文摘

在大多数发达国家和发展中国家,近40%的能量生成是利用在建筑领域,其中近50%的能量消耗通过建立冷却/加热系统。然而,建筑的能源要求冷却/加热不同持续时间。因此,在炎热的国家,如果冷却系统集成存储系统,冷却系统不需要为高峰负荷需求而设计的。进一步,这种存储系统是非常有用的和经济上有利的场景动态电价,在许多国家被引入新兴可再生能源的场景来解决电网的稳定问题。此外,它是非常有用的,促进微型智能电网"与分布式可再生能源发电。考虑上述情况,本研究的主要目的是演示与显热空调系统的集成住宅应用程序存储单元。构造设计了一个实验装置,实验来评估在充电和放电过程中热量交换行为通过不同入口温度和换热流体的质量流量通过电路。是观察到的设定温度冷却储罐保持高于+ 5°C在充电过程中取得更好的效率。在卸货过程中,房间里可以保持在所需的舒适条件的285分钟时间29日周期设定值之间的操作温度25°C到28°C的极限。当冷却装置的进气盐水温度到达20°C,在下一个周期,降低室温再25°C可能无法实现。 The results shown in this work are beneficial for efficiently operating the cooling system and useful in promoting renewable energy in the near future in the building sector. Also, the low-temperature sensible heat storage system is capable of maintaining the storage temperature at approximately +4°C, instead of -4°C normally employed in the case of latent heat-based storage system that allows higher performance in the sensible heat storage system.

1。介绍

一个国家的发展主要取决于生产的能力,有效利用能源和环境条件。在大多数发达国家和发展中国家,建筑行业是近40%的能源消耗产生的总能量(1]。在炎热的气候像印度这样的国家,能源利用的主要份额由大容量交流单位建筑消耗大约50%的能源用于建筑(2]。因此,这些国家赤道附近花近20%(50%的40%)为空调产生的总功率。因此,科学家们针对能源密集型空调行业,能源效率,建设需求管理,引进可再生能源。近年来,有不同的控制策略建立了空调系统冷水机组的节能运行。此外,中央空调系统的负荷要求非常高在下午时间,特别是在商业建筑。因此,冷却系统的设计是为了满足高峰负荷需求,因此,冷水机组的容量通常是两倍以上的平均负载的要求。考虑到上面,凉热存储系统介绍了之间的一些建筑空调系统冷水机组和空气处理单元,从而冷却能力需求可以减少50%的峰值负载的要求。可用的各种研究文献中关于这种存储系统在目前的能源情况是详细的在这一节中。

Sebzali et al。3]证明了就业的冷冻水能量存储(cw)系统,这对于任何设计条件,降低了高峰用电需求和年度能源消耗,对交流系统的36.7% -6.9%,-87.5%和4.5%,分别与传统的冷却系统相比,泵和冷却装置广泛有助于减少能源消耗。他们表明,负载均衡策略应用到连续波体制导致最低的寿命周期成本(LCC)相比,完整的存储和50%需求限制策略和最具成本效益的选择电力公司和消费者。林等。4)节能带来的影响进行了研究,通过融合LTSHS以及空调系统。两个系统进行了研究:一个系统使用冷冻存储技术,和其他系统利用部分冷冻水从用户。他们得出的结论是,两个系统可以节省能源和电力成本与传统冷冻存储系统相比。Velraj et al。5]研究了集成很酷的热能存储系统(ct),以及一个大型建筑空调系统。作者提到了耦合系统的各种优势,也展示了一种储蓄的INR每年226万的存储集成系统建设被认为是他们的工作。

金等。6)检查的热性能热能存储(te)综合室外空气系统用于位于Jincheon日托中心。结果显示总冷负荷增加48%,节省高达38%的能源消耗比现有系统。燕et al。7)描述的优化方法结合冷却存储(CCS)系统的酷能源建设冷却在夏天是连续波所提供的系统,它利用从热pipe-based季节性冰酷能量存储在低环境温度被用来冻结的冰。优化方法也实现在实际建筑坐落在北京。他们的研究结果表明,与传统的冷却系统相比,提出的CCS系统建设可以降低操作成本,每年的用电量,和生命周期成本76%,22%,和40%,分别。

Boonnasa和Namprakai8]报道的方法找到最优冷冻水能源储存(cw)能力和操作策略交流负载在不同的电价。他们得出的结论是,连续波的连续操作系统包括两个冷却器的冷却能力单元450 TR, 9413 ton-hr的蓄冷,卷5175米³被发现是合适的。此外,35.7%的能源消耗是转移从供需非高峰时期。他们还得出结论,夜间操作机械制冷机可以增加警察的冷却冷水机组。Sebzali和Rubini9]研究整合气冷式冷却装置的连续波体制的影响及其对科威特的能量性能的影响气候。结果表明,峰值设计,冷却装置操作需求限制和负载均衡部分存储策略导致能源消耗比传统系统高出4%。完整的存储策略导致的能源消耗降低4%相比,传统的系统。因此,得出的结论是,完整的存储策略的连续波科威特气候系统是最佳的选择。

歌等。10)研究实现的经济可行性的冰存储和冷冻水存储LTSHS系统构建冷却应用程序相结合。他们得出的结论是,添加一个冰热存储系统到现有的连续波系统运营成本显著降低设计的一天。林等。11)提出了一个方法来评估thermoeconomic性能的连续波系统冷水(即返回。、从负载)与提供的冷冻水(即混合。、从冷水机组)。运营成本和(火用)消耗减少15%以上系统与连续波体制相比,直接利用冷却水在5°C。Henze et al。12)开发了一个程序来优化机组操作和存储/提取(即。,酷能源)策略的连续波系统。由于制药建筑更多的冷却需求已经十冷却器安装,一项调查是为了找到可行的选择之间添加一个额外的冷却和整合连续波系统。程序开发也被用来找到安装的经济和运营效益连续波系统添加一个额外的冷却。得出结论,cw的集成系统将提供能源节约成本。连续波体制的整合现有的冷却系统提高了可用性和可靠性。

Rosiek,加里多(13]研究了太阳热能的蒸汽吸收式制冷机的性能系统冷冻水储罐建设冷却的应用程序。注意到,太阳能辅助冷却系统的效率得到改善由于减少冷水机组开/关周期由于冷冻水储罐的合并。最大节约水资源消耗,电能消耗总量和有限公司₂发射了约30%,20%和1.7吨,分别的夏天。Rosiek和大战14)展示了一个新的经营战略监控实时入住率太阳能辅助与冷冻水储罐VARS-based空调系统整合,提高系统效率。发现减少的有限公司₂排放和总电能使用近1.3吨和42%,分别。穆罕默迪et al。15]介绍的方法增强了提前一天计划与冷冻水存储multichiller框架整合。建模在社交软件,CONOPT被用作解决者。四个单位的2900吨产能multichiller系统用于模拟。结果表明,存储单元的可靠性增加总成本对冷负荷的变化。得出结论:存储单元是更高效的单位有一个高冷负荷高峰时段。

阿尔瓦等。16回顾了热能存储的不同方面,如下:(1)存储领域的广阔的空间;(2)材料存储成本,物理特性,操作性能,适合不同的应用程序;和(3)不同种类的测试系统。TES系统分析了不同的活动,如填充层,移动床,温跃层,流化床,和各种被动TES系统也进行了分析与实施建筑,汽车,纺织,等设计参数,TES系统成本模型和操作的问题也进行了讨论。她等。17综述了各种冷却技术。冷藏库是解释的重要性而言,存储晚上凉爽的能量(即。非高峰时期)和利用凉爽的能量储存在一天时间(即。,供需周期)。基于类型的冷库利用率,分为冰储存,冷冻水存储和相变材料储能降温。李(18)做了详细的回顾可用的技术显热储存在不同的操作条件和储罐几何图形方面的合理的存储材料,水分层现象,蓄热、传热模式,和各种影响因素。能量和火用性能进行调查和总结的流体质量流率、储罐几何结构、流体性质、流体入口温度,等。李娜和郑洁(19)解释和总结各种测试系统的性能增强,包括合理的、潜伏性和吸附。他们系统地介绍了各种集成的测试形式为不同的应用程序,如热水供应、空调、热泵、与建筑系统和电力生产周期、热电联产、食品运输、太阳能炊具,车辆的热舒适系统。Rajamani et al。20.)执行一个实验调查在填充层蓄冷系统与冷水机组系统集成主要优势的中央空调系统需求管理策略。他们最初进行实验评估的低温冷却行为PCM与各种假单胞菌浓度。进一步,他们做了实验,确定在充电过程中传热行为在凉爽的热储罐容量50000 kJ。他们提出了必要的参数,比如减少低温冷却,在充电过程中瞬时传热和累积的有效操作。

从文献观察,凉热存储系统通常用于大型建筑空调系统的需求管理。没有研究报道对供应侧管理的集成太阳能与冷却操作。进一步,它不是从文献关于集成的可行性酷热能存储在住宅空调的应用程序。因此,本研究的目的是引入一个小容量低温明智的冷却住宅热能存储系统冷却装置可与太阳能发电单元集成。此外,与冷水储罐相关的主要问题是限制在降低温度低于0°C由于冻结要求增加储罐的大小。考虑到上面,现在工作也集中在一个适当的混合比例的乙二醇与水开发合理的酷热能存储系统来降低甚至储存温度低于0°C,研究低温充电/放电性能的显热储存系统(LTSHS)房间空调的应用。

2。试验研究

在目前的工作,构造一个实验单位收取酷能源产生的冷水机组在LTSHS坦克和放电LTSHS坦克通过一个冷却的冷盐水冷却线圈单元保持房间内的空间。完成一个实验调查研究使用LTSHS槽的可行性与居住空间冷却冷水机组系统集成的应用程序。实验设置的细节和充电/放电实验提出了在这一节中。

2.1。实验装置

实验装置由一个录像机系统LTSHS罐,一个房间,和一个冷却盘管装置的主要组件,和线路图所示的实验装置图1。摄影的实验装置如图2。蒸气压缩制冷系统(VCR) 1 TR产能生产冷冻盐水温度要求5°C。LTSHS坦克组成的不锈钢产能为0.212 m³充满了盐水溶液的混合物准备蒸馏水和乙二醇比6:4,作为医疗公平基金。比热( ),冻结温度、密度( ),和导热系数( )换热流体的3.69 kJkg¹K¹,kgm -25°C, 995³和0.3 Wm¹K¹,分别。储罐是连接到缓冲罐录像机系统和冷冻盐水生产的冷却是通过这个储罐流传而执行充电实验。

VCR系统的缓冲罐容量0.009米³装满盐水适应蒸发器盘管,加热盘管的2000 W能力,和一个搅拌器。温度比例微分控制器(PDTC)被用来维护所需的恒定的温度缓冲罐。这使的供应恒温医疗公平基金从缓冲罐LTSHS坦克。阀门控制流量提供医疗公平基金的充电/放电电路。盐水流从冷却器LTSHS从LTSHS罐箱和冷却盘管装置测量使用旋转流量计的测量范围0 - 1000液体变阻器和0 - 3行分钟,分别。冷却线圈单元保存在一个房间的大小 ,并保持在控制温度25°C到28°C放电期间的实验。这种冷却盘管装置连接到LTSHS 6毫米直径管槽,适当的绝缘泡沫材料。衣架式热电偶用于测量进气,出口,和内部温度的LTSHS坦克在充电过程中。两个热电偶PT 100 - rtd的精度±0.1°C保持在进口和出口处标位置冷却盘管装置的盐水温度测量。此外,3高压保持在房间里不同位置测量室内空气温度在卸货过程中。安捷伦让34972数据采集系统的精度0.004%连接温度传感器。在充电和放电电路,100 W容量泵用于盐水的循环。

2.2。实验

实验进行研究开发系统的充放电性能。充电实验期间,盐水流传的缓冲罐LTSHS槽通过泵机组单元,和400流量的液体变阻器被调整阀门维护。冷却单元操作在一个恒定的负载。医疗公平基金5°C的温度保持在缓冲罐PDTC和不同加热线圈输出基于温度传感器位于缓冲罐的医疗公平基金浴。盐水温度测量的时间间隔10秒在整个实验中使用数据记录器和存储在桌面PC连接实验装置,同时,能源仪表读数指出每半小时一次。录像机系统是连续操作,实验持续直到盐水LTSHS坦克接近5°C的温度。图3解释的详细方法采用实验调查。

放电实验与盐水流进行操作LTSHS槽之间的循环泵和冷却盘管装置。盐水的统一的质量流率维持在3升分钟使用阀门布置和测量的流量计。室内空气平均温度在三个不同的地点,一个前的冷却盘管装置和房间里的其他两个在合适的位置,被认为是分析。盐水的流经冷却盘管装置的进口和出口温度保持在房间里也不断地在实验中测量。泵的操作控制的盐水流LTSHS水箱的冷却盘管装置保持房间内的温度 。放电实验开始时盐水最初的温度5°C的储罐。放电实验停止时,可用盐水从储罐不可能达到近25°C的室温。进行了许多实验,以确保它的可重复性。传热(即。,instantaneous and cumulative), the heat loss while charging, and the cooling load while discharging were evaluated using the mass flow rate and measured temperatures of the HEF. The technical specification of components involved in the present system is shown in Table1。

估计不确定性的测量/导出数据,和值如表所示2。

3所示。数据分析

瞬时传热、累积能量和热量从房间使用温度测量值进行评估,以及这些参数的方程用于估计。

瞬时传热(速率中存储的热能储罐)估计在充电过程中使用

在哪里公路信托基金的质量流率通过储罐(公斤年代¹),的比热容是信托基金(kJ公斤吗¹K¹),公路信托基金的入口温度在储罐在任何即时(K),然后呢公路信托基金的出口温度在储罐在任何即时(K)。

累计传热( )估计瞬时传热通过整合使用 ,“”的步骤和时间是每个时间步的大小(10秒考虑在目前的评价)。

热了从房间里在卸货过程中评估每个周期的操作使用

在哪里公路信托基金的质量流率是通过冷却线圈单元(公斤年代¹),公路信托基金的平均入口温度的冷却盘管装置在每个周期(K),公路信托基金的平均出口温度的冷却盘管装置在每个周期(K),然后呢完成所花费的时间周期(秒)。

4所示。结果与讨论

实验的结果进行充电/放电期间房间的储罐和冷却的放电凉爽的热能,在这一节中讨论。

4.1。充电过程中温度历史的盐水

图4显示了盐水的温度历史在进口,出口,在储罐的盐水缓冲罐设定点温度保持在5°C和质量流率维持在400液体变阻器。从图,从初始状态(即医疗公平基金温度的变化。,at 35°C) to 5°C is approximately linear, and the water temperature at the outlet and the water inside the tank coincide. The figure shows that the time taken for the sensible cooling of the brine from 35°C to 0°C is approximately 550 min and the time taken for the sensible cooling of the brine from 0°C to -5°C is approximately 150 min. It is construed from the figure that the time taken for the same reduction of盐水时增加了VCR系统的操作来减少盐水温度低于0°C相比高于0°C。过程结束时达成的盐水5°C,由于明显的增量进一步降低温度所需的时间。从结果解释操作是有效的冷却温度设定值+ 5°C左右。然而,这种需求可能增加储罐的大小,能量存储相同数量的酷。应该注意的是,在设定点温度每增加1°C,增加2.5%的警察(Velraj et al . [5])。因此,增加设置点温度从5°C到5°C可能产量增加25%的警察。

4.2。瞬时传热和累积能量储存

图5显示了瞬时传热和累积能量存储在储罐中,这是评估不断从进口和出口之间的温差测量盐水(即。储罐的盐水进入/退出)。的图中显示瞬时传热最初开始减少从1.2 kW,延长了250分钟,和瞬时传热 千瓦维持250分钟到600分钟。进一步,当操作低于0°C,一个明显的减少瞬时传热是注意到由于减少VCR系统的性能。图也显示累积能量存储到充电线性上升。在近似完全充电,能量是38000 kJ。整个充电所花费的时间是700分钟。在冷水机组的操作,能量计被消耗的功耗kW-hr每小时的操作。从上面的解释结果,近80%的酷能源可用储罐可能速度近似统一收取。

4.3。警察的录像机和盐水温度下降的变化每5°C下降

图6显示了VCR系统的COP的变化冷却200升的盐水从其初始温度为34.5°C的最终温度5°C和所花费的时间每减少盐水温度5°C。图显示,警察随边际差异从2.4到1.5每5°C的盐水温度下降直到达到盐水温度+ 5°C。此外,盐水温度降低从+ 5°C到5°C,警察VCR系统的明显减少。因此,解释,录像机系统应操作使盐水溶液只+ 5°C为更好的性能和经济的方式使用储罐与VCR系统的集成。

4.4。放电过程

盐水温度在进口和出口处标冷却盘管的单位是一个重要的参数根据房间的传热,从而机舱温度将保持。这些参数在本节研究和报道。

4.1.1。温度历史的盐水冷却盘管装置和客舱温度

图7显示房间的温度历史的盐水进口/出口冷却盘管装置在房间里的温度设定值之间保持25°C和28°C,和盐水的质量流率维持在3升分钟。在每个循环操作(时间从25°C到28°C和回25°C是一个周期),盐水循环停止时,进口和出口盐水冷却盘管装置的温度增加,直到室温达到28°C。循环开始时,盐水在房间的入口温度降低,流动是持续到室温达到25°C。从图的大幅增加室温在盐水循环停止时,减少盐水循环开始时通过冷却盘管装置。除此之外,空闲状态的时间是多的盐水循环一个周期的持续时间。观察到,房间里可以保持在所需的舒适条件的持续时间285分钟29日周期的操作。当冷却盘管装置的入口盐水温度达到20°C,降低室温25°C不能实现,因此,实验是停在那个阶段,因此进一步解释,酷能源不可用储罐生产所需的冷却效果。

10/24/11。热量从房间中删除

从房间的热量的盐水在每个周期操作如图8,这表明热量从房间在300 kJ - 600 kJ的范围所有的循环操作。变化可能是由于所需冷负荷的变化,有一个变化在房间的热泄漏试验。这是观察到的第一个周期在3 - 9分钟操作完成,除热更因为温度从32°C减少到25°C。

所需的热量消除下降在过去几个周期的操作因为较低的房间和盐水温度之间的关系。进一步,总热量从房间在整个放电周期被评为12560 kJ。5,也就是只有60%的酷能源最初储罐中可用。这是由于更高的储罐的热损失和损失通过管道和其他阀储罐和房间之间的关节。

5。结论

在目前的工作,实验是为了找到传热行为,而充电/放电过程中一个很酷的热储罐容量38000 kJ。充电/放电实验的主要结论到达在这一节中进行了总结。(我)在充电过程中,当医疗公平基金的温度减少从35°C到5°C,花费的时间达到5°C的温度下降增加明显低于+ 5°C(2)制冷系统的COP也明显降低医疗公平基金时温度降低5°C以下(3)因此,建议操作存储系统温度不低于+ 5°C来实现更高的效率(iv)当冷却盘管装置的入口盐水温度达到20°C,在随后的循环,恢复室温25°C可能无法实现(v)热量从房间在300 kJ - 600 kJ的范围的所有周期操作

酷能量释放在卸货过程中只有60%的能量。这是由于相当大的热量损失通过各种方式应该避免。这样可以确保储罐之间的距离的要求和冷却盘管装置是非常密切和储罐、管道保温很好防止热损失在存储期间,在流动的通道。

主要范围和局限性如下。

在不久的将来,当可再生能源份额增加,冷却热存储的需求将会增加,这种LTSHS系统是用来抚平太阳能VCR操作系统的波动,保持电网智能大部分的电力被部署在建筑空调的应用程序。这个很酷的热储存系统的经济效益将非常高,如果动态介绍了关税,在练习的一些国家为了保持网格智能。然而,当冷却装置的容量增加,储罐的要求大小也增加明显。因此,在一个人口密集的城市,由于空间的限制,实现变得困难。

命名法

CCS技术:	结合蓄冷
交流:	空调
医疗公平基金:	换热流体
警察:	性能系数
ct:	酷热能存储
TR:	吨位制冷
lt:	低温能源储存
录像机:	蒸气压缩制冷
连续波:	冷冻水能量储存
LTSHS:	低温显热储存
te:	热能存储
行分钟:	升/分钟
var:	蒸汽吸收式制冷系统
有限公司2:	二氧化碳
PDTC:	潜在的微分温度控制器
低成本航空:	生命周期成本
RTD:	电阻温度探测器
液体变阻器:	升/小时。

数据可用性

所有数据用于支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。