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TBAB 水合物浆在空调蓄冷中的应用 赵洁 山东科技大学 土木工程与建筑学院 摘 要：在当前电力供应紧张的形势下，蓄冷技术是节约能源的重要技术措施。相比传 统的冰/水相变蓄冷方式，TBAB 水合物浆更适用于空调工况的新型两相潜热输送载冷剂，可 以大幅度降低冷量输送的功耗。本文通过分析 TBAB 水合物基本热物性 （包括相变温度、晶 体结构、导热系数等），并与传统蓄冷介质对比，结果表明 TBAB 水合物浆体以其合适的温度 范围、较大的蓄冷载冷能力和较好的流动换热性在中央空调以及区域供冷系统中具有良好的 节能应有前景。 关键字：TBAB 水合物； 蓄冷； 热物性； 空调 1. 前言 近几十年来，随着世界范围内的能源危机出现，蓄冷空调在日本、美国等发达国家得到 了迅速的发展，被广泛用于区域供冷和中央空调，兼具社会效益和经济效益。我国是能源消 耗大国，为满足电力移峰填谷及均衡电网负荷率的需求，基于冰浆的动态蓄冷技术成为空调 蓄冷领域的研究方向之一。但是冰/水相变作为传统的蓄冷方式， 由于水的相变温度 (0℃) 远低于空调用冷冻水温度 (7℃)， 系统 COP 不高，且必须采用蓄冷专用冷冻机组才能满足 要求；另外，传统蓄冷空调所使用的二次载冷剂多为单相流体 (如水、乙二醇溶液等)载冷能 力较差，所需的泵功较大。这使得寻找更为合适的蓄冷和冷量输送材料成为蓄冷空调领域的 研究热点之一。 四丁基溴化铵 (TBAB)是一种四烃基铵盐，在常温常压下能与水分子结合形成半包络水 合物晶体，其结构和性质也较稳定 [1] 。根据 TBAB 结合水分子数的不同，半包络水合物分为 A 型 (TBAB·26H O)和 B 型(TBAB·38H O)两种，对应的溶液称为水合物浆体 [2] 。 TBAB 溶液 2 2 在常压下的结晶温度介于 0～12℃之间，以固-液两相悬浊液的形式存在，是一种理想的冷 量输送和蓄冷介质。作为冷量传输介质，其冷量传输密度远高于相同温差下的冷水。而且 TBAB 水合物浆体具有良好的流动性，可以方便的通过泵和管道输送，因此可直接用作二次 载冷剂及蓄冷介质，不需对管路系统进行过多的更改。所以对于空调系统来说，TBAB 水合 物浆体是一种良好的蓄冷和冷量输运介质 [3] 。TBAB 水合物浆体以其合适的温度范围、较大 的蓄冷载冷能力和较好的流动换热性在中央空调以及区域供冷系统中具有良好节能应有前 景。 Oyama[4]等研究了TBAB 常压下的结晶相图、潜热及比热容等物性。李栋梁 [5]等给出质量 分数为 40%的A 型 TBAB 水合物在温度为 253K～283K 下导热系数及拟合公式。当设计以TBAB 作为蓄冷介质的空调系统时，则必须知道 TBAB 溶液和浆体的导热系数。 2. 蓄冷技术 蓄冷是指在用电低谷时用电制取低温水、浆体或者其他热量存储介质并将其有效的存储 起来，在需要时（如用电高峰）把冷量取出来进行利用。由此可见，利用水或者浆体蓄冷可 以实现对电网的削峰填谷，有利于降低电站的装机容量，维持电网安全、高效的运行。 近些年来我国的社会生产力、综合国力和人民生活水平都有较大的提高，城市中新建了 大量具有集中空调的办公大楼、宾馆和大规模商业中心，居民安装的空调也越来越多，而建 筑最大的耗能点就是空调。集中空调和居民空调的制冷负荷和采暖负荷用电占整个城市用电 的比例逐年上升，加上空调的使用一般集中在用电高峰时段，导致电力供应高峰不足而低谷 过剩，电网负荷率下降。针对空调耗能所具有的时间性差异，合理安排能源消耗的时间分布 以实现削峰填谷，是改善当今社会能源状况的一个重点[6] 。 蓄冷空调的效益主要表现在两个方面 [7] :一方面，随着峰谷电价比的加大，用户采用电 力蓄能技术将大大减少其空调运行费用，降低用电成本，提高企业效益;另一方面，采用蓄 能空调技术削峰填谷，不仅有利于提高电网负荷率，而且有利于电网的安全经济运行。所以 我国政府部门实行电力供应峰谷不同电价的政策，采用需求侧管理的水蓄冷、冰蓄冷技术来 达到削峰填谷，是缓解电力建设和新增用电矛盾的有效解决途径之一。蓄冷技术不仅仅是应 对当前电力供应紧张形势的有效手段，即便在今后电力供求平衡时期，蓄冷技术仍然是节约 能源的重要技术措施 水，冰浆，TBAB 水合物浆体三种蓄冷介质的对比如表 1 所示。表 1 揭示了 TBAB 水合物 浆体作为蓄冷材料的巨大优势。TBAB 水合物浆体蓄冷材料最大的优点是其相