(完整版)水蓄冷技术概述
新技术专题 论文 水蓄冷技术 简述
我眼中的节能新技术——水蓄冷技术的介绍摘要：介绍了中央空调水蓄冷的含义和节能耗能的原理。
指出了该技术存在的优缺点。
关键词：中央空调蓄冷技术；节能效果；优缺点分析。
Abstract : The meanings and principle of central air- conditioning water storage were introduced. The advantages and disadvantages of the technology were pointed out.Key words :central air-conditioning water storage technology；energy efficiency effect；analysis of advantages and disadvantages。
引言：日本是一个多地震且用地紧张的国家，许多建筑物的地下基础部分采用了双层板状结构，以此增加建筑的抗震能力，而对需空调用冷的建筑可充分利用这一地下空间，将其平面分成多个隔间作为水蓄冷装置，从而发展形成串连混合型水蓄冷空调系统。
在美国等一些国家多数采用垂直分层型水蓄冷装置，属于独立的结构设施，建于建筑物外的场所，也可根据具体条件与建筑物结构设计相结合设于其地下，或利用其管竖井，楼梯间等闲置空间。
空调水蓄冷技术的含义：（1）空调水蓄冷技术的含义空调水蓄冷顾名思义就是在晚上用电谷底时，中央空调主机运行，将冷冻水蓄存起来；待白天用电高峰时，不运行空调主机，用泵将蓄存起来的冷冻水抽出，在空调系统内循环。
（2）空调水蓄冷节能降耗的实际意义空调水蓄冷技术就是利用白天用电高峰时，往往电力供应比较紧张；而晚上用电谷底时，发电厂必须保证部分机组正常运行，这时的电力又是富余的，且不能储存，如果这些电不用掉，只能浪费。
通过水蓄冷项目，把可能浪费的电力资源利用起来，在白天用电高峰时尽量减少用电，形成节能效应；晚上环境温度比较低，冷却温度也相对较低，冷水机组运行效率较白天要高；同时电力部门为错开用电高峰和谷底，对谷底用电电价给予适当优惠，从而达到降低用电费用的效果。
水蓄冷技术概述1
水蓄冷罐的串联形式
数据中心应用中，水蓄冷罐串联接入一般是用于空调系统的容灾备份， 蓄冷罐内的冷水持续流动以保证随时保有备用蓄冷量供应，蓄冷罐通 常采用承பைடு நூலகம்闭式罐形式。
水蓄冷罐的并联形式
在并联接入中，蓄冷罐既作为冷机的负荷端 （蓄冷模式），也作为末端负荷的供冷源（放 冷模式），根据不同状况切换，如下三页所示。
水蓄冷系统 大 4~6℃ 较低 较低 可利用现有系统冷源 技术要求低，运行费用较低 较高 可结合消防水池等现有建筑空间一 并使用，冬天可以作为蓄热系统使用
水蓄冷相比冰蓄冷在数据中心运用中的优势
水蓄冷系统可与原空调系统“无缝”连接，无需再额外配置蓄冷冷源或对 原系统用冷水机组进行调整； 水蓄冷系统的冷水温度与原系统的空调冷水温度相近，可考虑直接使用， 不需设额外的设备对冷水温度进行调整； 水蓄冷系统控制简单，运行安全可靠； 在出现紧急状况可及时投入使用，即可以考虑兼作容灾备份冷源使用。
实施水蓄冷的基本条件
水蓄冷和冰蓄冷的对比
项目 蓄冷槽容积 冷机冷冻水出水温度 冷机耗电 蓄冷系统初投资 蓄冷冷源 设计及运行 制冷性能系数COP 其他用途
冰蓄冷系统 小（仅为水蓄冷槽的10%~35%） 1~3℃ 较高 较高 需要能独立运行的制冰机组或双工况冷机 技术要求高，运行费用较高 低（比水蓄冷低10%~20%） 无
水蓄冷储水形式
迷宫式储水及其水路图
多水罐/水槽式储水
隔板法：类似自然分层式储水法， 在蓄水罐内部安装一个活动的柔性 膈膜或一个可移动的刚性隔板来实 现冷热水的分离，通常隔膜或隔板 为水平布置。这样的蓄水罐可以不 用散流器，但隔膜或隔板的初投资 和运行维护费用与散流器相比并不 占优势。
自然分层式储水法
水蓄冷的工作原理
水蓄冷的工作原理水蓄冷，也称水体蓄冷或水储冷)，是指通过将冷水存放于水箱等设施中，再利用水箱的大容积、面积和水的比热、密度等优点，以调节室内温度的一种节能环保技术。
水蓄冷技术可以有效降低冷却负荷，减小空调系统的功率，降低空调系统的能耗，实现节能减排的目的。
工作原理水蓄冷系统主要由储水罐、水泵、冷却器、空气处理机等组成。
其工作原理如下：1.利用低峰期的夜间或周末等时段，以低电价电能，使用制冷机组，将水温降至2℃～4℃，并将其存放于储水罐中。
2.白天高峰期，将储水罐中的冷水通过水泵输送至冷却器中，使空气处理机吸入冷水，并经过冷却器的水帘式蒸发器进行空气冷却。
同时，空气处理机通过送风系统将冷却后的空气送入室内，形成凉爽的室内环境。
3.最后，冷却过的水再回流至储水罐中，等候下一个冷水储存周期的来临。
水蓄冷技术的优势1.降低空调系统的功率，缓解电力不足的压力。
2.节约能源，缩短能源回收期，具有较高的经济效益。
3.降低室内湿度与温度，营造舒适的工作和生活环境。
4.对于高层建筑的空气处理，其效果更佳，且能够节省空间。
5.可以与其他节能设备相结合，如太阳能板、地源热泵等，增强综合效益。
水蓄冷技术的应用目前，水蓄冷技术已被广泛应用于办公楼、购物中心、超市、酒店、医院、厂房等多个领域，成为节约能源的一项重要措施。
在未来，水蓄冷技术也将成为建筑节能领域的发展方向之一，提高空调效率，降低空调能耗，同时实现可持续发展，节能减排。
结语水蓄冷技术是以水体为冷源，以调节室内温度的一种节能环保技术。
其工作原理简单易懂，应用广泛。
此外，水蓄冷技术还具有较高的经济效益和环境优势，未来更是随着节能技术的迅速发展而得到迅速普及和发展。
劳特斯水蓄冷120...
改造项目的商业模式
用户： 零投资 零风险 高回报
劳特斯新能源公司： 承担所有技术、投资、风险
16
节能效益承诺模式：建造蓄冷系统的费用由客户投 资，蓄冷节约的电费为客户所有，节能公司承担蓄 冷系统节能效益的风险。按照合用能源管理的理念 ，节能公司通过承诺节约量等方式为客户承担节能 投资风险，并通过申报世界银行/GEF中国节能促 进项目二期担保机构（中国经济技术投资担保有限 公司）实施担保，客户得以高枕无忧的实现低投入 、高回报。
劳特斯新能源公司的技术优势主要在于：1。具有国内最丰 富的自然分层水蓄冷设计经验，国内比较大的水蓄冷项目 几乎全部是由我公司技术人员完成；2。拥有多项与水蓄冷 有关的实用新型和发明专利。
11
劳特斯新能源公司简介
❖ 致力于环境工程和节能技术开发的高科技公司，主 要提供：
大温差水蓄冷空调系统及常规中央空调改造 各种合同能源（费用）管理（EMC）服务
2台
冷冻水温度5.5/11.5℃
冷却水量900m3/h
20
冷却水温度32/38℃
台
1800m3/h，30m， 1450rpm
9台
900m3/h，30m，1450rpm 2台
1200m3/h，18m， 1450rpm
9台
600m3/h，18m，1450rpm 2台
2050m3/h，50m， 1450rpm
20
6.与冰蓄冷系统比较——缺点
❖ 实际案例中，由于冰蓄冷的蓄冷设备一般在多个 蓄冷槽内实现，设备之间需留有检修通道及开盖 距离，而且冰槽内有乙二醇及预留结冰时膨胀空 间，冰蓄冷的蓄水（冰）有效空间一般只是实际 占用空间的一小部分；大温差水蓄冷系统在一个 蓄冷槽内完成全部蓄冷和放冷过程，占用空间绝 大部分是有效的蓄冷空间。具体已投运的项目表 明，大温差水蓄冷的实际占用空间只略大于冰蓄 冷的实际占用空间。
水蓄冷资料
水蓄冷资料1 水蓄冷的方法水蓄冷是利用水的显热实现冷量的储存。
因此，一个设计合理的蓄冷系统应通过维持尽可能大的蓄水温差并防止冷水与热水的混合来获得最大的蓄冷效率。
在水蓄冷技术中，关键问题是蓄冷罐的结构形式应能防止所蓄冷水与回流热水的混合。
为实现这一目的，目前常用的有以下几种方法：1.1 多蓄水罐方法将冷水的热水分别储存在不同的罐中，以保证送至负荷侧的冷水温度维持不变，多个蓄水罐有不同的连接方式，一种是空罐方式。
如图1a，它保持蓄水罐系统中总有一个罐在蓄冷或放冷循环开始时是空的。
随着蓄冷或放冷的进行，各罐依次倒空。
另一种连接方式是将多个罐串联连接或将一个蓄水罐分隔成几个相互连通的分格。
如图1b，图中示出蓄冷时的水流方向。
蓄冷时，冷水从第一个蓄水罐的底部入口进入罐中，顶部溢流的热水送至第二个罐的底部入口，依次类推，最终所有的罐中均为冷水；放冷时，水流动方向相反，冷水由第一个罐的底部流出。
回流热水从最后一个罐的顶部送入。
由于在所有的罐中均为热水在上、冷水在下，利用水温不同产生的密度差就可防止冷热水混合。
多罐系统在运行时其个别蓄水罐可以从系统中分离出来进行检修维护，但系统的管路和控制较复杂，初投资和运行维护费作较高。
1.2 迷宫法采用隔板把水蓄水槽分成很多个单元格，水流按照设计的路线依次流过每个单元格。
图2所示为迷宫式畜水罐中水流的路线。
迷宫法能较好地防止冷热水混合。
但在蓄冷和放冷过程中有一个是热水从底部进口进入或冷水从顶部进口进入。
这样易因浮力造成混合；另外，水的流速过高会导致扰动及冷热水的混合；流速过低会在单元格中形成死区，降低蓄冷系统的容量。
1.3 自然分层法利用水在不同温度下密度不同而实现自然分层。
系统组成是在常规的制冷系统中加入蓄水罐，如图3a所示。
在蓄冷循环时，制冷设备送来的冷水由底部散流器进入蓄水罐，热水则从顶部排出，罐中水量保持不变。
在放冷循环中，水流动方向相反，冷水由底部送至负荷侧，回流热水从顶部散流器进入蓄水罐。
大温差水蓄冷技术应用及经济性分析
大温差水蓄冷技术应用及经济性分析随着全球气候变化的加剧，人们对节能减排的需求日益增加。
其中，建筑节能成为当今社会的重要方向之一。
在建筑节能中，水蓄冷技术的应用越来越普遍。
本文将探讨大温差水蓄冷技术的应用及经济性分析。
一、大温差水蓄冷技术概述水蓄冷技术是指在低峰电耗时运行冷源设备，将低温水通过管道输送到建筑冷负荷空调系统中，降低建筑内部环境的温度。
其中，大温差水蓄冷技术是指利用大温差条件下的夜间空气与新风进行水的再生蓄冷，以便于白天高峰时段使用。
大温差水蓄冷技术主要包括四个部分：蓄冷设备、蓄冷媒介、管道输送系统和冷负荷端。
在夜间低峰电耗时段，通过蓄冷设备将水蓄冷至低温，再通过管道输送至冷负荷端供冷使用。
白天高峰时段，冷负荷端需要冷量时，将低温水通过制冷机组冷却至目标温度，供冷负荷使用。
1. 适用范围大温差水蓄冷技术适用于建筑物的空调系统，并且建筑物的冷负荷又相对稳定的情况下。
比如，宾馆、酒店、写字楼、商场和办公场所等建筑物。
2. 应用效果大温差水蓄冷技术的应用可以降低空调系统的能耗，将大量空调用电转化为夜间用电，达到节能降耗的目的。
据统计，采用大温差水蓄冷技术的空调系统，能够节约能耗约30%~60%，减少碳排放量和空气污染。
3. 应用前景由于大温差水蓄冷技术具有节能减排、稳定运行等优势，被广泛应用于建筑节能工程中。
未来，随着人们对绿色建筑的需求增加，大温差水蓄冷技术的应用将更加广泛。
1. 投资分析大温差水蓄冷技术的投资主要包括两个方面：蓄冷设备和配套管道输送系统。
其中，蓄冷设备投资较大，但是其使用寿命长，运行稳定可靠，可实现多年回收。
配套管道输送系统投资相对较小，但因建筑的结构和管道布局等原因，其建造难度较大。
大温差水蓄冷技术的投资回收期与建筑的冷负荷、用水量及用电成本等因素有关。
一般情况下，大温差水蓄冷技术的投资回收期较长，大约为5-10年。
但是，由于大温差水蓄冷技术的节能效果明显，对提高建筑物竞争力和品牌形象也有积极作用。
科技成果——水蓄冷空调直接供冷技术
科技成果——水蓄冷空调直接供冷技术所属类别重点节能技术。
适用范围适用于带有中央空调系统的各类建筑成果简介主要技术原理是将水蓄冷空调直接供冷系统中蓄/放冷循环与供冷循环直接连接，利用夜间低谷电价将冷量蓄存起来，在白天电价高峰时段直接供冷使用，实现电力负荷的移峰填谷9大幅降低空调系统运行费用。
关键技术1、无板换水蓄冷直接供冷三级防倒灌技术：在回水管路设置有机械防倒灌装置，通过遥控浮球阀根据蓄水池环与供冷循环的直接连接，冷冻泵与放冷泵兼用，有效降低传统蓄冷系统因板式换热器传热温差引起的冷量损耗；2、虹吸式水蓄冷节能技术：利用虹吸原理，在液体压强、大气压强的双重作用下，管道内的冷冻水在无外力作用时将保持静止，在蓄放冷泵的动能推动下，冷冻水在管道内会不停的循环流动，形成一个完整的倒U型闭式循环系统；3、非同程均流均压布水技术：首先通过多级复合型布水管路结构实现水流从主管路到布水器的均流均压分配，利用三级均流均压缓冲阀实现水体在布水管内双流道流动，有效降低流体的动压；其次采用360℃防扰动隔板式布水头贴地安装实现出低流速周向360°出水，降低水体掺混，并有效增加蓄水容积；最后通过密闭双层隔板重力流格栅的设置完成十级布水，大大降低出水对斜温层的扰动，实现斜温层厚度小于0.5m，蓄冷效率显著提升，系统能耗大大降低；4、冷冻机房智慧能源监测管理技术：结合人工智能技术、传感技术、信息融合技术及通信技术为一体，通过多学科的交叉实现冷冻机房的智能化节能控制。
工艺流程蓄冷水池与制冷主机直接连接，夜间蓄冷水池内上层的高温水被蓄冷泵泵入制冷主机制冷后形成低温水流回蓄冷水池；蓄冷水池与分集水器直接连接，白天蓄冷水池内底部的低温水被放冷泵泵入分水器中送入空调末端，释放冷量后水温升高后流回蓄冷水池上层。
主要技术指标蓄冷密度≥8kWh/m3；斜温层厚度≤0.5m；冷量利用率100%；单位冷量消耗费用≤0.1元/kWh。
技术水平该技术共授权实用新型专利6项，外观专利3项软件著作权7项。
水蓄冷
3. 散流器的布置要求
(1) 散流器及其干支管应尽可能对称布置，以确保： ✓ 散流器单位长度的水流量相等，水流速均匀，不引起槽内水
平方向的扰动 ✓ 在各种负荷情况下，散流器接管上任意点的压力恒等
（2）散流器的开口方向应当尽可能减少进水对槽内水的扰动 ✓ 顶部散流器开口向上，避免有直接向下冲击斜温层的动量 ✓ 底部散流器开口向下，避免有直接向上冲击斜温层的动量 ✓ 散流器开口一般为90~120o
上下散流器使水缓慢地流入和流出水槽， 以尽量减少紊流和扰乱斜温层。
水蓄冷系统和特性曲线
释冷过程：当斜温层开始被下部散流器抽出，释冷过程接近结束，C、A水 温依次上升，温度升高的程度取决于斜温层的质量，与散流器设计和罐 内罐壁的传热有关。
蓄冷过程：当斜温层上升至上部散流器时，出水温度逐渐下降
蓄冷效率/完善度（figure of merit, FOM）定义为蓄冷槽实际释 冷量与蓄冷槽理论可用蓄冷量之比。
缺点：
槽表面积与容积之比偏高，蓄冷的热损失增加，蓄冷下降。 有热水从底部进入或冷水从顶部进入现象，因浮力造成混乱。 流速过高，产生旋涡，导致水流扰动和冷热水混合。 流速过低，形成死区，降低系统容量。
四、隔膜式蓄冷
采用活动的柔性隔膜或可移动的刚性隔板，来上下分 离冷热水，蓄冷效率较高。
第三节 水蓄冷罐设计
散流器开口长度：水流进入蓄冷槽时开口的有效长度。 H型和八边型散流器，当直管上开口等间距时，有效长度应为所
有开口的总长度。
q Re* v LQ Q
q Re* v
h
[
g
(
(q /
i
Fr)2
a) /
/3
a
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
开式蓄冷罐的水质保障措施
开式蓄冷水罐虽然与大气接触，但只通过一透气口，与罐外空气接触面很 小，冷冻水中的含氧量变化很小，加上水罐水体量相对于原空调系统的水 量来讲大得多，只要保证初始补水水质合格，以后的水质更容易保持；
最适合自然分层的蓄水罐的形状为直立的平底圆柱体。与立方体或长方体蓄水罐相比，圆柱 体在同样的容量下，蓄冷罐的面积容量比最低，热损失就越小，单位冷量的基建投资就越低。
散流器/布水器的形式
蓄冷罐的设计要素
蓄冷罐的容积V的计算公式为：
V=3600*Q/Δt*ρ*Cp*FOM*av 其中除ρ蓄冷水密度（1000kg/m3）、Cp冷水比热容（4.18kJ/kg*℃）为定值外， 其余均为直接影响蓄冷罐最终容积的变量，如Q蓄冷量（RT）、Δt放冷回水 温度与蓄冷进水温度间的温差、FOM蓄冷罐保温效率、av蓄冷罐容积效率。
自然分层式储水的优势与技术关键
一般来说，自然分层法储水既无迷宫法容易产生用水死区导致蓄冷量减少的问题，也无隔板 法机械活动机构的故障隐患，是最简单、有效和经济的储水方法，如果设计合理，蓄冷效率 可以达到85%-95%。
自然分层式储水的技术关键在于散流器/布水器，将水平稳地引入罐中，依靠密度差而不是 惯性力产生一个沿罐底或罐顶水平分布的重力流，形成一个使冷热水混合作用尽量小、厚度 尽量薄的斜温层，要求通过散流器的进出口水流流速合理，以免造成斜温层的扰动破坏。
即使担心开式蓄冷水罐的水质保持问题，还可以采用氮气密封系统，这种 系统广泛应用于石化行业，用于隔离罐内物质免受大气氧气作用，而且普 遍都是持压罐体，所以应用在我们这种微正压的蓄冷水罐是可行的。
氮封系统原理图
通过在蓄冷罐外 立面采用结构装 饰件，除了起到 美观作用外，还 可以一定程度上 掩盖蓄冷罐的功 能性、减轻周边 人员的抵触感
水蓄冷技术概述
郭豪 2014_11_29
技术原理
利用夜间谷段电力的低电价，利用数据中心的冷水机组、冷水循环水泵、 冷却循环水泵等设备的备用机组进行工作，将储水罐中的水制冷到5℃以下， 并在白天电价较高的峰段电力期间将蓄藏的低温冷冻水释放出来供空调系统 制冷使用，对电网来说达到削峰填谷的目的，对数据中心来说达到降低电费 的目的。
实施水蓄冷的基本条件
水蓄冷和冰蓄冷的对比
项目 蓄冷槽容积 冷机冷冻水出水温度 冷机耗电 蓄冷系统初投资 蓄冷冷源 设计及运行 制冷性能系数COP 其他用途
冰蓄冷系统 小（仅为水蓄冷槽的10%~35%） 1~3℃ 较高 较高 需要能独立运行的制冰机组或双工况冷机 技术要求高，运行费用较高 低（比水蓄冷低10%~20%） 无
水蓄冷罐的串联形式
数据中心应用中，水蓄冷罐串联接入一般是用于空调系统的容灾备份， 蓄冷罐内的冷水持续流动以保证随时保有备用蓄冷量供应，蓄冷罐通 常采用承压闭式罐形式。
水蓄冷罐的并联形式
在并联接入中，蓄冷罐既作为冷机的负荷端 （蓄冷模式），也作为末端负荷的供冷源（放 冷模式），根据不同状况切换，如下三页所示。
水蓄冷系统 大 4~6℃ 较低 较低 可利用现有系统冷源 技术要求低，运行费用较低 较高 可结合消防水池等现有建筑空间一 并使用，冬天可以作为蓄热系统使用
水蓄冷相比冰蓄冷在数据中心运用中的优势
水蓄冷系统可与原空调系统“无缝”连接，无需再额外配置蓄冷冷源或对 原系统用冷水机组进行调整； 水蓄冷系统的冷水温度与原系统的空调冷水温度相近，可考虑直接使用， 不需设额外的设备对冷水温度进行调整； 水蓄冷系统控制简单，运行安全可靠； 在出现紧急状况可及时投入使用，即可以考虑兼作容灾备份冷源使用。
常规空调系统 运行原理简图
水蓄冷系统夜间 蓄冷运行原理图
水蓄冷系统白天 放冷运行原理图
பைடு நூலகம்
水蓄冷储水形式
迷宫式储水及其水路图
多水罐/水槽式储水
隔板法：类似自然分层式储水法， 在蓄水罐内部安装一个活动的柔性 膈膜或一个可移动的刚性隔板来实 现冷热水的分离，通常隔膜或隔板 为水平布置。这样的蓄水罐可以不 用散流器，但隔膜或隔板的初投资 和运行维护费用与散流器相比并不 占优势。
自然分层式储水法
板式换热器的使用
由上一页的计算公式可推算得知，当蓄冷罐一定时，蓄冷量与放冷回水温度与蓄冷 进水温度间的温差成正比关系，而采用板式换热器需要一、二次侧保证一定的温差用 于换热，假设换热器需要温差1℃，那在蓄冷罐温差普遍只有6~7℃的现状下，蓄冷量 将减少约14%；
使用板式换热器的初衷其实是为了保证水质，但开式蓄冷罐的水质也有其他办法可 以解决，因此，建议无需为了水质问题在蓄冷系统配置板式换热器；