我国暖通空调新技术的发展和应用
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（Ice Slurry Workshop ofБайду номын сангаасIIR）
丹麦国际冰浆研究中心
（International Ice Slurry Centre of Denmark）
国际能源署
（International Energy Agency）
研究冰浆的学术机构
美国阿尔贡国家实验室 美国橡树岭国家实验室 加拿大 多伦多大学应用化学系 新西兰 西新西兰应用科计大学 丹麦科技研究院 荷兰代夫特大学机械系 瑞典皇家技术学院 英国埃克塞特大学机械系 日本东京工业大学
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
冰粒子微观示意
冰晶粒子融冰过程
蓄冰槽
融冰过程中的冰粒子
Ice Slurry制取方式
几 种 冰 浆 制 取 原 理
冰浆制取
美国Paul Mueller Company公司冰浆机制取冰浆的过程
过冷却（热交换）器
实验系统图
实验目的：
获得便捷，高效 节能和环保的 动态制冰装置
过冷却器
过冷水
过冷解除
蓄冰 槽
实验系统图片
三个循环 介质 •制冷循环 R22 •载冷剂循环 氯化钙溶液 •制冰循环 乙二醇溶液
载冷剂及温控系统
载冷剂
载冷剂桶
可调加热温控装置
压缩机电压调幅装置
制冷压缩机
可调节电压 150-300v
过冷水冰浆制取的原理
过冷现象：
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 后，由于晶核形成，冰晶迅速长大。
水的过冷特性曲线
实验构想：
采取某些措施，防止过冷水过早的 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。
过冷水中冰晶的形成过程
冰浆制取过程原理
冰浆制取过程
（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
在冷却速率相同的情况下， 流速越大，出口最大过冷度 越小，温度出现突变所需的 时间与流速几乎成正比 在相同的冷却速率时，流 速较小，温度突变的时刻也 会提前 综合考虑流速与冷却速率 的影响，可以认为冷却速率 对过冷器管内冻结影响最大。
• • •
（2）添加抗冻剂 在过冷水消除过冷形成冰晶时，冰晶长大并发生二次结晶现象， 为了防止冰晶尺寸过大，影响冰浆低温蓄冷的能力，必须采取 措施阻止冰晶的再生长。 使用抗冻蛋白如（AFP-I）可以有效的阻止冰浆的再结晶现象， 提高冰浆的可流动性能
•
•
过冷器管内防冻结策略
（3）消除结晶核
均匀成核,要求有较大的过冷度。对比异质成核,所要求的过冷度 比均匀成核要小得多，因此，消除晶核与杂质粒子，可以降低异质 成核的可能性，提高水的过冷度。
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。 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
武汉地区蓄冷工程
武汉国际会展中心（冰盘管蓄冷）湖北出版文化城（冰球蓄冷）
进口温度对过冷度的影响
在过冷器出口液体达 到过冷状态时，进出 口温差较大，乙二醇 为1℃，自来水甚至接 近2℃ 当管内出现冻结，温 度突变后，温差才明 显变小 进口温度太高，出口 的过冷度不可能太大
进口温度
出口温度
乙二醇溶液进出口温度变化曲线
冷却速率对管内冻结的影响
冷却速率越大，过冷持续 时间越短，但过冷器出口 最大过冷度相差不大。 如果冷却速率太高，壁面 温度梯度太大，过冷水极 容易过早消除过冷状态， 在管内形成冰晶，而冰晶 的形成又进一步诱发管内 大量晶核的形成从而产生 管内冻结。
华美达酒店（冰球蓄冷）
武汉科技会展中心（冰球蓄冷） 湖北剧场（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
冰蓄冷与常规电制冷的经济性分析
江苏地区分时电价
冰蓄冷优势： 冷水机组容量降低38％ 空调设备功率减少27％ 年运行费用节省37.1万元
冰浆（Ice Slurry）
冰浆制取
日 本 东 洋 制 作 所 开 发 的 冰 浆 系 统
冰浆用途
果品冷藏
水产品冷藏
水产品冷藏运输
工艺快速冷却
低温环境与灭火
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 冰浆发生器
空调建筑物
蓄冰室（1）
蓄冰室（2）
冰浆空调系统应用示例
北京嘉里中心酒店（Maximice冰浆技术） 商贸综合楼（韩国，sunwell冰浆技术）
纯 净 水 的 出 口 温 度 乙 二 醇 溶 液 出 口 温 度
过冷器管内防冻结策略
（1）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， 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 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 材料。
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。 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。
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 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 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 CFD技术和消防性能化设计 制冷空调设备的新技术应用
温度数据采集系统
采集系统结构图
温度一次显示仪表
显示屏上系统温度实时监测（1）
显示屏上系统温度实时监测（2）
过冷却（热交换）器
热交换原理
过冷却器图片
过冷水及冰浆制取
冰浆生成（实验结果）
纯净水过冷生成的冰晶
乙醇溶液溶液（7%）过冷生成的冰晶
乙二醇溶液（6%）过冷生成的冰浆
自来水过冷生成的冰山
系统稳定性分析
（4）减小管内温度梯度
流动处于湍流区，扰动增加，换热系数较大，使得流体温度场均 匀，避免管内冻结。由于管壁温度较低，管内边界层低温区转移到 中心区域，而周围溶液的温度要高，因此，形成的晶核无法长大形 成冰晶，而只能以晶核的形式存在与溶液中，且晶核向缩小的方向 发展，因此可以采用机械搅拌装置。
The end Thank you for your attention!
京都火车战（日本，高砂热学过冷水技术）
冰浆技术应用优势
巨大的相变潜热 ，并可利用低温显热
（冰的融解热335kJ/kg，水的比热容 4.18kJ/kg･℃）
较好的流动性，可泵送至任何地方 融冰释冷速度，热响应速度快 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
国际制冷学会冰浆研究会
过冷器出口温度的变化曲线 冰 堵 中 柱 状 冰 条 冰堵分析
过冷器冰堵模型
1)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 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。 2)由于液体响应相变速率较慢，管中心液体 会出现过冷现象。 3)实验中由于液体含有较多杂质粒子，而且 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。
丹麦国际冰浆研究中心
（International Ice Slurry Centre of Denmark）
国际能源署
（International Energy Agency）
研究冰浆的学术机构
美国阿尔贡国家实验室 美国橡树岭国家实验室 加拿大 多伦多大学应用化学系 新西兰 西新西兰应用科计大学 丹麦科技研究院 荷兰代夫特大学机械系 瑞典皇家技术学院 英国埃克塞特大学机械系 日本东京工业大学
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
冰粒子微观示意
冰晶粒子融冰过程
蓄冰槽
融冰过程中的冰粒子
Ice Slurry制取方式
几 种 冰 浆 制 取 原 理
冰浆制取
美国Paul Mueller Company公司冰浆机制取冰浆的过程
过冷却（热交换）器
实验系统图
实验目的：
获得便捷，高效 节能和环保的 动态制冰装置
过冷却器
过冷水
过冷解除
蓄冰 槽
实验系统图片
三个循环 介质 •制冷循环 R22 •载冷剂循环 氯化钙溶液 •制冰循环 乙二醇溶液
载冷剂及温控系统
载冷剂
载冷剂桶
可调加热温控装置
压缩机电压调幅装置
制冷压缩机
可调节电压 150-300v
过冷水冰浆制取的原理
过冷现象：
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 后，由于晶核形成，冰晶迅速长大。
水的过冷特性曲线
实验构想：
采取某些措施，防止过冷水过早的 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。
过冷水中冰晶的形成过程
冰浆制取过程原理
冰浆制取过程
（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
在冷却速率相同的情况下， 流速越大，出口最大过冷度 越小，温度出现突变所需的 时间与流速几乎成正比 在相同的冷却速率时，流 速较小，温度突变的时刻也 会提前 综合考虑流速与冷却速率 的影响，可以认为冷却速率 对过冷器管内冻结影响最大。
• • •
（2）添加抗冻剂 在过冷水消除过冷形成冰晶时，冰晶长大并发生二次结晶现象， 为了防止冰晶尺寸过大，影响冰浆低温蓄冷的能力，必须采取 措施阻止冰晶的再生长。 使用抗冻蛋白如（AFP-I）可以有效的阻止冰浆的再结晶现象， 提高冰浆的可流动性能
•
•
过冷器管内防冻结策略
（3）消除结晶核
均匀成核,要求有较大的过冷度。对比异质成核,所要求的过冷度 比均匀成核要小得多，因此，消除晶核与杂质粒子，可以降低异质 成核的可能性，提高水的过冷度。
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。 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
武汉地区蓄冷工程
武汉国际会展中心（冰盘管蓄冷）湖北出版文化城（冰球蓄冷）
进口温度对过冷度的影响
在过冷器出口液体达 到过冷状态时，进出 口温差较大，乙二醇 为1℃，自来水甚至接 近2℃ 当管内出现冻结，温 度突变后，温差才明 显变小 进口温度太高，出口 的过冷度不可能太大
进口温度
出口温度
乙二醇溶液进出口温度变化曲线
冷却速率对管内冻结的影响
冷却速率越大，过冷持续 时间越短，但过冷器出口 最大过冷度相差不大。 如果冷却速率太高，壁面 温度梯度太大，过冷水极 容易过早消除过冷状态， 在管内形成冰晶，而冰晶 的形成又进一步诱发管内 大量晶核的形成从而产生 管内冻结。
华美达酒店（冰球蓄冷）
武汉科技会展中心（冰球蓄冷） 湖北剧场（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
冰蓄冷与常规电制冷的经济性分析
江苏地区分时电价
冰蓄冷优势： 冷水机组容量降低38％ 空调设备功率减少27％ 年运行费用节省37.1万元
冰浆（Ice Slurry）
冰浆制取
日 本 东 洋 制 作 所 开 发 的 冰 浆 系 统
冰浆用途
果品冷藏
水产品冷藏
水产品冷藏运输
工艺快速冷却
低温环境与灭火
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 冰浆发生器
空调建筑物
蓄冰室（1）
蓄冰室（2）
冰浆空调系统应用示例
北京嘉里中心酒店（Maximice冰浆技术） 商贸综合楼（韩国，sunwell冰浆技术）
纯 净 水 的 出 口 温 度 乙 二 醇 溶 液 出 口 温 度
过冷器管内防冻结策略
（1）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， 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 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 材料。
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。 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。
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 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 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 CFD技术和消防性能化设计 制冷空调设备的新技术应用
温度数据采集系统
采集系统结构图
温度一次显示仪表
显示屏上系统温度实时监测（1）
显示屏上系统温度实时监测（2）
过冷却（热交换）器
热交换原理
过冷却器图片
过冷水及冰浆制取
冰浆生成（实验结果）
纯净水过冷生成的冰晶
乙醇溶液溶液（7%）过冷生成的冰晶
乙二醇溶液（6%）过冷生成的冰浆
自来水过冷生成的冰山
系统稳定性分析
（4）减小管内温度梯度
流动处于湍流区，扰动增加，换热系数较大，使得流体温度场均 匀，避免管内冻结。由于管壁温度较低，管内边界层低温区转移到 中心区域，而周围溶液的温度要高，因此，形成的晶核无法长大形 成冰晶，而只能以晶核的形式存在与溶液中，且晶核向缩小的方向 发展，因此可以采用机械搅拌装置。
The end Thank you for your attention!
京都火车战（日本，高砂热学过冷水技术）
冰浆技术应用优势
巨大的相变潜热 ，并可利用低温显热
（冰的融解热335kJ/kg，水的比热容 4.18kJ/kg･℃）
较好的流动性，可泵送至任何地方 融冰释冷速度，热响应速度快 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
国际制冷学会冰浆研究会
过冷器出口温度的变化曲线 冰 堵 中 柱 状 冰 条 冰堵分析
过冷器冰堵模型
1)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 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。 2)由于液体响应相变速率较慢，管中心液体 会出现过冷现象。 3)实验中由于液体含有较多杂质粒子，而且 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。