蓄冷空调系统设计

（1）一、空调蓄冰电能难于储存，单靠供电机构本身的设备难以达成"削峰填谷"的目的，无法尽量在电力低谷期间使用电力；固然，有些电力公司由于电网调峰能力局限性，建设抽水蓄能电站进行调峰，但其初投资高、运行费用大，难以推广。因此，大多数国家的供电机构都采用多种行政和经济手段，迫使顾客各自将用电高峰削平，并尽量将用电时间转移到夜间，蓄冷系统就是在这种状况下发展起来的。

蓄冷系统就是在不需冷量或需冷量少的时间（如夜间），运用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出，进行蓄冷，然后将此冷量用在空调用冷或工艺用冷高峰期。蓄冷介质能够是水、冰或共晶盐。因此，蓄冷系统的特点是：转移制冷设备的运行时间；这样，首先能够运用夜间的便宜电，另首先也就减少了白天的峰值电负荷，达成电力移峰填谷的目的。

空调系统是当代公用建筑与商业用房不可缺少的设施，其耗电量很大，并且基本处在电负荷峰值期。例如，饭店和办公楼每平米建筑面积的空调峰值耗电量约40～60瓦；以北京为例，现在，公用与商用建筑的空调用电负荷约为60万千瓦，约为高峰电负荷的16%，因此，空调负荷含有很大的削峰填谷潜力。二、全负荷蓄冷与部分负荷蓄冷除某些工业空调系统以外，商用建筑空调和普通工业建筑用空调均非全日空调，普通空调系统每天只需运行10～14小时，并且几乎均在非满负荷下工作。图1-1中的A部分为某建筑典型设计日空调冷负荷图。如果不采用蓄冷，制冷机组的制冷量应满足瞬时最大负荷的需要，即qmax为应选制冷机组的容量。

蓄冷系统的设计思想普通有二种，即：全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷。1.全负荷蓄冷全负荷蓄冷或称负荷转移，其方略是将电高峰期的冷负荷全部转移到电力低谷期。如图1-1，全天所需冷量A均由用电低谷或平峰时间所蓄存的冷量供应；即蓄冷量B+C等于A，在用电高峰时间制冷机不运行。这样，全负荷蓄冷系统需设立较大的制冷机和蓄冷装置。即使，运行费用低，但设备投资高、蓄冷装置占地面积大，除峰值需冷量大且用冷时间短的建筑以外，普通不适宜采用。2.部分负荷蓄冷部分负荷蓄冷就是全天所需冷量部分由蓄冷装置供应。如图1-2所示，夜间用电低谷期运用制冷机蓄存一定冷量，补充电高峰时间所需部分冷量；即蓄冷量B+C等于A1，而全天需冷量为A1+A2。部分负荷蓄冷系统能够按典型设计日制冷机基本为24小时工作设计，这样，制冷机容量最小，蓄冷系统比较经济合理，是现在常采用的办法称之谓负荷均衡蓄冷。固然，有些都市地区对高峰用电量有所限制，这时就需要根据峰期可使用的限制电量设计部分负荷蓄冷系统，此时，制冷机容量和蓄冷装置容量均需稍大。如图1-3所示：规定蓄冷量B＋C3A2＋A3，而全天需冷量为A1＋A2＋A3。如杭州夏季每天上午8:00～11:00有三个小时不允许普通企事业单位制冷机组启动运行。因此出现A3部分的负荷必须由蓄冷系统提供。这种方式称之谓"限量用电部分负荷蓄冷法。（2）蓄冰设备蓄冷设备的种类（上）一、分类

美国制冷工业协会（ARI）1994年出版的《蓄冷设备热性能指南》将蓄冷设备广义地分为显热式蓄冷和潜热式蓄冷。

最惯用的蓄冷介质是水、冰和其它相变材料，不同蓄冷介质含有不同的单位体积蓄冷能力和不同的蓄冷温度。1.水显热式蓄冷以水作为蓄冷介质，是运用水温变化可蓄存的显热量，水的比热为4.184KJ/Kg.K(1.0Kcal/Kg·℃)。蓄冷槽的体积和效率取决于供冷回水与蓄冷槽供水之间的温差，对于大多数建筑的空调系统来说，此温差可为8～11℃。水蓄冷的蓄冷温度为4～6℃，是空调惯用冷水机组可适应的温度。另外，空调水蓄冷系统的设计，应异于常规空调系统的设计，就是说应当尽量提高空调回水温度，以充足运用蓄冷水槽的体积。蓄冷水槽所需体积受蓄冷水和回水之间保持分层程度的影响。普通蓄冷温差为8℃，每蓄冷1冷吨时（符号为RTH，折合3024千卡）需0.417m3（或0.118m3/KWH）；如温差为11℃，则蓄冷水量可减为0.303m3/RTH(0.086m3/KWH）。2.冰蓄冰则是运用冰的融解潜热335KJ/Kg(80Kcal/Kg)。蓄冷槽的体积取决于槽中冰水比例，普通蓄冰槽的体积为0.068～0.085m3/RTH(0.02～0.025m3/KWH)。冰蓄冷的蓄存温度为水的凝固点-0℃。为了使水冻结，制冷机应提供-3～-7℃的温度，它低于常规空调用制冷设备所提供的温度。固然，蓄冰装置能够提供较低的空调供水温度，有助于提高空调供回水温差，以减小配管尺寸和水泵电耗。3.共晶盐（EutecticSalt）为了提高蓄冰温度，不变化冷水机的空调工况运行，能够采用除冰以外的其它相变材料。现在惯用的相变材料为共晶盐，即无机盐与水的混合物。对于用作为蓄冷介质的共晶盐有以下规定：a.融解或凝固温度为5～8℃。b.融解潜热大，导热系数大。c.比重大。d.无毒、无腐蚀。二、水蓄冷装置：为避免和减少蓄冷水槽内因温度较高的水流和温度较低的水流发生混合，引发能量损失，水蓄冷系统中水槽构造和配备时，普通有几个方案可供选择：隔阂或隔板式、复合水槽式、迷宫式、水分层式。水槽可用钢筋混凝土或钢板制作，也可单建蓄冷水槽或运用消防水池等。

三、蓄冰装置冰盘管式蓄冷装置是由沉醉在水槽中的盘管构成换热表面的一种蓄冰设备。在蓄冷过程，载冷剂（普通为重量比例为25%的乙烯乙二醇水溶液）或制冷剂在盘管内循环，吸取水槽中水的热量，在盘管外表面形成冰层。取冷过程则有内融冰和外融冰两种方式，各具特点。

外融冰方式。温度较高的空调回水直接送入盘管表面结有冰层的蓄冰水槽，使盘管表面上的冰层自外向内逐步融化，故称为外融冰方式。由于空调回水与冰直接接触，换热效果好，取冷快，来自蓄冰槽的供水温度可低达1℃左右。另外，空调用冷水直接来自蓄冰槽，故可不需要二次换热装置。但是，为了使外融冰系统能达成快速融冰放冷，蓄冰槽内水的空间应占二分之一，也就是说蓄冰槽的蓄冰率（IPF）不不不大于50%，故蓄冰槽容积较大。同时，由于盘管外表面冻结的冰层不均匀，易形成水流死角，而使冰槽局部形成永不融化的冰层，故需采用搅拌方法，以增进冰的均匀融化。内融冰方式。来自顾客或二次换热装置的温度较高的载冷剂（或制冷剂）仍在盘管内循环，通过盘管表面将热量传递给冰层，使盘管外表面的冰层自内向外逐步融化进行取冷，故称为内融冰方式。冰层自内向外融化时，由于在盘管表面与冰层之间形成薄的水层，其导热系统仅为冰的25%左右，故融冰换热热阻较大，影响取冷速率。为理解决此问题，现在多采用细管、薄冰层蓄冰。1.盘管式蓄冰装置：（1）蛇形盘管此种形式的冰蓄冷盘管以美国B.A.C公司为代表，如图2-6。盘管为钢制、持续卷焊而成的立置蛇形盘管，外表面热镀锌，管外径1.05"（26.67mm），冰层厚度约30mm，因此，盘管外表面积折合为0.62m2/RTH。盘管能够制成不同长度，如图2-7所示盘管，长度为5.5m者，其潜冷量为238RTH（约836KWH）。

盘管放置在蓄冰水槽内，蓄冰槽体可为钢制、玻璃钢制或钢筋混凝土制，槽体壁面覆有80～100mm厚保温层。此种冰盘管式蓄冷槽可为外融冰式，也可设计为内融冰式。当采用外融冰方式时，为了融冰均匀，可在盘管下部设立压缩空气管，从管中泵送出空气，起搅拌作用。固然，长久送入空气将使槽中水呈弱酸性，对盘管有腐蚀作用。为了确保安装与维护，当采用钢制或玻璃钢制整体式蓄冰槽时，槽体距墙壁或槽体之间普通应保450mm距离。。（2）图形盘管此种形式的冰蓄冷盘管以美国Clamac公司和Dunham-Bush公司的Ice-Cel为代表，如图2-8。

盘管为聚乙烯管，Clamac公司的冰盘管管外径为16mm，Ice-Cel盘管的管外径为19mm。该类型蓄冰装置为内融冰方式，并做成整体式蓄冰筒，筒体为高密度聚乙烯板，外设保温层或采用双层玻璃纤维壁体，内夹保温材料，故耐腐蚀。

此种圆形冰盘管，由于管径较细，管间距离较小，设计的冰层厚度较薄，盘管的相对换热表面积较大，故有助于融冰与蓄冰。但是，由于筒体为圆形，故占地面积较大。Clamac公司典型蓄冰筒的型号为1190A型，直径2.26m，高度2.57m，潜冷蓄冷能力为162RTH。Ice-Cel典型蓄冰罐的型号为TS240型，直径2.54m，高度2.48m，潜冷蓄冷能力为240RTH。圆形冰盘管与蛇形冰盘管由于单路管长达数十米，故流体流动阻力较大，约8～10m水柱。（3）U形盘管此种形式的冰蓄冷盘管以美国Fafco公司的Fafco-Icestor为代表，如图2-9。该种冰盘管由耐高温低温的Polyolefin石蜡脂喷射成型。每片盘管由200根外径为6.35mm的中空管构成，管两端与直径50mm的集管相联。典型盘管型号为HXR-12型，每根管全长为12英尺，每片潜冷蓄冷量为10.4RTH，重量18.9公斤，盘管换热面积为15.14m2。为了适应不同的房高，管的全长分别做为8、10、12、18、24英尺，每片潜冷蓄冷量分别为6.9、8.6、10.4、15.8、17.6RTH。这类型的冰盘管，由于管径很细，故易堵塞。

U型蓄冰盘管为内融冰式，置于钢制或玻璃钢制槽体内构成整体式蓄冰槽；或以约12片为一组，置于钢筋混凝土槽体或筏基内，其布置如图2-10。

蓄冷设备的种类（下）四、封装式蓄冰装置将蓄冷介质封装在球形或板形小容器内，并将许多此种小蓄冷容器密集地放置在密封罐或开式槽体内，从而形成封装式蓄冰装置。如图2-11。运行时，载冷剂在球形或板形小容器外流动，将其中蓄冷介质冻结、蓄冷，或使其融解，取冷。

封装在容器内的蓄冷介质有二种，即冰和其它相变材料，现分述以下：1.冰此种类型的封装容器现在有三种形式，即冰球、冰板和蕊芯摺囊式冰球。此种蓄冷装置运行可靠，流动阻力小，但载冷剂充注量比较大。以冰球式蓄冰罐为例，乙二醇需要量约27.6Kg/RTH，冰/水重量约37.8Kg/RTH，蓄冰罐本体重量约8.3Kg/RTH，但是，载冷剂的流动阻力仅约2.0mH2O。

(1)冰球冰球封装式蓄冰装置以法国CIAT公司和深圳中亚特公司为代表。封装球为硬质塑料制空心球，壁厚1.5mm，外径95mm或77mm。封装球内充注水，予留约9%的膨胀空间，水在其中冻结蓄冷。外径95mm冰球，换热表面约2.8m2/RTH，每立方米罐体空间容纳Φ95mm冰球1300个，Φ77mm冰球2550个，总蓄冷量约16.2RTH，潜冷蓄冷量约13.8RTH。值得注意的是，不管采用开放式槽体还是封密罐，均需注意冰球要密集堆放，避免载冷剂从自由水面或无球空间旁通流过。(2)冰板

冰板封装式蓄冰装置以美国Reaction公司为代表，如图2-12。中空冰板的外形尺寸为812×304×44.5mm，由高密度聚乙烯制成，板中充注去离子水，其换热表面积为2.32m2/RTH。

冰板有次序地放置在卧式圆形密封罐内，冰板约占罐体积的80%，罐中载冷剂的流程可为1、2和4流程。密封蓄冰罐尺寸小至直径1.5m、长度2.4m，大至直径3.6m、长度21m，其潜冷蓄冷能力从76RTH至3600RTH。蓄冰罐可置于室内，室外或地下。(3)蕊芯摺囊式冰球蕊芯蓄冰摺囊为台湾产品，如图2-13。蕊芯摺囊由高弹性高强度聚乙烯制成，摺皱有助于适应冻结和融冰时内部冰/水体积变化而产生的膨胀与收缩。同时，两侧设有中空金属蕊芯，首先可增强热交换，另首先起配重作用，在开放式槽体内放置时冻结后不会浮起。蕊芯摺囊式冰球直径为130mm，长度242mm，球内充注95%的水和5%添加剂，以增进冻结。每1000个摺囊球的潜冷蓄冷量为58.85RTH。2.其它相变材料现在采用的其它相变材料重要是共晶盐，能够美国Transphase公司为代表，其蓄冷介质以五水硫酸纳化合物为主，充注在高密度聚乙烯板式容器内。高温相变蓄冷介质材料的核心有二点：(1)但是冷。蓄冷介质应含有精确的冻结点，以保冻结完全以及取冷时供冷水温不致过高。(2)不层化。普通共晶盐在过饱和状态融解时，一部分无机盐可能沉在容器的底部，而使部分液体浮在容器上部，此种现象称为"层化"。层化现象可使共晶盐在重复冻结与融解后来，融解潜热大幅度减少，这样将大大减少蓄冷装置的蓄冷能力。影响层化的因素诸多，重要是共晶盐种类，核化办法，以及封装容器的厚度。现在高温相变蓄冷的缺点是造价较高，并且，冻结融解温度为5～6℃的相变材料尚待进一步开发研究。五、动态制冰装置：1.片冰滑落式上述两种蓄冰装置其蓄冰层或冰球系一次冻结完毕，故称为静态蓄冰。蓄冰时，冰层冻结的越厚，制冷机的蒸发温度越低，性能系数也越低。如果控制冻结冰层的厚度，每次仅冻结薄层片冰，而进行高运转率地重复快速制冷，则可提高制冷机的蒸发温度（约-4～-8℃），比采用冰盘管时提高2～3℃。片冰滑落式蓄冰装置就是在制冷机的板式蒸发器表面上不停冻结薄片冰，然后滑落至蓄冰水槽内，进行蓄冷，此种办法又称为动态制冰。该种类型的蓄冰装置的代表性厂家有Turbo、Mueller和Morris等公司。图2-14为片冰滑落式蓄冰装置的典型示意图。蓄冰过程。图2-14(a)为片冰冻结及蓄冷过程。通过水泵将蓄冰水槽的水自上向下喷洒在制冷机的板状蒸发器表面，使其冻结成薄冰层。当冰层厚度达成3～6mm时，通过制冰机上的四通阀，将高温气态制冷剂通入蒸发器，使与蒸发器板面接触的冰融化，则片冰靠自重滑落至蓄冰水槽内，如此重复进行"冻结"和"取冰"过程。蓄冰水槽的蓄冰率为40～50%。取冷过程。图2-14(b)为融冰取冷过程。空调回水仍可自上向下地喷洒在制冷机的板状蒸发器表面，或向蓄冰水槽均匀送入空调回水，使槽内片冰不停融化，而送出温度颇低的空调用水。为了满足全日供冷需要，取冷过程制冷机可同时运行，以减少流经板状蒸发器表面的空调回水，使其降温后流入蓄冰水槽，这样，能够延缓融冰过程，以确保供冷规定。片冰滑落式蓄冰装置，取冷供水温度低，融冰放冷速率极快，特别适合尖峰用冷。但是，该种蓄冰装置初投资较高，并且需要层高较高的机房。2.冰晶式蓄冰装置冰晶式蓄冰装置也属于动态制冰，它是通过冰晶制冷机将低浓度的乙烯乙二醇水溶液冷却至低于0℃，然后，将此状态的过冷水溶液送入蓄冰水槽，溶液中即可分解出0℃的冰晶。这种过程犹如自然界降过冷态的雨，着地立刻形成"雨冰"；又如冬季凌晨过冷状态的雾与树木接触，在其上形成冰层，即所谓"树挂"。如果过冷温度为-2℃，即可产生2.5%的直径约100微米的冰晶。由于单颗粒冰晶十分细小，冰晶在蓄冰水槽中分布十分均匀，水槽蓄冰率约50%。结晶化的溶液可用泵直接输送。冰晶制冷制冷机产品以加拿大Sunwell公司和美国Mueller公司为代表，单台最大制冷能力不超出100冷吨。以TS-30型为例，其制冰能力为30冷吨，配有半封闭活塞式制冷机，水冷壳管式冷凝器，吸气分液蓄液器，气液回热器等。其特殊之处在于蒸发器部分，该机配有6个长度为1.83m的套筒式蒸发器，内管直径约300mm。制冷剂R-22从内外管之间的夹层内通过；冰/水双相液为8%的乙二醇水溶液，在内管中过冷。为了保持内管内壁表面温度均一，配有三台电动擦拭机，每台负责二个套筒蒸发器。该机外型尺寸为2.36m长、1.75m宽、2.16m高，能够制造冰晶，也可像普通冷水机组同样备制冷水。3、气体水合物相变材料蓄冰这是一种新型的蓄冷技术，自80年代以来，人们提出运用一种称为气体水合物的包络状水结晶体，作为蓄冷的高温相变材料，重要是运用那些常规制冷剂形式的气体水合物。致冷剂气体水合物含有适合空调蓄冷的抱负性质，其形成结晶的温度在8～12℃，结晶形成时释放的反映热较大，（330～380KJ/Kg）传热性能也比较好，另外，这种高温相变蓄冷材料含有较好的化学稳定性，腐蚀性低、安全性好。1994年以来，已受到我国国家自然科学基金委员会支持，现在已建成实验台,并从中测试，提示了气体水合物形成的某些基本规律，并获得了构造这类高性能空调蓄冷材料的基础数据和办法，相信很快的将来会将之使用在工程实践中去。现在在广州能源所主持下进行进一步的研究开发。

（3）水蓄冷系统水蓄冷系统投资较低，首先由于普通用于空调的冷水机，均可直接用于水蓄冷，因而即使在蓄冷阶段也可保持较高的制冷效率，另首先蓄冷用水池往往能够和消防水池等共同使用，因而能够节省水池构造部分的单独投资。

但是，水蓄冷运用的是水的显热变化，由于水的比热远远不大于其相变热量（水比热为：1.0Kcal/kg·℃，水冰相变热为：80Kcal/kg·℃），因此，即使将运用的水温差加大到10℃（5℃/15℃），其单位容积蓄冷量也要比冰蓄冷小10倍之多。并且其可运用温差影响因素诸多，由于水蓄冷技术重要是运用水的物理特性，随着水温的减少其密度也在不停加大，如果不受到外力扰动，普通容易形成冷水在下，热水在上的自然分层状态，但水在4℃下列时物性却出现明显的非规律性变化，即4℃水温时其密度最大（冰下鱼儿的生存条件也是运用了这个条件），因而水蓄冷水温可运用的下限为4℃。影响水蓄冷效率的重要因素是如何尽量减少水池内冷热水（进出水）之间的直接渗混。而影响渗混的核心是进出水口处的水流扰动和不可避免的水流与池壁之间摩擦引发的扰动。固然制冷机与否能提供稳定的较低水温的冷源是前提条件。我们能够初步规纳为以下几个因素来分别研究：冷机可提供的最低水温，空调系统设计中允许采用的最高水温（例如惯用为7℃/12℃），水池构造形式，进出水口的分布器构造，水池允许的水位多少，水池保温条件等等。现在，认为蓄冷效率最高的是分层蓄冷水池。所谓"分层"就是仅只运用密度的影响将热水与冷水分隔开。为了使蓄冷水池达成分层，就要在上部热区和下部冷区之间发明和保持一种温度剧变层，依靠稳定的温度剧变层制止下部的冷水与上部的热水互相混合。如图3-1，在水池3米深度处形成温度剧变层，该层将4℃的冷水和13℃的热水分开，温度剧变层的厚度越薄越好，普通不但愿超出0.5m。蓄冷水池应通过水流分布器从池中取水和向池中送水，水流分布器可使水缓慢地流入水池和从水池流出，以尽量减少紊流和扰乱温度剧变层。这样，才干如图3-2所示，当蓄冷时，随着冷水不停从下部送入水池和热水不停从上部被抽出，温度剧变层稳步上升。反之，当取冷时，随着热水不停从上部流入和冷水不停从下部被抽出，温度剧变层逐步下降。好的分层的蓄冷水池所蓄存能量的90%能够有效地用于供冷。水温在槽内的分布状况，可参见图3-1，3-2。一、蓄冷水池蓄冷水池可为钢制或钢筋混凝土制，形状可为园形或矩形。蓄冷水池最佳的形状是平底立式圆柱形，圆柱形水池外表面与体积之比不大于同体积的矩形水池。再者，对圆柱形蓄冷水池的高径比有一定限制，由于，增加高径比能够减少温度剧变层所占据的水池容积，提高蓄冷效率，但是，水池造价将有所增加，因此，钢筋混凝土蓄冷水池的高径比普通为0.25～0.5。地面以上钢槽，高径比可采用0.5～1.2。

其它形状的蓄冷水池也可采用，但必须注意避免由于水流垂直运动，造成冷热水混掺。不但愿采用卧式圆柱形蓄冷水罐，它难以解决分层问题。蓄冷水池的体积可按下式计算：

式中：ESC―设计日所需蓄冷量KW·h。P－容积率与贮槽构造、形式等因素有关，普通为1.08～1.3，对分层蓄冷型水槽可取低限，对多槽混合型及容量小者可取高限。h－蓄冷效率与蓄槽构造、形式、保温状况等有关，普通取为0.8～0.90.Dt－水蓄冷槽可运用的进出水温差，普通为6～10℃。固然，实际蓄冷水池的体积应不不大于上述计算值，由于要考虑水面距池顶的空间。二、水流分布器水流分布器放置于蓄冷水池的上部（热水）和底部（冷水）。它的作用是使水以重力流或活塞流平稳地流入或引出水槽，方便使水按不同温度对应的密度差别依次分层，形成并维持一种稳定的斜温层，以确保水流在贮槽内均匀分布，扰动小。此斜温层流体力学特性可用弗兰德（Frande）准数决定，同时也受雷诺（Renolds）准数及系统运行合理与否的影响。Fr准数的流体力学物理意义是作用于流体的惯性力与浮升力之比，无量纲。它是确立形成斜温层的必要条件，流体状态与Fr准数值之间的关系，经大量研究能够用下列数值作简朴鉴别：当Fr≤1时，在进出口水流中，浮力不不大于惯性力，则流型为重力流；当Fr>1时，重力流仍将维持；当Fr≈2时，惯性流为主、水流混合明显出现。所觉得了使取冷时从上部进入的热水和蓄冷时从下部进入的冷水，重要依靠密度差而不是依靠惯性力横向流动，设计水流分布器时应确保Fr数约为1，而绝不不不大于2。Fr（弗诺德）数为惯性力与浮力之比，由下式计算：

式中：G--最大流量，m3/s；

L--分布器有效管长，m；

G--重力加速度，m/s2；hi--最小入口高度（分布器管底距池底的距离）m；ρi--进水密度，Kg/m3；ρa--周边水的密度，Kg/m3。再者，为了尽量减少温度剧变层上下部分水的混合，应确保蓄冷水进水流的Re数不超出一定范畴。Re（雷诺）数为惯性力与粘性力之比，可用下式计算：

式中：ν--水的运动粘滞系数，m2/s。对于很小的水池，但愿Re不大于200；普通来说，建议Re不超出850。对于高度超出12m的水槽Re数可合适稍大些。至于分布器孔口的水出流速度，但愿限制在0.3～0.6m/s；孔口之间的距离不大于2hi。布水器孔口应根据不同水池形式选用，普通有花管孔口形、持续缝隙形、蜗壳渐扩形等等，为使水流均匀，对应布管形状也诸多。如图3-3、3-4所示的八角形、树枝形等。三、蓄冷水系统蓄冷水池为开式水池，而空调冷水系统普通均采用闭式系统，两者如何相联是蓄冷水系统必须解决的问题。图3-5给出一种含有蓄冷水池的管道系统联接图。该系统设有四个电动蝶阀（V1～V4）用于启闭某管段，一种电动调节阀V5，一种阀前压力调节阀V6。系统共设三台水泵，水泵P1为冷冻机供冷用水泵；水泵P2为蓄冷用水泵，该泵流量不要不不大于P1，以增大进出水温差，有利蓄冷；水泵P3为取冷用水泵。

该系统能够有四种运行模式，即蓄冷工况、冷冻机供冷工况、蓄冷水池供冷工况以及冷冻机与蓄冷水池同时供冷工况。值得强调的是，只要采用蓄冷水池供冷，必须依靠V6确保阀前压力为膨胀水箱维持的系统静水压力，这样，可确保系统全部充满水，方便实现可靠的运行。

由于水池为开式状态，依靠压力传感器能够合适控制系统中水的倒流，但若空调水系统压力过高，楼层高静压过大，受压力传感器控制的阀门承压过高，操作敏捷度很受限制，会造成系统运行中的失误。因此建议采用水蓄冷的系统，不要供应超出6层的建筑。若必须供高层时，可在出口加板式换热器，将水力系统隔开，固然水温最少要损失1℃。

第二节

冰蓄冷系统设计

冰蓄冷系统形式应随选用的蓄冰设备不同而不同。最惯用的蓄冰设备是内融冰式蓄冰装置（如多种冰盘管和封装式冰球板）。下面首先针对该类冰装置，谈谈蓄冷系统的构成形式。冰蓄冷系统的制冷主机和蓄冰装置所构成的管道系统能够是多种形式，但是，基本可分为并联系统和串联系统。但是，对于冰蓄冷系统来说，必须考虑一种问题，就是夜间（即电力低谷期）需要不需要供冷？所需供冷量占所需最大供冷量的比例？

有许多建筑，特别是宾馆、饭店等商用建筑，夏季夜间仍需要一定数量的供冷量，以确保整个建筑维持一定的空气温度。由于夜间是蓄冷时间，制冷机需要产生用于蓄冰的0℃下列的低温水，如果同时有空调供冷规定，则需将0℃下列的载冷液经换热器供出约7℃的空调用冷水，这样，制冷系统运行效率低。为了提高运行经济性，应设基载冷水机组，直接供应7℃左右的冷水，以确保夜间或蓄冰时期空调所需冷量。对于夜间供冷负荷比较少的建筑，此基载冷水机组重要夜间使用；如果夜间供冷负荷较大，此基载冷水机组可全天使用，以减少初投资。固然，如果夜间建筑所需供冷量极少，也不适宜设立基载冷水机组，可由蓄冰用低温载冷液负责承当。一、并联系统图3-6为并联系统。全系统由两部分构成，一部分为空调用冷水系统，介质为水；另一部分为乙二醇水溶液系统（图中点画线框内部分）可进行蓄冷或供冷。

乙二醇水溶液系统则由制冷主机、蓄冰槽、板式换热器（与空调用冷水系统的分界面）和泵、阀门等构成。注：表中水温值仅为示例。空调用冷水共有三个回路，一路为基载冷水机组回路，可昼夜供应空调用冷水；一路为通过板式换热器1被来自乙二醇水溶液制冷机的低温溶液冷却的空调水回路；尚有一路为通过板式换热器2被来自蓄冰槽的低温乙二醇水溶液冷却的空调水回路。蓄冰时，阀门V1、V2、V4关闭，启动阀门V3、V5，制冷机向蓄冰槽供应低温乙烯乙二醇水溶液，使蓄冰槽中蓄冷介质冻结。蓄冷过程乙二醇水溶液温度不停减少。供冷时能够有三种运行模式：(1)制冷主机单独供冷。除阀门V1启动以外，其它阀门全部关闭，将来自制冷主机的温度较低的乙二醇水溶液供至板式换热器1，以产生空调用冷水。为了提高运行效率，应尽量减少板式换热器的传热温差，普通取1～2℃。本示例空调供回水温度为7℃和12℃，因此，制冷主机供回水温度取5.6/10.6℃。当空调冷负荷减少时，可采用台数控制，或调节制冷主机的供冷能力。(2)蓄冰槽单独供冷。关闭阀门V1和V3，将阀门V2、V4、V5启动，并启动蓄冰槽泵P2，从蓄冰槽融冰取冷，通过板式换热器2，冷却空调用水。根据空调供水或回水温度，调节阀门V4和V5，控制蓄冰槽融冰取冷量。(3)制冷主机与蓄冰槽联合供冷。启动泵P1和P2，关闭阀门V3，即可实现制冷主机与蓄冰槽联合供冷。至于联合供冷时是以制冷主机为主，还是以蓄冰槽为主，则需根据最优控制方略决定。如果以主机为主，当制冷主机满载运行仍不能满足顾客所需冷量，则调节阀门V4和V5，从蓄冰槽取出一定冷量，以确保需要。如果以蓄冰槽取冷为主，则应关闭阀门V4、启动阀门V5，使蓄冰槽融冰取冷量为最大，同时，调节制冷主机供冷能力以补局限性。

图3-7是另一种型式的并联系统，合用于采用封装式蓄冰罐的冰蓄冷系统。该系统为二次泵系统，由于封装式蓄冰罐的流动阻力比较小，因此，不另设蓄冰罐泵。再者，如图3-7(a)，运用二次泵P2，夜间蓄冷期可同时供冷，但需调节阀门V1、V3以确保板式换热器乙二醇水溶液的供水温度不不大于0℃。如果夜间需要供冷，而需用量很小，可如图3-7(b)所示，另设夜间供冷泵P3和阀门V5、V6。启动泵3，调节阀门V5和V6，一则控制所需冷量，再则，不使供至板式换热器的乙二醇水溶液温度低于0℃，以防冻结。二、串联系统图3-8为串联系统。图中点画线框内部分为乙二醇水溶液系统，由乙二醇水溶液制冷主机、蓄冰槽、板式换热器以及泵、阀门等串联构成，运用温度比较低的乙二醇水溶液通过板式换热器冷却空调用水。对于串联系统来说，制冷主机可位于蓄冰槽上游，此时，制冷主机出水温度较高，蓄冰槽进出水温度较低，因此，制冷主机效率高、电耗较小，故普通多采用"主机上游"布置。但对冰槽来说由于融冰温差小，取冰效率较低，常会"造成万年冰"，冷量不能充足释放，特别对融冰特性不抱负的冰槽缺点更明显，常造成提供出的冷水温度过高，可供应的负荷量减少不能满足顾客规定。如果制冷主机位于蓄冰槽下游，则状况正好

相反。

串联系统与并联系统同样，除蓄冰工况以外，也能够制冷主机单独供冷、蓄冰槽单独供冷、或制冷主机与蓄冰槽联合供冷。

设计串联系统时，应注意乙二醇水溶液泵的容量与系统水温分布的拟定。蓄冰工况和制冷主机单独供冷工况，泵流量应按制冷主机空调负荷拟定。但是，当制冷主机与蓄冰槽联合供冷时，由于负荷增大，系统供回水温差必然不不大于5℃，而达成7～8℃，制冷主机或蓄冰槽的供水温度较低，影响系统供冷能力，为此应合适提高空调用水的供回水温差。再者，蓄冰工况和制冷主机单独供冷工况下，系统阻力较小；而制冷主机与蓄冰槽联合供冷时，需依次克服制冷主机蒸发器、蓄冰槽和板式换热器的阻力，因此，按最不利工况拟定泵扬程，在绝大数运行工况下势必要增加泵的电耗。采用串联泵，如图3-9，能够解决此问题；启动泵P1和P2，调节阀门V1和V2，该系统在夜间蓄冰期能够同时供冷。

三、冰晶或冰泥式蓄冰系统冰晶式冰蓄冷空调系统，是一种将低浓度载冷剂（如乙二醇水溶液）经特殊设计的制冷机组（称之为超冰机）冷却至冻结点温度下列，使之产生非常细小而均匀的冰晶，它们的直径约为100微米。与载冷剂形成泥浆状的物质，经泵输送蓄冰槽储存，以提供尖峰负荷的需求。超冰机可持续不停产生冰泥而不需要热气脱冰装置，蓄冰槽内也无需特殊的储冰元件。这种系统的重要设备费用在制冷机上，蓄冰槽构造简朴，只需足够空间，作合适防水保温即可。这类系统现在还较适合于小容量制冰机长久持续运转，平时可储存下的冰晶能够在负荷高峰使用。如图3-10所示。故常应用于一周式分量冰蓄冷运转模式。并且冰晶式生产的冰晶较均匀，不会像其它冰蓄冷方式那样容易产生冰桥及死角，由于冰晶生产过程是在制冷机组的蒸发器内完毕。由于冰晶直径极小，因此总的换热面积大，融冰速率快。现在大规模约为176KW，尚不适于大型系统。四、外融冰系统外融冰蓄冷系统为开式流程，因此系统的设计核心与水蓄冷系统相似，如图3-11所示，管内能够像普通内融冰同样走二次冷媒，也能够用直接蒸发制冰，典型产品有美国BAC公司和Evapco公司的产品。这样的冰蓄冷系统效率高，冰盘管较粗、蓄冰快，融冰速率大。最重要的特点是释冷温度能稳定地维持在2～3℃。甚至1～2℃之间，因此它可方便地用于工业的冷水供应系统。也可为室内选用低温空调系统较好地发明先决条件。五、气体水合物蓄冷系统前面已简朴介绍过，它是一种高温（4～8℃）相变系统，系统中的气体水合物蓄冰槽中，装有蓄冷介质，涉及水和致水合介质（是某几个制冷剂的混合物，如R11/R22。蓄冷介质在促晶器中形成水合物晶核，重要的水合物生成相变反映和换热过程都在蓄冷槽中进行。蓄冰槽中不必设立机械搅拌装置，而是运用浮升力和流体的流动造成一定的搅动，使水合物晶体和部分致水合物介质悬浮于水中，由于其中R11、R22的比重不不大于水，在重力作用下，会自然集于蓄冷槽下部，而部分水则集于蓄冷槽上部。

气体水合物的密度介于水和致水合介质之间，则悬浮于中部水中（二区）。下降管（4）由三区的水域引出，下降管（3）由三区的致水合介质区域引出，由管（4）、（3）引出的水和致水合介质会合后进入促晶器（5），在促晶器中造成充足混合，在低于水合物临界分解温度的条件下，形成微小水合物晶体，然后经回流管（6）回到蓄冷槽，由喷嘴（7）喷入一、二、三区。回流管及喷嘴成对称分布，喷出液体的动能形成力矩使槽中介质造成旋转运动，达成进一步混合的效果。当下降管（4）及（3）的混合液温度高于相变结晶温度时，通过促晶器的回流液由管（6）回到蓄冷槽中，与换热器（1）中的载冷介质进行热交换，温度持续下降，当混合液温度低于结晶相变温度时，进入结晶器后在结晶器中形成水合物晶体。含有结晶体的回流液通过回流管（6）回到蓄冷槽中，吸取冷量进一步生长结晶。随着相变结晶过程的进行，蓄冷槽中气体水合物（晶体）越来越多，流动性越来越差。这时靠槽中的扰动促使致水合介质