城级冰蓄冷供冷系统的研究——2016杭州少科院小组研究项目研究.pdfVIP

城市级冰蓄冷供冷系统的研究 ——2016杭州少科院小组研究项目 研究方案 冰蓄冷制冷系统是一个在西方国家已经长期使用的成熟技术。它利用制冰机在夜间利用 廉价的谷电制冰并储存 ，在有制冷需求的时段融化储存的冰为建筑降温 ，本质上是一个以水 为载体的储能系统。冰蓄冷系统的大规模应用有助于填平峰谷电差从而降低基础设施建设、 维护压力。 在美国芝加哥就建有一个可供全市三分之二空调高峰负荷需求 ；而韩国 ，大于 3000 平方米的建筑物必须将其配置成冰蓄冷系统或吸收式制冷。 冰蓄冷系统本身优点有转移峰谷电 ，减少基础设施建设成本 ；谷电环保 ；充分利用夜间 气温变化 ，提高机组产冷量 ；电费减少 ；减少建筑内管路占用空间 ；减少制冷主机的装机功 率 30%~50%等。 而城市级冰蓄冷供冷系统 旨在通过建设大型制冰站和大量运输用基础设施为城市建筑 统一供冷。与普通冰蓄冷供冷系统将热量在小范围内转移不同的 ，城市级冰蓄冷供冷系统可 以在大尺度下将热量转移到特定热受体 ，从而将建筑制冷系统这一从”产热装置“转化为热转 移装置从而可在一定程度上改善城市热岛效应 ，并且通过一定的设施规划可以在人流密集区 域大规模制冷 ，起到普通制冷系统不能起到的作用。 除此之外 ，城市级冰蓄冷系统的应用可以增加建筑内可使用面积。与北方供热系统一样 ， 在用户端只需要有简单的控制装置和相应的管路即可 ，大大节省了建筑内宝贵的空间。同时 这种系统在建设过程中的规模效应可以有效降低制冷系统的制造、安装、维护成本和环境污 染 ，尽管管道的铺设将会消耗大量资源。另外杭州具有水系丰富的特点:钱塘江流量十分巨 大 ，可以有效接受城市排放的热从而发挥该系统将热在大范围内转移的优点。 假定近钱塘江制冷站为 300 平方千米建筑区域制冷 ，每平方千米峰值电网空调负荷 3*10^6W ，全天耗电以 8小时峰值耗电计 ，各类损耗以 25%计 ，能效以 3计 ，钱塘江流 量以 1亿立方米/天计 ，则根据计算 ，则如果热量完全分散 ，钱塘江流经制冷站后温度整体 增加 0.23 度左右。 0.2 摄氏度左右的温度变化在正常天气变化范围内 ，不会造成明显后果。另考虑到钱塘 江上游正在建设的龙游核电站总功率远大于 100 万千瓦 ，该制冷站的排热问题是可以妥善 解决的。 首先通过多个途径评估计算杭州电网峰值空调耗电负荷进而得到总制冷功率 ，然后通过 城市热岛模型计算其对特定高度气温的影响。 以电网负荷直接计算 ：根据新闻报道 （1300wkW 杭州峰值用电）和学术 （35%-38%） 空调耗负荷比率 ，行业调查报告 （平均能耗比约 3.1）得到峰值制冷密度 1wkW 每平方千 米 ，若考虑到空调系统本身产热 ，则使用冰蓄冷系统后制冷密度差值为 1.32wkW 每平方 千米。 Myrup提出的简化模型在城市水平面方向均匀、由城市地表粗糙度决定的近地高度与 一远高于冠层高度的确定高度之间恒温等八个假设推出 ，能够简单定量分析城市热岛效应 ， 与本课题 目标与热模拟器设计、制作能力相符 ，故在 Myrup 简化模型所做假设的基础上进 行该估算与后续热模拟器的建设。 其建模思路为分别考察城市作为一个对象的三个散热途径 ：土壤散热、蒸腾散热和空气 散热 （红外辐射计入太阳总辐射），然后建立通过城市基本信息和气候条件描述界面热状况 的方程。 研究过程 我们建立了基于简单热模拟器对于杭州城市级冰蓄冷系统的模型 ，选取范围南至钱塘江 北至留石快速路、东至秋石快速路西至丰潭路 ，近似以模型中的一幢楼代表一个小区的楼房 ， 以温度传感器和加热原件来模拟在杭州全面布置冰蓄冷系统后杭州夏天的温度情况 ，分析城 市冰蓄冷技术在杭州城市范围的可行性 。 电子控制系统框图 制作 底图打印 基本山体搭建 电路板 （包括传感器和加热器）焊接 将电路板放置在底板上并连接线缆 连接开关电源等其他部件 3D 打印 读取温度传感器序列号 挖“钱塘江” 水泵调试 程序调试 布置房屋 覆盖保温膜 美化 打开加热器 读取传感器数据 生成热图 研究结论 在实验中按照比率减少 18.6W 加热功率——对应相应区域的总之冷功率 ，平均温度从 39.1 度降低到 37.9 度。该温度变化幅度远大于先前估算温度 ，原因有很多 ：首先使用的模 型计算得一定高