統(tǒng)，使裝機(jī)容量降低45%以上；北京西冷工程公司開發(fā)研制的有壓式齒球蓄冷器已獲國家專利并用在北京日?qǐng)?bào)社綜合樓和廣州市面上某辦公樓的空調(diào)系統(tǒng)中，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)浙江國祥制冷工業(yè)公司推出了完全結(jié)凍式冰蓄冷系統(tǒng)在浙江諸暨百貨大樓實(shí)行了國產(chǎn)大型冰儲(chǔ)冷首例中央空調(diào)系統(tǒng)，僅用一年時(shí)間就完成了設(shè)計(jì)施工任務(wù)，并于1995年8月10日調(diào)試成功投入運(yùn)行。儲(chǔ)冰蓄冷國產(chǎn)化的成功，克服了冰儲(chǔ)冷中央空調(diào)投資大的缺點(diǎn)，對(duì)推廣冰蓄冷空調(diào)事業(yè)起到很好的促進(jìn)作用。國家計(jì)委、國家經(jīng)貿(mào)委和電力工業(yè)部聯(lián)合提出到2000年將轉(zhuǎn)移1000~12000萬Kw的尖峰負(fù)荷到低谷使用，這將為國家節(jié)省150~250萬元的資金，這是節(jié)能節(jié)電中一項(xiàng)利國利民的重大創(chuàng)舉；據(jù)統(tǒng)計(jì)，就北京市面上目前擁有集中空調(diào)的賓館與寫字樓約250座，商場約50家，空調(diào)負(fù)荷約30~40萬kw，這是些負(fù)荷具有較大的冰蓄冷空調(diào)前景，即具有很大的削峰填谷的潛力，聯(lián)系到全國冰蓄冷空調(diào)的前景更加是宏偉壯觀[5]。 2.3 冰蓄冷空調(diào)原理 空調(diào)冰蓄冷技術(shù)，即是在電力負(fù)荷很低的夜間用電低谷期，采用電動(dòng)制冷機(jī)制冷，使蓄冷介質(zhì)結(jié)成冰，利用蓄冷介質(zhì)的顯熱及潛熱特性，將冷量儲(chǔ)存起來。在電力負(fù)荷較高的白天，也就是用電高峰期，使蓄冷介質(zhì)融冰，把儲(chǔ)存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)。 目前使用的幾種冰蓄冷設(shè)備有冰盤管式、凍結(jié)式、冰球式等，其蓄冷原理如下： （1）冰盤管式 冰盤管式蓄冷，是利用金屬盤管，將盤管伸入蓄冰槽內(nèi)，使冰直接結(jié)在蒸發(fā)盤管上。使用時(shí)，使中央空調(diào)回水直接沖蝕槽內(nèi)的冰，使冰融化而放出冷量。 （2）凍結(jié)式 凍結(jié)式蓄冷，是利用塑料管或金屬管，將管道伸入蓄冰槽內(nèi)，并在管內(nèi)通以冷水機(jī)組制出的低溫二次制冷劑，使蓄冰槽內(nèi)的水凍結(jié)成冰。使用時(shí)，將中央空調(diào)負(fù)荷端流回的溫度較高的乙二醇溶液通過管內(nèi)，使管外的冰融化而釋放出冷量。 （3）冰球式 冰球式蓄冷又稱容器式蓄冷，是利用不要形狀的塑膠球作容器，球內(nèi)充入一定量的水（注意不要充滿，留足水結(jié)冰時(shí)的膨脹空間）放入蓄冰槽內(nèi)，以乙二醇水溶液與球內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，使球內(nèi)的水結(jié)成冰。使用時(shí)，讓中央空調(diào)負(fù)荷端流回的溫度較高的乙醇溶液通入球內(nèi)，使冰融化而釋放冷[6]。 2.4 冰蓄冷技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)省電費(fèi)；（2）節(jié)省電力設(shè)備費(fèi)用與用電困擾；（3）蓄冷空調(diào)效率高，具有節(jié)能效果；（4）節(jié)省冷水設(shè)備費(fèi)用；（5）節(jié)省空調(diào)箱倒設(shè)備費(fèi)用；（6）除濕效果良好；（7）斷電 時(shí)利用一般功率發(fā)電機(jī)仍可保持室內(nèi)空調(diào)運(yùn)行；（8）可快速達(dá)到冷卻效果；（9）節(jié)省空調(diào)及電力設(shè)備的保養(yǎng)成本；（10）降低噪亂冷水流量與循環(huán)風(fēng)上減少，即水泵與空調(diào)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)及噪音降低；（11）使用壽命長。? 缺點(diǎn)：（1）對(duì)于冰蓄冷系統(tǒng)，其運(yùn)行效率將降低；（2）增加了蓄冷設(shè)備費(fèi)用及其占用的空間；（3）增加水管和風(fēng)管的保溫費(fèi)用；（4）冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的制冷主機(jī)性能系數(shù)（COP）要下降。 3 冰蓄冷技術(shù)與水源熱泵的巧妙結(jié)合 3.1 概述 如上所述，水源熱泵和冰蓄冷技術(shù)均起源于歐美一些發(fā)達(dá)國家，我國從20世紀(jì)90年代開始推廣這兩項(xiàng)技術(shù)。水源熱泵技術(shù)是可再生能源的開發(fā)、利用技術(shù)，它利用自然界可再生的能源，如地下水、地表水、江河湖水、工業(yè)廢水等儲(chǔ)存的大量低品位能源，通過少量電能將其轉(zhuǎn)化為高品位的能源，其能效比可達(dá)4。該技術(shù)可以大幅度降低用戶的能源使用費(fèi)用，同時(shí)也可取代鍋爐，減輕了環(huán)保壓力。冰蓄冷技術(shù)主要是為了平衡電網(wǎng)的晝夜峰谷差，在夜問電力低谷時(shí)段蓄冰設(shè)備蓄冷，在日問電力高峰時(shí)段釋冷，是電力部門削峰填谷的最佳途徑。水源熱泵技術(shù)雖然可以供暖制冷，但本身不具備削峰填谷的能力；冰蓄冷雖然可以起到削峰填谷的作用，但無法在冬季供暖。本文考慮將兩項(xiàng)技術(shù)聯(lián)合運(yùn)行，取長補(bǔ)短，進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)。 3.2 水源熱泵與冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的優(yōu)越性 通常在選擇水源熱泵機(jī)組供熱供冷時(shí)，要根據(jù)不同區(qū)域建筑物的基本負(fù)荷狀況進(jìn)行設(shè)備選擇。在我國長江流域地區(qū)，建筑物夏季的冷負(fù)荷往往大于冬季的熱負(fù)荷，而熱泵機(jī)組在額定工況下制熱量大于制冷量(通常情況下熱泵機(jī)組的制熱量是制冷量的1～1．3倍)[7]。因此，如果按照冷負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)選擇機(jī)組，勢必會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的制熱能力超出建筑物的熱負(fù)荷要求，造成機(jī)組投資和運(yùn)行費(fèi)用的浪費(fèi)；如果按照熱負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)選擇機(jī)組，則會(huì)出現(xiàn)夏季制冷量不足。此時(shí)，如果與冰蓄冷系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，就可以按照冬季熱負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)選擇機(jī)組，以冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)作補(bǔ)充。這種水源熱泵與冰蓄冷聯(lián)合運(yùn)行的復(fù)合能源形式既降低了水源熱泵系統(tǒng)的初投資，又可使用戶充分利用峰谷電價(jià)的差額降低運(yùn)行費(fèi)用；另一方面在一定程度上也可減輕采用常規(guī)能源帶來的環(huán)境壓力，為平衡電網(wǎng)負(fù)荷作出貢獻(xiàn)，可謂一舉多得。 3.3 聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 水源熱泵與冰蓄冷空調(diào)聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)主要由以下系統(tǒng)構(gòu)成：地下水／地表水換熱系統(tǒng)、三工況熱泵機(jī)組工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)、供冷供熱板式換熱器系統(tǒng)、室內(nèi)末端系統(tǒng)。在夏季電力低谷時(shí)段，熱泵機(jī)組制冷工況運(yùn)行進(jìn)行蓄冰，白天用電高峰時(shí)段釋冷。若日間冷負(fù)荷需求較小，單獨(dú)采用冰蓄冷空調(diào)供冷；若日間冷負(fù)荷需求較大，三工況機(jī)組白天運(yùn)行于空調(diào)制冷工況，由水源熱泵機(jī)組和冰蓄冷系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行供冷。冬季采用水源熱泵系統(tǒng)為室內(nèi)供熱。夏季供冷系統(tǒng)流程如圖2所示。 圖2:夏季水源熱泵與冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行流程 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)由冷卻循環(huán)、制冷循環(huán)、蓄冰循環(huán)和供冷循環(huán)四個(gè)子循環(huán)組成。其中，供冷循環(huán)又可分為三種供冷方式，即主機(jī)單獨(dú)供冷、主機(jī)與蓄冰裝置聯(lián)合供冷、蓄冰裝置單獨(dú)融冰供冷。在此運(yùn)行流程中，水源熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)冷凝器產(chǎn)生的熱量經(jīng)水側(cè)換熱器傳遞至地表(下)水側(cè)，蒸發(fā)器冷量則聯(lián)合蓄冰裝置一起供至空調(diào)末端換熱設(shè)備。夜間用電低谷期間主機(jī)蓄冰，日間用電高峰期間可不開或少開制冷主機(jī)。既可提高水源熱泵機(jī)組效率，還可利用峰谷電價(jià)差額，降低運(yùn)行費(fèi)用。 供暖期間，系統(tǒng)通過閥門切換改變載冷劑的流動(dòng)方向。水源熱泵機(jī)組仍維持與夏季相同的制冷循環(huán)，蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量經(jīng)水側(cè)換熱器傳至水中，而冷凝器產(chǎn)生的熱量供至空調(diào)末端換熱設(shè)備。即把地表(下)水經(jīng)過水源熱泵機(jī)組提高溫度后為室內(nèi)供熱。如圖3所示，系統(tǒng)由載熱循環(huán)、制冷循環(huán)和水循環(huán)三個(gè)子循環(huán)組成。 圖3:冬季水源熱泵供熱系統(tǒng)運(yùn)行流程 4 結(jié)束語 通過以上對(duì)水源熱泵與冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用及其聯(lián)合后的分析，我們可以看出采用水源熱泵與冰蓄冷結(jié)合不僅在一定程度上解決了污染問題，而且還為平衡電網(wǎng)負(fù)荷做出了貢獻(xiàn)。此外這兩項(xiàng)技術(shù)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,復(fù)合式系統(tǒng)運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)的，并且具有明顯的節(jié)能潛力。相信只要揚(yáng)長避短、優(yōu)化設(shè)計(jì),水源熱泵與冰蓄冰空調(diào)聯(lián)合構(gòu)建的復(fù)合式新型能源系統(tǒng)將具有廣闊的發(fā)展前景。 參考文獻(xiàn) [1]熱泵的現(xiàn)狀與展望[J]， 建筑熱能通風(fēng)空調(diào) ,1999 (3). 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