苏ICP备112451047180号-6
冰球蓄能空调系统设计
摘 要
蓄能空调的工作过程可以以冰蓄冷空调系统为例来说明，该系统可结合电力系统的分时电价政策，在夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将制得的冷量以冰（或其它相变材料）的形式储存起来，在白天空调负荷（电价）高峰期将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足供冷需求。与普通空调系统相比，蓄能空调系统与它最大的区别就是多了蓄能机构，这样就使得空调系统能够在电网负荷较低的时候进行压缩（制热），并将得到的冷量（热量）储存起来，在电网负荷较高的时候将储存的这部分冷量( 热量)释放出来。满足用户需求。这样不仅降低了国家电网压力，还能够节省用户运营成本。是未来空调技术发展的一个趋向。
本文对一个家用蓄能空调系统的运行过程进行了详细的介绍说明，包括循环的热力计算、压缩机、冷凝器、蒸发器、蓄冰槽的选择计算，以及一些其他辅助设备的选择。
关键词：蓄能空调、蒸发器、冷凝器、蓄冰槽
目 录
摘 要 III
Abstract IV
1.绪论 1
1.1蓄能空调技术及其发展背景 1
1.2蓄能空调工作原理 2
1.3蓄能空调优缺点分析及经济指标估算 3
1.4蓄能空调在国内外的应用状况： 4
1.5 蓄能空调的实际应用与发展趋势 5
2.热力循环计算及压缩机选型 6
2.1设计原始资料及技术条件 6
2.2循环热力计算 6
2.3初步选定压缩机类型 7
2.4有关参数计算及校核 8
3.风冷冷凝器的设计计算 10
3.1强翅片管换热器分析： 12
3.1.1 计算平均温差 12
3.1.2翅片管簇结构参数选择计算 13
4.套管式蒸发器设计计算 17
5.蓄冰槽设计 22
5.1冰球的选择 22
5.2 蓄冰槽的设计计算 23
5.3蓄冰槽隔热层设计计算 24
6 节流机构的选择计算 25
6.1 常用节流机构 25
6.2 热力膨胀阀的选用 26
6.2.1 热力膨胀阀的作用 26
6.2.2 热力膨胀阀的类型 26
6.3 热力膨胀阀的选型计算 28
6.4 热力膨胀阀的安装 28
7 附件设备选型 29
7.1电磁阀的选型 29
7.2 干燥过滤器 31
7.3 截止阀 32
7.4 轴流风机 33
7.5 储液器 36
7.6 压力控制器 37
7.7 视液镜 38
7.8 水泵 39
结束语 41
致 谢 43
参考文献 45
蓄能空调的工作原理图如上图所示：以冰蓄能空调系统为例：经压缩机压缩后排出的高温高压的制冷剂蒸汽，通过管路系统输送到翅片管式冷凝器，对其进行风冷冷却后，排出的为常温高压的制冷剂，通过管路流经贮液器和干燥过滤器，之后再通过热力膨胀阀，排出的为低温低压的制冷剂的气液混合物，通过管路输送到套管式蒸发器，制冷剂经蒸发器排出后温度升高，再进入气液分离器，之后排出的为低温低压的制冷剂蒸汽进入压缩机进行下一个循环，这是蓄能空调系统中的制冷剂循环[6]。
采用套管式蒸发器，从蒸发器的出水口流出的为冷却过的低温水溶液，经过阀门进去蓄冰槽，蓄冰槽内装冰球，能够吸收水溶液中的冷量并将其储存起来。水溶液经过蓄冰槽之后温度升高，温度升高后的水溶液再经过管路系统进入蒸发器进行下一个循环[7]。
由于该系统采用的是制冷和向用户供冷是在不同的时段进行的。对用户供冷的时候，蓄冰槽之前的结构全部处于不工作状态，蓄冰槽与蒸发器之间的阀门全部关闭，蓄冰槽与板式换热器之间的阀门开启，经过水泵的作用使常温的水溶液进入蓄冰槽，吸收冰球中储存的冷量后排出，经管路系统进入板式换热器，这样就将蓄冰槽内储存的冷量释放出来。然后再在板式换热器上接管路系统，将这部分冷量经管路系统运送至室内向用户供冷，满足用户冷负荷需求，达到在用电量低谷时期制冷，并将其储存起来，在用电量高峰期时释放冷量，满足用户冷负荷需求的目的[8]。
我国的蓄冰空调系统在1994年电力部郑州会议上正式写入国家红头文件，被列为十大节能措施之一，国家计委、电力部等部门决定实行电力供应不同的电价政策，以推动削峰和填谷的应用，缓解电力建设和新增用电的矛盾。华北电力集团首先公布峰谷电价比为4.5:1，当年在深圳电子大厦建成我国第一个冰蓄冷空调系统[11]。
1995年4月成立了全国蓄冷空调研究中心，隶属于中国节能协会。1999年改现名为中国节能协会蓄冷空调专委会。
1997年国家经贸委办公厅颁布文件“国经贸厅技[1997]298号”，其中将冰蓄冷空调作为今后的重点发展项目。11月国家发布了《中华人民共和国节约能源法》。
1998年初“全国冰蓄冷示范工程”（鲁班奖）——杭州交行正式投入运行。3月中国最早、最大的蓄能空调专用设备生产基地——法国西亚特公司杭州下沙工厂正式投产。年底国务院颁布的“国发[1998]032号”文件及华北电管局“华北电集营[1998]030号”文中更强调了“鼓励用户采用节电技术措施，鼓励用户多用低谷电，加快推广蓄冷空调等削峰填谷的技术措施”。[12]
2000年9月《蓄冷冷却设备》行业标准审查会在杭州召开。从此蓄冰空调有了规范的行业标准。
自1994年国家第一次提出发展蓄冷空调开始，各种国外蓄冰设备纷纷进入我国，其中应用较多的有美国的BAC钢制蛇形盘管式蓄冷槽、CLAMAC圆形塑料盘管式蓄冷槽及法国CLAT冰球式蓄冷槽等。到2000年已经或在建项目达到108项。[13]
（1）建立区域性蓄冷空调供冷站；
（2）建立冰蓄冷低温送风空调系统,推行蓄冰空调系统并配合低温送风（4 ～ 6℃）大大地降低能耗，有效提高空调COP 值：
（3）借鉴和引进国外先进技术并消化吸收开发新型的蓄冷、蓄热设备与材料；
（4）发展和完善蓄冷空调技术理论和工程设计方法；
（5）结合新能源（太阳能、地热能等）技术应用于楼宇建筑系统；
（6）突破户式蓄能空调技术，并与热水器结合应用于日常生活。[16]
[1]叶水泉，《蓄能空调技术及其发展》，专题研究，2000.4
[2]马建伟，《蓄能空调系统的经济性分析》，承德石油高等专科学报，2008.3第10卷
[3]叶水泉，《蓄能空调技术及其发展》，中国电力，2000.9第33卷
[4]王兴浩，《蓄能空调对低碳经济的作用和意义》，广东省高级技工学校
[5]张虎，《蓄能空调技术的应用和发展》，安徽建筑工业学院学报，2006.8第14卷
[6]白杉.周洁，《蓄能空调：一条绿色之路》，合理用能技术
[7]商妍.王占龙，《浅析蓄能空调系统及其推广应用》，科技信息
[8]《冰蓄能空调技术及其发展》，技术
[9]武新国，《蓄能空调的优化设计与经济运行》，建筑热能通风空调，2002.6
[10]仲岩.徐士鸣，《新型蓄能空调系统全年电力负荷转移力研究》，节能技术，2007.1
[11]叶水泉.陈国邦，《蓄冷空调技术及其发展》，低温工程，2001.1
[12]詹元清，《水蓄能空调系统设计实例》，暖通空调，2010.4
[13]戴兴学，《蓄能空调的应用现状与发展趋势》，日用电器，2011.10
[14]山石，《削峰填谷 蓄能备用——蓄能空调展现空调新的产品思路》，机电信息，2007.3
[15]陈在康，《推广蓄能空调应重视的几个问题》，大众用电，2002.8
[16] 亦亚,《推广蓄能空调技术 电力与环保携手同行》，大众用电，1999.6
[17]胡颂，《浅谈蓄能空调冷热源方案及其工程应用》，才智，2009.35
[18] 马道春，《蓄能空调及发展现状》，中国建设信息(供热制冷专刊)，2005.3
[19] 施寸阴，《蓄能空调的发展历程》，中国建设信息.供热制冷专刊，2004.3
[20]李丽，《蓄能空调技术应用前景广阔》，电力需求侧管理，2005.2
[21] 蒋承仕; 鲁洪波，《冰蓄能空调技术及其发展》，现代家电，2005.7
[22] 李克欣,《冰蓄能空调系统》，制冷学报，1987.2
[23] 王跃; 冯国民，《冰蓄冷及水蓄热空调系统的设计与应用》，山西建筑，2003.3
[24] 吴增辉，《简述冰蓄冷空调系统节能运行操作》，科技创新导报，2012.36
[25] 李楠; 曹红奋，《小型冰蓄冷空调研究》，真空与低温，2012.3
[26]Huei-Jiunn Chen.Sih-Li Chen，<Oumization of an ice-storage air condition system using dynamic programming method>,pplied Thermal Engineering，2005.25
[27]Yoshinari Oda. Masashi Okada,<Continuous ice formation in a tube by using water-oil emulsion for dynamic-type ice-making cold thermal energy storage>,Refigeration,2004.27
[28]Yushiyuki Kozawa. Naoki Aizawa,<Study on ice storing characteristics in dynamic-type ice storage system by using supercooled water>,Refrigeration,2005.28
[29]Sepehr Sanaye.Ali Shirazi,<Thermo-economic optimization of an ice thermal energy storage system for air-xondition applications>,Energy and Bulidings,2013.60
摘 要
蓄能空调的工作过程可以以冰蓄冷空调系统为例来说明，该系统可结合电力系统的分时电价政策，在夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将制得的冷量以冰（或其它相变材料）的形式储存起来，在白天空调负荷（电价）高峰期将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足供冷需求。与普通空调系统相比，蓄能空调系统与它最大的区别就是多了蓄能机构，这样就使得空调系统能够在电网负荷较低的时候进行压缩（制热），并将得到的冷量（热量）储存起来，在电网负荷较高的时候将储存的这部分冷量( 热量)释放出来。满足用户需求。这样不仅降低了国家电网压力，还能够节省用户运营成本。是未来空调技术发展的一个趋向。
本文对一个家用蓄能空调系统的运行过程进行了详细的介绍说明，包括循环的热力计算、压缩机、冷凝器、蒸发器、蓄冰槽的选择计算，以及一些其他辅助设备的选择。
关键词：蓄能空调、蒸发器、冷凝器、蓄冰槽
目 录
摘 要 III
Abstract IV
1.绪论 1
1.1蓄能空调技术及其发展背景 1
1.2蓄能空调工作原理 2
1.3蓄能空调优缺点分析及经济指标估算 3
1.4蓄能空调在国内外的应用状况： 4
1.5 蓄能空调的实际应用与发展趋势 5
2.热力循环计算及压缩机选型 6
2.1设计原始资料及技术条件 6
2.2循环热力计算 6
2.3初步选定压缩机类型 7
2.4有关参数计算及校核 8
3.风冷冷凝器的设计计算 10
3.1强翅片管换热器分析： 12
3.1.1 计算平均温差 12
3.1.2翅片管簇结构参数选择计算 13
4.套管式蒸发器设计计算 17
5.蓄冰槽设计 22
5.1冰球的选择 22
5.2 蓄冰槽的设计计算 23
5.3蓄冰槽隔热层设计计算 24
6 节流机构的选择计算 25
6.1 常用节流机构 25
6.2 热力膨胀阀的选用 26
6.2.1 热力膨胀阀的作用 26
6.2.2 热力膨胀阀的类型 26
6.3 热力膨胀阀的选型计算 28
6.4 热力膨胀阀的安装 28
7 附件设备选型 29
7.1电磁阀的选型 29
7.2 干燥过滤器 31
7.3 截止阀 32
7.4 轴流风机 33
7.5 储液器 36
7.6 压力控制器 37
7.7 视液镜 38
7.8 水泵 39
结束语 41
致 谢 43
参考文献 45
蓄能空调工作原理
蓄能空调的工作原理图如上图所示：以冰蓄能空调系统为例：经压缩机压缩后排出的高温高压的制冷剂蒸汽，通过管路系统输送到翅片管式冷凝器，对其进行风冷冷却后，排出的为常温高压的制冷剂，通过管路流经贮液器和干燥过滤器，之后再通过热力膨胀阀，排出的为低温低压的制冷剂的气液混合物，通过管路输送到套管式蒸发器，制冷剂经蒸发器排出后温度升高，再进入气液分离器，之后排出的为低温低压的制冷剂蒸汽进入压缩机进行下一个循环，这是蓄能空调系统中的制冷剂循环[6]。
采用套管式蒸发器，从蒸发器的出水口流出的为冷却过的低温水溶液，经过阀门进去蓄冰槽，蓄冰槽内装冰球，能够吸收水溶液中的冷量并将其储存起来。水溶液经过蓄冰槽之后温度升高，温度升高后的水溶液再经过管路系统进入蒸发器进行下一个循环[7]。
由于该系统采用的是制冷和向用户供冷是在不同的时段进行的。对用户供冷的时候，蓄冰槽之前的结构全部处于不工作状态，蓄冰槽与蒸发器之间的阀门全部关闭，蓄冰槽与板式换热器之间的阀门开启，经过水泵的作用使常温的水溶液进入蓄冰槽，吸收冰球中储存的冷量后排出，经管路系统进入板式换热器，这样就将蓄冰槽内储存的冷量释放出来。然后再在板式换热器上接管路系统，将这部分冷量经管路系统运送至室内向用户供冷，满足用户冷负荷需求，达到在用电量低谷时期制冷，并将其储存起来，在用电量高峰期时释放冷量，满足用户冷负荷需求的目的[8]。
1.4蓄能空调在国内外的应用状况：
国外蓄能空调的推广从七十年代中期开始，由于工业和科技的高速发展，人们的环保意识加强，又遇上严重的石油危机，迫使人们去多方面地考虑电能的利用，因而产生了大量的蓄冰空调系统。日本由于战败引起的经济衰退，资金紧张，90年代前主要发展水蓄能系统，近年转而大量发展冰蓄冷系统，十年来新建、改建冰蓄冷项目3000多个，电网低谷电约有45%被加以利用。韩国已经立法，3000㎡以上的公共建筑必须采用蓄冷空调系统[26]。我国的蓄冰空调系统在1994年电力部郑州会议上正式写入国家红头文件，被列为十大节能措施之一，国家计委、电力部等部门决定实行电力供应不同的电价政策，以推动削峰和填谷的应用，缓解电力建设和新增用电的矛盾。华北电力集团首先公布峰谷电价比为4.5:1，当年在深圳电子大厦建成我国第一个冰蓄冷空调系统[11]。
1995年4月成立了全国蓄冷空调研究中心，隶属于中国节能协会。1999年改现名为中国节能协会蓄冷空调专委会。
1997年国家经贸委办公厅颁布文件“国经贸厅技[1997]298号”，其中将冰蓄冷空调作为今后的重点发展项目。11月国家发布了《中华人民共和国节约能源法》。
1998年初“全国冰蓄冷示范工程”（鲁班奖）——杭州交行正式投入运行。3月中国最早、最大的蓄能空调专用设备生产基地——法国西亚特公司杭州下沙工厂正式投产。年底国务院颁布的“国发[1998]032号”文件及华北电管局“华北电集营[1998]030号”文中更强调了“鼓励用户采用节电技术措施，鼓励用户多用低谷电，加快推广蓄冷空调等削峰填谷的技术措施”。[12]
2000年9月《蓄冷冷却设备》行业标准审查会在杭州召开。从此蓄冰空调有了规范的行业标准。
自1994年国家第一次提出发展蓄冷空调开始，各种国外蓄冰设备纷纷进入我国，其中应用较多的有美国的BAC钢制蛇形盘管式蓄冷槽、CLAMAC圆形塑料盘管式蓄冷槽及法国CLAT冰球式蓄冷槽等。到2000年已经或在建项目达到108项。[13]
1.5 蓄能空调的实际应用与发展趋势
在空调行业产品日益同质化的情况下，蓄能空调具有极大的发展潜力，蓄能空调系统在我国也已有了一些成功案例，如：广州大学城区域供冷系统和亚龙湾旅游渡假区采用的冰蓄冷空调系统；济南奥林匹克中心采用的水蓄冷系统；上海世博会中国管及南京国际博览中心冰蓄冷系统等。但目前蓄能空调主要是在区域性供能系统中具有良好的应用前景，要想扩宽蓄能空调的实际应用领域，还需从以下几方面进行技术突破：（1）建立区域性蓄冷空调供冷站；
（2）建立冰蓄冷低温送风空调系统,推行蓄冰空调系统并配合低温送风（4 ～ 6℃）大大地降低能耗，有效提高空调COP 值：
（3）借鉴和引进国外先进技术并消化吸收开发新型的蓄冷、蓄热设备与材料；
（4）发展和完善蓄冷空调技术理论和工程设计方法；
（5）结合新能源（太阳能、地热能等）技术应用于楼宇建筑系统；
（6）突破户式蓄能空调技术，并与热水器结合应用于日常生活。[16]
参考文献
[1]叶水泉，《蓄能空调技术及其发展》，专题研究，2000.4
[2]马建伟，《蓄能空调系统的经济性分析》，承德石油高等专科学报，2008.3第10卷
[3]叶水泉，《蓄能空调技术及其发展》，中国电力，2000.9第33卷
[4]王兴浩，《蓄能空调对低碳经济的作用和意义》，广东省高级技工学校
[5]张虎，《蓄能空调技术的应用和发展》，安徽建筑工业学院学报，2006.8第14卷
[6]白杉.周洁，《蓄能空调：一条绿色之路》，合理用能技术
[7]商妍.王占龙，《浅析蓄能空调系统及其推广应用》，科技信息
[8]《冰蓄能空调技术及其发展》，技术
[9]武新国，《蓄能空调的优化设计与经济运行》，建筑热能通风空调，2002.6
[10]仲岩.徐士鸣，《新型蓄能空调系统全年电力负荷转移力研究》，节能技术，2007.1
[11]叶水泉.陈国邦，《蓄冷空调技术及其发展》，低温工程，2001.1
[12]詹元清，《水蓄能空调系统设计实例》，暖通空调，2010.4
[13]戴兴学，《蓄能空调的应用现状与发展趋势》，日用电器，2011.10
[14]山石，《削峰填谷 蓄能备用——蓄能空调展现空调新的产品思路》，机电信息，2007.3
[15]陈在康，《推广蓄能空调应重视的几个问题》，大众用电，2002.8
[16] 亦亚,《推广蓄能空调技术 电力与环保携手同行》，大众用电，1999.6
[17]胡颂，《浅谈蓄能空调冷热源方案及其工程应用》，才智，2009.35
[18] 马道春，《蓄能空调及发展现状》，中国建设信息(供热制冷专刊)，2005.3
[19] 施寸阴，《蓄能空调的发展历程》，中国建设信息.供热制冷专刊，2004.3
[20]李丽，《蓄能空调技术应用前景广阔》，电力需求侧管理，2005.2
[21] 蒋承仕; 鲁洪波，《冰蓄能空调技术及其发展》，现代家电，2005.7
[22] 李克欣,《冰蓄能空调系统》，制冷学报，1987.2
[23] 王跃; 冯国民，《冰蓄冷及水蓄热空调系统的设计与应用》，山西建筑，2003.3
[24] 吴增辉，《简述冰蓄冷空调系统节能运行操作》，科技创新导报，2012.36
[25] 李楠; 曹红奋，《小型冰蓄冷空调研究》，真空与低温，2012.3
[26]Huei-Jiunn Chen.Sih-Li Chen，<Oumization of an ice-storage air condition system using dynamic programming method>,pplied Thermal Engineering，2005.25
[27]Yoshinari Oda. Masashi Okada,<Continuous ice formation in a tube by using water-oil emulsion for dynamic-type ice-making cold thermal energy storage>,Refigeration,2004.27
[28]Yushiyuki Kozawa. Naoki Aizawa,<Study on ice storing characteristics in dynamic-type ice storage system by using supercooled water>,Refrigeration,2005.28
[29]Sepehr Sanaye.Ali Shirazi,<Thermo-economic optimization of an ice thermal energy storage system for air-xondition applications>,Energy and Bulidings,2013.60