以氨-水溶液为工质的制冷/制热潜能储存系统特性研究

    0　引　言

    空调用电主要集中在室外气温较高的白天及傍晚时段,这使得原本已是波浪型电力负荷的高峰时段负荷激增,高峰与低谷间的电力负荷差增大.这种不断增加着的电 力负荷差给电网安全、合理和经济运行带来很大麻烦,仅靠电网调度来满足昼夜电力需求变化已经非常困难.而昼夜蓄能调荷技术可以缓解或部分解决由于制冷、空 调负荷集中所产生的电力负荷失衡问题[1～3].

    目前所采用或正在研究的蓄冷技术均以直接储存由电能转换得到的冷能的方式进行,主要用于空调,对于需要更低温度冷能的工业和商业应用还无能为力.作为一种 新的蓄能方式——制冷/制热潜能储存技术有着其他蓄能技术无法比拟的优点[4].此蓄能技术并非直接储存冷能,而是将各种能量转换成工作溶液的化学势能并 储存起来.储存系统并不需要采用绝热保温措施,能量可以在常温下无限期地储存.当需要冷或热能时,可通过制冷或热泵运行方式很容易地将工作介质的化学势能 转换成冷或热能.由于能量以工作溶液的化学势能形式储存,储存设备只是结构非常简单的储液罐而已;而且由于制冷过程是利用制冷剂来转换能量,对于常用的工 作溶液,储能密度大于目前已使用或正在研究的蓄冷介质的储能密度,可使能量储存系统的体积减小.因此,蓄能系统的投资和运行维护费用非常低廉.

    由于储存的制冷/制热潜能转换为冷或热能时采用制冷或热泵运行方式,制冷/制热潜能储存系统的工作温度范围非常广,理论上可以在70～- 60℃工作.因此,此项蓄能技术不仅可用于空调系统的调荷需要,而且还可以用于工业或商业制冷的调荷需要;同时,应用此项蓄能技术可以很容易地将普通制 冷、空调系统改造成蓄能制冷、空调系统.

    1　循环和系统描述

    由于氨的沸点比较低,在空调和普通制冷场合下,氨的蒸发压力总是处于正压状态.因此,为了降低氨压缩后的压力以及压缩终了温度,对于以氨-水为工质的制冷 /制热潜能储存循环,在大部分情况下发生压力应该等于蒸发压力,这与常规吸收式制冷/热泵循环有较大的差别.另一差别是潜能储存循环中溶液流动可以是不连 续的.在p-t图中表述的制冷/制热潜能储存循环如图1示,循环流程(系统)如图2所示.

　　当电网的电力负荷处于低谷时段时,蓄能系统开始将电能转换成氨-水溶液的制冷/制热潜 能.溶液泵⑤将浓溶液泵入冷凝/发生器①,并通过布液器将其均匀地喷淋在冷凝/蒸发管束上.同时,氨压缩机③开始工作.压缩机开始工作初期,浓溶液可能还 处于过冷状态;冷凝/发生器内的压力降到正常发生压力以下时,浓溶液才开始汽化,产生氨蒸气.氨蒸气经氨压缩机加压达到所设计的冷凝压力后,在冷凝/蒸发 管束内冷凝,冷凝热传递给浓溶液,使溶液不断地汽化,冷凝/发生器内的工作压力逐渐提高到正常工作压力.发生终了的稀溶液离开冷凝/发生器,进入溶液热交 换器④与处于环境温度下的浓溶液进行热量交换.由于换热温差的存在,经换热后的稀溶液温度要高于环境温度,并流入稀溶液储罐被储存起来.如果储存的潜能最 终需要转换成冷能时,储罐不需要保温.所以在储存期间溶液的温度还要降低,最终达到环境温度,这时溶液处于较大的过冷状态.