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研究探讨 江西能源２００６（２） ・ ｌ９・ 冰蓄冷空调概述 周向阳 （华东交通大学土木建筑学院江西南昌 ３３００１３） 摘要： 本文对冰蓄冷空调系统的工作原理、系统特点、适用场合均作了详细地阐述。对一些典型系统各主要方面 诸如特点、结冰、融冰过程及影响因素、均作了较深层次的探讨并提出了自己的见解。 关键词： 冰蓄冷；结冰；融冰；工作原理 中图分类号：硼６５７．５ ＴＵ８３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—７６７６（２００６）０２．００１９ ０３ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｇｉｗ肌ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｔｏ ｖａｒｉｏｕｓ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｅ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ，ｓｕｃｈ ｓａ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ。ｐｅ－ ｃｕｌｉａｒｉｔｉｅｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ。ａｎｄ ｉｓｔ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ。Ａｎｄ ａｌｓｏ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｍａｎｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｓｐｅｃｔｓ ａｂｏｕｔ ｓｏｎｌ￣ｔｙｐｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｃｅ Ｓｔｏｒａｇｅ，ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ、ｉｅｃ ｐｅｒｉｏｄ、ｍｅｌｔ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ｐｒｏｆｆｅｒ ｆｏｒｍ￥ｏｍｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｏｐｉｎｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｃｅ Ｓｔｏｒａｇｅ；ｉｅｃ ｐｅｒｉｏｄ；ｍｅｌｔ ｐｅｒｉｏｄ；ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ０引言 １冰蓄冷空调系统发展概况 ７Ｏ年代世界能源危机以来，各国都十分重 冰蓄冷空调技术起源于２０世纪３Ｏ年代，最初主 视开发与节省能源。随着社会的飞速发展，截止到 要用于影剧院及乳品加工厂等。后来由于冰蓄冷装 ２００４年３月，全国发电装机容量已达到３．８５亿ｋＷ・ 置成本大、耗电多等因素，此项技术的发展曾停滞过 ｈ，年发电量１．８１万亿ｋＷ・ｈ，居世界第二位。但缺电 一段时间。直到２０世纪７０年代能源危机的爆发以 现象仍然存在，其特点是：电网负荷低，供电系统峰谷 及欧美发达国家夏季用电负荷的增长、峰谷差拉大的 差较大（２５％一３０％）。即高峰电力严重不足，需拉闸 速度惊人等因素，极大的促进了冰蓄冷技术的的迅速 限电，而低谷期大量电力浪费在电网上。以上海市为 发展。 例，２０００年其用电峰差达４３４．６万ｋＷ・ｈ。在我国各 １９８９年美国、Ｅｔ本、加拿大等国家从事冰蓄冷开 大城市，如果没有空调，电力确实有富裕。如果空调 发和冰蓄冷专用设备生产的公司已多达４９家。１９９ｏ 进一步普及，则高峰供电缺口会越来越大。为满足空 年起，中电深圳公司率先应用法国的冰球式蓄冷系 调的需求，势必会造成要投巨资兴建调峰电厂，而一 统，使装机容量降低４５％以上；北京西冷公司开发的 年中超过５０％的时间。这些设备又会闲置或在低负 压罐式齿球蓄冷器已获国家专利；清华大学开发的盘 荷下运行的现象，造成能源的极大浪费。 管式蓄冷器在厦门夏华第二期工程中应用蓄冷量达 冰蓄冷空调系统由于其具有的独特的“移峰填 １．２万冷吨。 谷”的作用，一方面可以缓解电力生产和供应的紧张 因此冰蓄冷技术将成为２１世纪的空调主流技 状况，提高发电效率；另一方面又可减少制冷机组容 术。我们目前的任务就是如何学习国外先进技术、努 量。提高系统运行的可靠性。同时随着峰谷其电价的 力消化吸收，建立和发展我们自己的蓄冷空调设备， 不同，又可为用户节省一定的运行费用。这一切都极 使产品向低能耗、高能效实用经济、智能化方向发展。 大的促进了冰蓄冷空调技术的推广应用。 ２冰蓄冷空调系统工作原理 冰蓄冷空调就是将电网负荷低谷期的的电力用 收稿日期：２００５．０４－２１ 作者简介：周向阳（１９６１ ）女，浙江衢洲人，副教授，在读硕士。 维普资讯 http://www.cqvip.com
・２０－ 江函能源２００６（２） 研究探讨 于制冷，通过蓄冷介质的潜热和显热效应将冷量积蓄 １ ４ ，从而获取较低的送风温度，节省风机的运行 起来，而在用电高峰期再将冷量释放出来用于建筑的 能耗，进一步改善室内空气品质。冰蓄冷技术的采用 空调，以承担高峰期的空调所需的全部与部分负荷。 使得制冷系统全负荷运行的比例增大，机组开停次数 它的基本的工作原理就是比常规空调多了一套蓄冷 减少，系统状态稳定。同时由于其可作为应急冷源使 设备。如图ｌ示，１—２—３—４—５—６—８—１为蓄冷循 用，提高了供冷的可靠性。 环；ｌ一２—３—５…６ ７ ８—１为放冷循环。 冰蓄冷空调最大的缺点就是初投资大、蓄冷工况 运行时制冷机组效率低下、控制系统较复杂。目前的 蓄冰槽与板式换热器，由于制造工艺要求高，价格往 往是制冷机组的１．５倍。投资费用较高已成为冰蓄 冷空调的主要障碍。因此提高蓄冰槽的性能和蓄冷 设备国产化率以降低成本，已成当务之急。 ４冰蓄冷空调系统的基本分类 图ｌ 蓄冷空调系统圈 根据制冷方法和制冷设备的不同，冰蓄冷空调的 ３冰蓄冷空调系统特点 种类已达到４ｏ余种。按冷媒来分可分为制冷剂直接 冰蓄冷空调最大的优点就是可以充分利用电网 蒸发式与载冷剂循环式；按向末端设备输送和分配冷 低谷电力、降低制冷机组的容量、减少电力增容费与 量过程中有无冰的移动分可分为静态结冰与动态结 机组设备费。它还可以使空调用冷水温度降至 冰；按融冰方式分可分为内融冰、外融冰与内、外同时 融冰；按载冷剂流程分可分为密闭式与开放式等。 （如表１） 表１冰蓄冷系统特性比较 ５直接蒸发式外融冰系统特－眭表述 同时，由于外融冰方式一般均采用开始蓄冰槽，决定 了其水系统必为开式。开始水系统停机后不可避免 它的工作原理就是蓄冰时直接利用制冷剂在管 地会出现停机后室内末端水流倒灌，电磁法和电动调 内蒸发进行制冷，冰直接在蒸发器盘管上冻结；融冰 节阀因承受水静压大而产生开启与调节困难等缺陷。 时让温度较高的空调回水直接与冰接触，冰由外向内 为克服此缺陷，工程商场试用水路隔离措施，导致成 融化。 本上升，增加二次换热环节，运行费用上升。 这种系统蓄冰槽就相当于主机的蒸发器，其优点 就是传热效率高，蓄融冰速度快，从而可以在较短时 ６载冷剂循环式内融冰系统特性表述 问内制出大量温度稳定的低温冷冻水。但因蓄冰槽 它的工作原理就是冷水机组制得的低温载冷剂 内须保持一定量的水，以便抽水融冰，固其率较 进入蓄冰槽的盘管内，使管外的水冻结。融冰时，从 低。蓄冰槽的制冷剂用量大，盘管焊接质量要求高， 空调负荷端流回的温度较高的载冷剂进入蓄冰槽，流 盘管的焊接处多，常发生制冷剂泄漏问题，维修困难。 过盘管并将盘管外的冰融化，再被抽回到空调负荷端 维普资讯 http://www.cqvip.com
研究探讨 江西能源２００６（２） ・２ｌ ・ 使用。 不大。 它的特点是控制简单、过程均匀、具有较高的制 冰率，一般可达到５０％以上。从而可有效的降低蓄 冰槽的体积，节省系统的安装空问。其缺点是由于采 用载冷剂进行蓄冰与融冰，增加了一次传热损失。且 融冰后期，冰难以融化，导致冷量难以释放。 影响融冰的因素很多，包括盘管材料、盘管尺寸、 管内介质温度及流量、融冰过程中水层厚度等。很显 然与蓄冰相似，管内介质温度越高、流量越大，融冰速 度越快。同样流量的影响不如温度的影响来的明显。 ７影响结冰、融冰因素 影响结冰的因素很多，包括盘管材料、盘管尺寸、 ． 管内介质温度及流量、水的初始温度等。如图２，３所示。 ／ ／ ／－一 ， ， ． ． ／ ／ Ｊ—一 ∥ Ｊ 一。 ｒ 一一 — — Ｊ／ ／ ．／ ｌ——＾ｎ治 ［ ／／ ｆ ．—’＝＝ ’． Ｉ－ ／ ｝— 一八ｕ 厦一６ Ｉ． ／ ｌ——＾ｎ湄 一Ｒｑ＂厂 Ｊ一……一厂： 一ｌ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 时间（ｈ） 图２ 管内介质温度对结冰质量的影响 ／ 一．一 ． ／／一一ｌ ／ 厂／ Ｉ ／ ．／Ｊ 一入口温度一４℃ 一人口温度一６℃ —一．人口温度一８℃ － Ｊ ０ ２ ４ ６ ８ 时间（ｈ） 图３ 管内介质温度对结冰厚度的影响 从上图可以看出，管内介质温度对结冰影响很 大，以图４为例，如要达到同样多的结冰量（７．５ ｋｇ）， 当介质温度为一４￣Ｃ时，需７小时，而介质温度为一 ６ａＩ＝与一８￣Ｃ时所需时间则少得多，分别为３．８和４．２ （ｈ）。如图４，５所示． 从上图可以看出，管内介质流量对结冰影响不 大。流量增加，在同样的结冰时间内，结冰质量与厚度 略有增加，但增加量很小。以图４为例，当流量从１８５ Ｌ／ｈ增加到２２５ Ｌ／ｈ，结冰量从１１．０ ｋｇ仅增加到 １１．２８ ｋｇ。究其原因是因为介质流量的增加使得管内 换热增强。但热阻主要集中在管外，因此总的热阻变 化还是不大，从而流量的变化对结冰质量及厚度影响 －一一流量１８５１／１１ ｆ．－ ——一流量２一日＾０＾０， １＇ ／１ 口 ．勇 二‘ Ｉ．／ｎｌ 时间（ｈ） 管内介质流量对结冰厚度的影响 ； 一 ．多 ．ｌｌ一——婆粤 ８龇萤２Ｗｉ ｌ／／ｈＩｈＩ Ｉ一 有－昆｝＇， １／Ｌ１ ． Ｉ ＿ 一ｌ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 时间（ｈ） 图５ 管内介质流量对结冰厚度的影响 释冷过程刚开始时，盘管外壁与冰水界面的换 热以水层的导热为主，由于水层较薄，热阻较小，释冷 速率较高。随着释冷过程的进行，水层不断增厚，热 阻慢慢变大，释冷速率也慢慢降低。 参考文献 ［１］周伟坤．导热塑料盘管蓄冰槽传热性能的研究［Ｄ］．硕士学位 论文．杭州：浙江大学土木工程学院，２ｏ０４． ［２］王元民．片冰机／冷水机组蓄冰槽在蓄冰与溶冰时的特性研究 ［Ｄ］．硕士学位论文．长沙：湖南大学土木工程学院，２００４． ［３］王元民．闭式外溶冰槽的蓄冷与放冷特性研究［Ｄ］硕士学位论 文．天津：天津商学院，２００４． ［４］赖建波．直接蒸发式盘管外溶冰研究［Ｄ］．硕士学位论文．天 津：天津商学院，２００４． ［５］刘秋新＋蓄冷空调的研究与应用［Ｄ］．硕士学位论文．武汉：武 汉大学。２００３． ［６］ 王时静．圆形内肋管蓄冰特性分析［Ｄ］．硕士学位论文．西安： 西安科技大学，２００３．
