冰蓄冷范文10篇

冰蓄冷范文篇1

关键词控制策略优化控制冰蓄冷系统

AbstractInvestigatesthethreecontrolstrategies-chiller-priority,storage-priorityandoptimalcontroloficestoragesystems.Givesandalgrithomtoreducetheelectricchargewithcost-effectiveallocationofcoolingbetweenthechillerandstorageandanexampletocomparethechargeswithchillerpriorityandthatwithoptimalcontrol,whichshowsthelatterstrategycanbetterrealizethepotentialofthestoragesystemandtheratestructure.

keywordscontrolstrategyoptimalcontrolicestoragesystem

1前言

冰蓄冷系统可以削减电负荷高峰，缓解电力紧张，减少电力建设投资。因此自80年代初至今美国、日本等地得到广泛应

用。目前我国不少省市已实施分时电价，以鼓励用单位在电负荷谷进用电，北京等一些城市更是明确规定利用电力制冷的单位必须安装冰蓄冷系统，否则将控制高峰用电量。

冰蓄冷系统可以分为全负荷冰蓄冷系统和部分负荷冰蓄冷系统。全负荷冰蓄冷系统是在供冷时不使用冷冻机，只依靠蓄冰罐融冰来满足冷负荷需求。这种系统要求的蓄冰罐和冷冻机容量都比较大，一般用于体育馆、影剧院等负荷大、持续时间短的场所。对于一般商业建筑，则由于其初投资过大而很少采用。部分冰蓄冷系统在供冷时则依靠蓄冰罐融冰和冷冻机共同运行负担冷负荷，冷冻机和蓄冰罐容量都比较小，初投资和运行费可以达到综合最优，因而被一般商业建筑广泛采用。本文只讨论部分负荷冰蓄冷系统的控制。

2冰蓄冷系统的控制策略

部分负荷冰蓄冷系统的控制就是要解决冷负荷在冷机和冰罐之间的分配问题。常见的控制策略有冷机优先、蓄冰罐优先和优化控制。

2．1冷机优先

冷机优先的策略是尽量让冷冻机满负荷负荷运行。如果冷负荷小于冷冻机制冷能力则蓄冰罐不融冰供冷，完全依靠冷冻机负担冷负荷。如果冷负荷超过了冷冻机制冷能力，则在冷冻机满负荷的情况下，依靠冰罐融冰来负担不足的部分。冷机优先的控制策略工程实现简单，运行可靠，但这种控制策略在冷负荷较小时，冰罐使用率极低，不能有效地削减电负荷高峰和降低用户电费。

2．2蓄冰罐优先

蓄冰罐优先的策略是尽可能地利用蓄冰罐融冰来负担冷负荷。当冰罐不能完全负担时，依靠冷冻机负担不足的部分。这种策略能最大限度地利用蓄冰罐。但因为要保证冷源能负担每天的峰值冷负荷，蓄冰罐不能融冰太快，所以需要对负荷进行预测以决定各时刻的最大融冰量。因此，冰罐优先的控制策略实现起来较为复杂。而且在我国电价结构下并非最经济的运行方式，对削减电负荷的晚高峰贡献不大。

2．3优化控制

优化控制是提出某目标函数，在一定的约束条件下，使该目标函数达到极值。为了使冰蓄冷系统最大限度地发挥作用，尽可能地减少电负荷高峰期的用电，使用户的电费最少，就需要对冰蓄冷系统进行控制策略。Stethmann在文献[1]中提出了冰蓄冷系统的控制策略，并对美国圣地亚哥一幢9200m2的建筑进行了模拟分析，发现控制策略与冷机优先相比，节省运行费42%。Braun在文献[2]中比较了冷机优先、蓄冰罐优先、优化控制的经济性，发现在美国威斯康星电价结构下，天气凉爽时，控制策略比冷机优先节约运行费25%；而典型设计日基本不节省运行费。该文提出优化目标的约束条件，但没有对对蓄冰罐融冰的约束进行分析。

3优化控制方法

优化控制的目标是在满足用户需求的条件下，使运行费最少，这样不仅对用户有利，而且可以拉平电负荷，对整个电网有利，促进合理用电。

该用户k时刻的负荷为qk，其中冷机负担qik，冷冻机出力qrk的费用为R（qrk），蓄冰罐出力qik的费用为I（qik）。全天的运行费M为

（1）

优化的目标是使M最小。

优化的结果是：

（2）

其中：qrkmax为冷冻机k时刻的最大制冷能力；

qikmax为蓄冰罐k时刻的最大融冰供冷能力

这里需要注意的是：蓄冰罐最大融冰供冷能力与蓄冰罐中剩余的冰量有关，也就是与蓄冰罐以前的融冰量有关。

按蓄冰罐、冷冻机性能给出具体的约束条件，按电价结构、用户负荷、系统性能给出具体目标函数后，可以使用最优化方法求解该问题，得以的结果是各时刻冷冻机和蓄冰罐分别负担的冷负荷qrk、qik。

4实例分析

为了探讨在华北地区电网电价结构下优化控制的经济性，笔者对北京某建筑的冰蓄冷系统在优化控制和冷机优先的两种控制策略下的全年运行费进行比较分析。

华北电网电价结构为：

高峰平峰低谷

时间8：00～11：007：00～8：0023：00～7：00

18：00～23：0011；00～18：00

电费0.534元/kWh0.318元/kWh0.118元/kWh

该建筑采用部分负荷蓄冰系统，有4台RTHB4502螺杆式冷水机，空调工况制冷能力5564.6kW，蓄冷工况制冷能力3784kW，耗电量为1032kW，71个Calmac1190A冰罐，系统见图1，典型设计日的逐时负荷见表1。

图1

表1典型设计日负荷

时刻78910111213141516171819

负荷1878.22077.42191.22561.22105.91992.02760.43215.73101.92162.8369.9313256.1

因为RTHB4502部分负荷性能优越，为简化计算，假定空调工况与蓄冰工况的耗电量分别与负荷成正比（这样得到的结果偏于保守）。即：

R（qrk）=qrk×（1032/5564.6）×Ek=qrk×qk(3)

其中Ek为k时刻电价；

ak为冷冻机单位供冷负荷的费用，等于（1032/5564.6）×Ek。

因为本建筑只在电负荷低谷期蓄冰，故蓄冰罐供冷的费用简化为：

I（qik）=qik×bk（4）

其中bk为冰罐负担单位冷负荷的费用，等于（1032/3784）×E低谷，E低谷为低谷电价。

下面给出具体约束条件：

（5）

关键是qikmax的确定，文献[1][2]对此均未作进一步分析。笔者利用Calmac在文献[3]中给出的产品性能曲线，综合出蓄冰罐最大融冰供冷曲线。Calmac1190A在回水10℃，供水6.7℃下的融冰供冷曲线可以用最小二乘法拟合为：

x=563×(1-exp(-0.316t))(6)

融冰供冷量

y=dx/dt=177.8×exp(-0.316t)(7)

即：y=177.8×(1-x/563)（8）

其中：x为已融冰供冷量，kWh；

t为时刻h；

y为各时刻的最大融冰供冷量，kW。

从式中可能清楚看出，各时刻的最大融冰供冷量与蓄冰量有关，（1-x/563）为剩余蓄冰量占部蓄冰量的比例。

这样，便可以给出qikmax的表达式：

（9）

得出优化问题是：

（10）

这是一个线性优化问题，可用单纯型法求解，具体解法参见文献[4]。结果见表2至表5。

表24月份平均气象条件下的比较/kW

时刻负荷冷机优先优化控制

融冰量冷机出力融冰量冷机出力

724050240524050

825280252825280

926520265226520

1027760277627760

1128990289928990

1230230302330230

1331470314731470

1432700327032700

1533940339433940

1631710317131710

17294902949392190

1827260272627260

1925040250425040

表36月份平均气象条件下的比较/kW

时刻负荷冷机优先优化控制

融冰量冷机出力融冰量冷机出力

727750277527750

834460344634460

9416.60416.6416.60

104787.304787.34787.30

1154580545805458

126129564.45564.6564.45564.6

136800.112355564.612355564.6

147470.81906.25564.61906.25564.6

158181.625775564.625775564.6

166744.21179.65564.61179.65564.6

175726.7162.15564.6162.15564.6

1845190451945190

193311.603311.63311.60

表47月份平均气象条件下的比较/kW

时刻负荷冷机优先优化控制

融冰量冷机出力融冰量冷机出力

725970259702597

84000.605564.64000.60

95044.605564.64725.1319.3

106088.3523.75564.6523.75564.6

117132.11567.55564.61567.55564.6

1281762611.45564.62611.45564.6

139219.53654.95564.63654.95564.6

1410263.34698.75564.64698.75564.6

1511307.25742.65564.65742.65564.6

169428.43863.85564.63863.85564.6

177549.619855564.619855564.6

185670.8106.25564.62079.63591.2

193792037921422.62369.4

表5优化控制的经济性

月份优化运行费/元冷机优先运行费/元节约运行费/元节约百分比/%

452335.27107350.755015.3851.25

570060.74124886.354825.643.9

6143662.9199926.156263.2328.14

7242877.1273942.931065.8411.34

8242877.1273942.931065.8411.34

9147115.520153654420.4827

1095307.33150908.755601.436.84

1152335.27107350.755015.3851.25

总计10465711439844393273.227.31

从表2可以看出：在冷负荷非常小时，优化控制策略充分发挥了蓄冰罐的潜力，冷冻机在电负荷高峰期完全不运行。从表3中可见，在冷负荷比较小时，优化控制在满足高峰冷负荷的条件下，在电价峰值期，尽量利用蓄冰罐融冰来满足用户冷负荷需求，其中，在优化控制策略下，完全用蓄冰罐融冰来负担8、9、10、18、19点冷负荷；从表4中可见，当冷负荷接近典型设计日负荷时，为了保证满足高峰冷负荷需求，必须控制电价峰值期的冰罐融冰量，优化控制节省的电费不多。

由于我国电价结构中18：00～23：00为晚高峰，优化控制中便留取一定量的冰以作晚高峰制冷使用。可见在我国华北地

区，冰罐优先不是最最优的控制策略。优化控制就其复杂性来说基本等同于冰罐优先，便更省运行费。

优化控制比冷机优先全年节约运行费25%，这一节约主要来源于非设计条件下，即用户日负荷小于典型设计日逐时负荷。此时，对于冷机优先策略，则以冷冻机供冷负荷，蓄冰罐基本不用（见4月份数据）；而优化控制则基本由蓄冰罐供冷负荷，节约了大量运行费（4月份省51%）。而在负荷接近设计负荷时，电费节省不多（7月份省11%）。考虑到实际设计中设计负荷往往大大超过实际负荷，冷源供冷能力偏大，在实际冰蓄冷系统中采用优化控制可以节约更多的运行费。

6参考文献

1DHStethmann.Optimalcontrolforcoolstorage.ASHRAETrans.1989.95(1):1189-1193.

2JEBraun.Acomparisonofchiller-priority,storage-priorityandoptimalcontrolofanice-storagesystem.ASHRAETrans.1992.98(2):893-962.

冰蓄冷范文篇2

关键词：冰蓄冷气象参数形状系数人工神经网络

1前言

对北京市冬夏季典型日电力负荷构成情况的调查表明：民用建筑用电是构成电力峰荷的主要因素［1］。目前，我国城市建筑夏季的空调用电量占其总用电量的40％以上。解决电力不足的途径有很多种，根据有关资料，在采用电能储存解决电力峰谷差的成熟技术中，冰蓄冷的转换效率最高［2］。在建筑物空调中应用冰蓄冷技术是改善电力供需矛盾最有效措施之一。

冰蓄冷空调系统的设计前提是设计日的负荷分布，系统主要设备的容量都是按设计日进行的。然而，100％的设计冷负荷出现时间仅占总运行时间的o％［3］。同时，由于分时电价或实时电价（RTP）的引入，建筑物中各种设备的运行控制更为复杂，运行决策必须以天、甚至小时为基础[4].1993年，ASHRAE研究项目RP776对美国蓄冷（水蓄冷、优态盐。冰蓄冷）系统的调查显承；冰蓄冷系统约占近对m个蓄冰系统总数的86.7％。从设计到运行、维护，控制及控制相关问题是蓄冷系统的首要问题。在蓄冷系统满意程度的调查中，冰蓄冷系统满意率最低，仅有50％的冰蓄冷用户认为达到了预期的设计目的人正确地运用优化和控制技术至关重要[5]

一些研究报告指出，某些蓄冷系统在降低电力峰值需求的同时，显著地增加了总的年电力消耗。因此，将最终导致发电量增加，自然资源浪费和环境污空失这些批评导致了对蓄冷系统及相关研究项目资助的减少[6].1994年，Brady根据实测数据证明，上述消极影响可以通过充分的利用蓄冰系统的优点来消除。蓄冰系统可以降低年能量消耗、峰值电力需求、年运行费用[7][8]和系统对环境的影响[6]［9］。1993年，Fiorino对Dallas某（水）蓄冷进行了改造，使蓄冷系统不但减少了运行费用，而且节约了用电量［10］［11］。冰蓄冷空调也是如此［12］［13］。

随着《中华人民共和国节约能源法》的公布施行，冰蓄冷系统节能问题受到更加广泛的重视。冰蓄冷系统优化和控制的目的是在满足建筑物供冷要求的同时，使系统空调期运行费用最小。准确的预测是蓄体系统优化和控制的基础和前提，主要包括下列内容。

2室外逐时气象参数的预测

2.l室外逐时温度

许多研究结果表明：室外温度直接影响负荷大小、能量消耗和高峰期用电量。以往温度预测算法大多建立在室外温度按正弦曲线变化的假设上。Chen通过对蒙特利尔最近十年气象数据的分析，得出了室外温度波的三种模式：近正弦波模式、降温模式、升温模式。他发现该市1月和12月份每日温度最高温度孵出现在午夜12：00.将温度波简单地假设为正弦曲线不能反映室外温度实际变化的趋势［14］。全球“温室效应”和城市的“热岛”效应的影响，需要对室外温度变化做进一步的分析和研究。况且，我们所指的室外温度是针对某个实际建筑而言的，而气象预报是一个大区域内的整体平均，二者存在着差异，因此。需要一个有针对性的预测手段。

预测中通常采用的模型包括回归模型（线性回归、多元回归等）、时间序列模型（ARIMA、ARMA、AR、MA等）、Kalman滤波模型、模糊集模型、人工神经网络模型等。

1985年Rawlingr指出对蓄冰系统，为了防止冰在热天提前耗尽，一种预测热天的办法是观察当天早晨的气温（主观预测法）。例如，在新泽西地区，如果上午8：00的温度为29℃，统计数据表明当天很可能接近“设计日”[15]

用于客观天气预测的模型输出统计（Modeloutputstatistics）可以给出精确的未来天气撒尼“然而，这种方法需要大量的气象数据和超级计算机；而不适于在线控制。实时控测。气象参数和负荷预测的方法大多数基于最小M乘回归分析。1989年MacA－rthur[16]等利用以前测量的环境温度和当地气预报的最高、最低温度来预测未来温度曲线。1995年Kawashima等采用预报的最高，最低温度和ASHRAE建议的形状系数预测环境逐时温度[17].因为利用了更有效的信息，他们的方法优于仅采用过去测量气象数据的方法。Chen对天气预报的最高、最低温度作了更详尽的修正。由数据采集系统实测室外温度，并根据算法是未来几个小时的逐时温度；同时将室外温度变化分为上升阶段和下降阶段，分别计算各时刻的形状系数；二者共同用于室外温度的预测，取得了较好的效果。

2.2逐时太阳辐射的预测

1996年，Kawshima将天气分为晴、阴、多云、雨四种典型情况。首先根据实测数据拟合出用于预测次日太阳辐射总量的多项式，然后乘以逐时的系数来预测次日的太阳辐射[18].Chen将太阳辐射细分为10个级别，并给出了它们的相对于各时刻历史最大太阳辐射强度的中值，用于太阳辐射的预测，他发现对于晴朗小时或天晴间多云（sunnyhourorday）预测效果较好；而对于不确定的天气状况，如晴间多云（clearingandclouding）则有一定的偏差[14].在建筑物能耗预测结果的报告中[19]，前六名分别为英国剑桥卡文迪许实验室的Mackay［20］、瑞典Lund大学理论物理系的Ohlsson［2］、普林斯顿大学中心研究实验室汽车研究和发展公司的Feuston[22]，南非的Stevenson[23]、日本东京电气工程部的Iijima[24]、日本东京技术大学的Kawashima[25].他们分别在各自的文章中介绍了自己的模型和预测方法。其中，只有Iijima采用了非ANN的分段线性回归方法。虽然算法取得了较为满意的结果，但是作者指出线性算法的在解决实际非线性问题时，还是有限局性的。

温度和太阳辐射是影响建筑物冷负荷的主要因素，其他参数的预测，如相对湿度等，本文不再赘述。

3建筑物逐时冷负荷的预测

简单的负荷预测方法是将当天的负荷作为第二天冷负荷的预测值。1985年Tamblyn利用测量仪器，如流量计和温差传感器产生准确的冷吨一小时冷负荷曲线，然后建立冷负荷与环境温度和内部负荷之间的函数关系，用于负荷预测[26].1989年Meredith等在利用BASIC程序进行蓄冷系统模拟时，根据ASHRAE通用负荷曲线（ASHRAE1987），采用四阶多项式回归得到方程来预测模拟日的负荷［27］。

RuChti[28]采用了标准日、最热日负荷预测器进行负荷预测。这种方法实际上是将一定时期内（如一个月）某一特殊的负荷图样作为该时期每天的负荷图样。此方法简单、计算量小、比较适合于一般的工程应用，对运行管理水平要求不高，但远不能满足优化和控制的要求。

1989年Boonyatikam等指出采用数学模型预测空调冷负荷的缺陷，包括①详细模型需要内存的增加；②数学方程不容易适应外界条件或运行状况的改变；③计算机处理时间过长；④有精度要求时，对建筑物的输人描述过多等。为了避免这些问题，作者采用基于实际空间响应（负荷）而不是理论模型的预测函数。收集相关变量的历史数据用于分析。将每一个变量，如：室外干球温度、相对温度、人射太阳辐射、风速、风向、负荷等的数值记录到数据文件中，最后采用多元线性回归导出预测方程［29］。

1989年MacArthur等采用ARMAX时序模型进行负荷预测，预测误差在5％以内[16].

1989年Spethmann[7]和1994年Simmonds［3］采用第二天预报的最高、最低温度、历史形状因子曲线，并区分了工作日与周末。首先预测室外温度，然后通过温度曲线和历史形状因子进行负荷预测，并将算法集成于预测优化蓄冷控制器。实际运行时，测量温度和负荷用于对预测值的在线修正。

1990年Ferrano采用ANN预测次日总冷负荷，并与实时专家系统结合用于迈阿密一幢建筑冰蓄冷系统控制。根据每天24小时的温度波动情况，分三种温度模式：冷（COld）10℉、暖（warm）14℉下和普通（normal）2.5℉，对神经网络进行训练。神经网络训练完成后，预测值与理想值的偏差为4％［30］。

以上研究工作具有各自的特点，然而各预测模型间没有性能对比。1993年，在ASHRAE首届建筑物能量预测竞赛中，在对比多个参赛选手的预测结果后，Kreider指出为了达到更为精确的预测效果，传统方法将让位于新的预测方法，如ANN.1995年Ka-washima采用完全相同的数据集，对包括ANN模型在内的七种预测模型（ARIMA、LR、EWMA）进行比较论证，指出ANN模型预测最精确［17］。

冰蓄冷范文篇3

关键词：家用中央空调冰蓄冷试验研究

0前言

自改革开放以来，我国国民经济以惊人的速度发展，人民的生活水平也随之不断提高。为保持国民经济高速而可持续地发展和满足人民日益增长的物质和精神要求，我国的能源部门遇到了前所未有的困难和压力。城镇用电量在不断攀升的同时，“昼夜用电峰谷”也在加大。如通过建设大量的低能效调峰电站解决“昼夜用电峰谷”是不经济的，也是对能源的一种浪费。近几年，空调用电量在城镇用电总量中所占比例不断增加，冰蓄冷空调是一种有效缓解“昼夜用电峰谷差”的技术。

1小型冰蓄冷空调系统的试验研究方案

对于普通家用空调和用冷量不大的空调用户而言，空调的可靠性、结构简单和便于安装是至关重要的，在能够满足用户需求的前提下，空调器的体积越小越好。在参考了国内外的一些大、中型冰蓄冷空调系统和对小型冰蓄冷家用空调器的文章[1]；结合小型家用中央空调的特点，提出了小型家用中央空调系统的试验研究方案（如图1）。图中A为压缩机，B为冷凝器，C为电子膨胀阀，D为蓄冰罐，E为冷冻水循环水泵，F、G、H为风机盘管，M1、M2、M3为转子流量计。

小型家用中央冰蓄冷空调系统主要由三部分组成：（a）由压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤

器、电子膨胀阀和冰蓄冷罐组成的制冷蓄冰系统。（b）由水泵，阀门，水过滤器和风机盘管构成的供冷系统。（c）由电脑、热电偶、压力传感器、转子流量计、电表、数据采集卡等组成的控制和数据采集系统。制冷蓄冰系统采用顿安（HFRS-12.5）家用中央空调的室外机，并做出了部分修改，蓄冰罐是自行设计，由企业加工而得。

2小型冰蓄冷空调系统的系统流程和设备

本文介绍的小型冰蓄冷中央空调系统较之大型冰蓄冷系统要简单得多，具有流程简单可靠，控制容易，对原有机组变动小，易于产业化等特点。该系统可以独立地以普通制冷、蓄冰、释冷和热泵四种工作模式运行。机组以蓄冰模式工作时，为用户供冷的水系统是不运行的，只有制冷系统工作，蓄冰罐作为蒸发器，将制冷系统提供的冷量提供给冷水，使其相变蓄冷制冰。在释冷模式下工作时，制冷系统是不工作的，水泵带动水系统中的循环水，从用户供冷终端流回的冷媒水与蓄冰罐中的冰进行热交换，使冰融化放冷，待冷却后重新为用户供冷。在热泵工况下，中央空调系统运行热泵模式，为蓄冰罐提供热水，水系统则将热水源源不断地送入用户终端，为房间供热。当然，我们一样可以将制冷系统和水系统同时打开，这样就与一般的家用冷水中央空调没有什么区别了。

图1冰蓄冷空调系统示意图

本位介绍的冰蓄冷中央空调系统中，最为关键的也就是蓄冰罐，它是该系统的核心部件。蓄冰罐是由10组12米长φ10的铜管组成的蓄冰管路，桶体用不锈钢板中间发泡60mm的保温材料制成。为了达到所需要的蓄冷量，我们对蓄冰管管长做了详细计算，同时要求在蓄冰过程中，各个管路结冰冰层均匀，不会造成蓄冰罐中水的流道被堵，在释冷过程中，融冰均匀，不会造成罐体中水温分层，影响供给用户的冷媒水水温。

3试验结果和分析

本系统所选用制冷机组上文已经介绍过，采用的是Copeland公司生产的柔性涡旋压缩机（ZR61KC-TFD），制冷工质为R22，其性能技术参数如图2可见。在制冰工况下，如冷凝温度为40℃，蒸发温度为-15℃，其制冷功率只有7.5Kw，远远小于其制冷工况下的制冷功率，大约只有其1/2。为提高其制冷效果，我们在试验过程中严格控制其过热度，以期达到最佳的工作状态。

在试验过程中，我们对蓄冰管上各点温度进行测量。从试验数据可以看出，在蓄冰过程中，机组的蒸发温度从-5℃降至-15℃，但其降温速度缓慢，说明整个工况运行稳定。从蓄冰罐中结冰状况看，各管路冰层厚度基本均匀，说明蓄冰罐设计合理，蓄冰均匀。在融冰释冷过程中，没有发现大块冰块上浮，蓄冰罐不同高度水温测量数据说明各管路释冷均匀，罐中没有明显的温度分层现象。

在试验过程中，压缩机高压基本稳定在1.6～1.7MP之间，主要原因是由于不同试验下，环境温度不同造成的。而压缩机吸气压力则从0.4MP缓慢下降至0.3MP，这说明在制冰工况下，随着冰层不断加厚，冰层热阻不断增大，机组的冷负荷无法释放出来，只有通过降低自身的蒸发温度，使吸气压力降低，才能保持较为稳定的制冰工况。

试验中，我们通过测量蓄冰罐水面上升程度，来计算蓄冰罐中制冰的多少。计算公式如下：

式中：

、――为水和冰的密度

S――蓄冰罐内部蓄冰面积

――水位标尺某时刻的读数与原始读数的差值

r――水的固化潜热（335KJ/Kg）

图4系统蓄冷量随时间变化图

最后得出结果，从0℃开始蓄冷如图4，1小时后，水面高度增加9mm，蓄冷15.24×103KJ；10小时蓄冷结束，水面高度增加90mm，蓄冷159.22×103KJ，在此过程中总共耗电20度。在整个过程中，本台机组可以转移用电高峰16.5度至用电低谷，以上海的“昼夜电价”为例，可以为用户节约运行成本4.17元，以夏季用电100天计算，每年就能为用户节约用电费用417元。

4结论

通过多次试验，证明本试验系统达到了设计要求，运行可靠，符合小型别墅中央空调的设计要求，能做到对电力“移峰填谷”的作用，并为用户节约了相当的运行成本。

参考文献

1.万钟民，王惠龄等．小型家用冰蓄冷空调设计和试验研究．能源技术，No.2，2003

冰蓄冷范文篇4

关键词：家用冰蓄冷空调；蓄冷；取冷；过冷度

AbstractResidentialice-storageairconditioningsystemisintroducedwithrespecttoitsprinciple,structure,designandexperimentalmethods.Itisalsocomparedwiththeordinaryresidentialairconditioningsysteminrefrigerating,volume,energyefficiencyandsub-coolingdegreeetc.Someimportantsuggestionsaregiventothisice-storagesystem.

Keywordsresidential,ice-storageairconditioning,sub-coolingdegree

1前言

冰蓄冷作为一项成熟技术，在大型中央空调系统中的应用越来越广泛，它不仅使电力负荷"削峰填谷"，提高发电设备的年利用率，也保证制冷机组满负荷高效率运行，降低空调系统的运行费用，带来了显著的社会效益和经济效益。

但是，随着人们生活水平的提高和全球气候变暖的影响，小型家用空调器近几年的增长速度是相当惊人的。椐统计，1995年全国每百户城镇居民平均拥有8台房间空调器，到2000年每百户居民房间空调器的拥有量已达40台；而在部分经济发达地区，如北京、上海和广州，这一比例已由1995年的15台/百户猛增至2000年的78台/百户[1]。家用空调器的耗电量在总空调耗电量中也占据着相当大的份额，2000年北京地区为60%，日本的统计数据为80%[2]，而且其运行特点又进一步加大了电力负荷的峰谷差异，给电力供应造成更大的压力。

本文提出将冰蓄冷技术应用到家用空调器等小型空调设备上，并对该冰蓄冷系统进行了全面的实验研究，结果表明，家用空调器配以适当的冰蓄电池冷系统，能够达到提高机组出力、降低设备容量、减少运行费用的目的，同时它起到的"削峰填谷"作用也是很可观的。

2实验装置和实验过程

2.1系统组成

家用冰蓄冷空调应具备以下特点：结构简单紧凑、蓄冷取冷方便、控制灵活有效等。图1给出了该冰蓄冷空调的系统组

成，它将直接蒸发制冰蓄冷，制冷剂内融冰取冷及大温差过冷有机的结合为一体，从而大幅度提高制冷量和制冷效率。

该冰蓄冷空调系统有以下三种运行工况：

1)蓄冷运行，阀门V1、V2、V3为开，其余为关，循环依次由压缩机1、冷凝器3、蓄冷用储液器4、双阀机构5、蓄冰槽6等部件组成：

2)取冷供冷运行，阀门V4、V5、V6、V7为开其余为关，循环依次由压缩机1、冷凝器3、蓄冷用储液器4、蓄冰槽6、双阀机构5、蒸发器7等部件组成；

3)常规空调运行，阀门V1、V4、V7为开，其余为关，循环依次由压缩机1、冷凝器3、双阀机构5、蒸发器7等部件组成。

常规空调机组在标准运行工况下：蒸发温度为2℃，过热度为5℃；冷凝温度为50℃，过冷度为3℃，R22的单位制冷量为151kJ/kg;当利用蓄冰槽使制冷剂过冷后，其冷凝温度会有所降低，而过冷度却大幅度增加（可达35℃以上），单位制冷量可达到205kJ/kg,约为35%。

系统设计的关键是蓄冰槽的设计，它的设计思路是这样的：首先确定系统白天运行进需取冷的小时数，根据大温差过冷多提供35%制冷量这一指标，得到系统的总蓄冷量和蓄冰量；然后建立直接蒸发蓄冰过程的传热模型[3]，据此算出蓄冰盘管的尺寸和长度，合理设计蓄冰槽形成状和布置蓄冰盘管；最后匹配设计其它部件，诸如储液器、膨胀阀等。

2.3实验方法

本实验基于清华同方人环设备公司生产的制冷量为12kW的户式中央空调，增加蓄冷、取冷系统部分，也就是说，在取冷运行过程中，机组提供的额定制冷量为16Kw，而不取冷时机组仍可提供12Kwr制冷量。同时设计白天运行时可取冷10小时，那么总蓄冷量为9.8冷吨时（127×103kJ），蓄冰槽的尺寸为1.35×0.6×0.8m3。

在实验过程中，针对蓄冰运行、冷机取冷供冷运行和常规空调运行三种不同方式，利用该系统中布置的温度和压力传感器（如图1所示），采集到以上三种工况的运行参数，据此考查该冰蓄冷空调的运行情况，给出制冷量、性能系数COP和过冷度，蓄冷量和取冷量随时间的变化关系，以及蓄冰槽内的温度分布等等，最后得到设计家用冰蓄冷空调系统的几点建议。

3实验结果和分析

3.1机组运行情况

由上图见，蓄冷运行时系统产生振荡，调节膨胀阀后可得到确认，系统振荡是由于膨胀阀特性与系统不匹配产生的，因此，蓄冷特环和制冷循环要使用不同的热力膨胀阀。

3.2取冷供冷与常规运行结果比较

从上面各图的比较中，基本上可以反应出家用冰蓄冷空调系统和常规空调之间的差别。在10小时的运行过程中，取冷供冷运行制冷量平均为15.6kW，常规空调平均为12kW，平均增加约30%，性能系数COP前者平均为3.7,后者为3.0，提高约0.7；过冷度前者平均可达37℃，而后者仅为2℃，可增加约35℃。这些指标者进一步说明该冰蓄冷方案是十分可行的。

3.3蓄冷和取冷特性

首先蓄冷量和取冷量随时间基本上呈线性变化。

在蓄冷过程中，蓄冷率平均为7.2kW,是冷机额定制冷量12kW的60%；但冷机所提供的冷量并没有随冰层厚度的增加而显著减少，这说明设计冰层厚度（20mm）远小于临界冰层厚度，因此蓄冰盘管间距还可以相应增大，从而减少盘管长度。

在取冷过程中，取冷率平均约为3.6kW，但在取冷初期和末期较小，因为防出的冷量为冰和水的显热，而中期取的是冰的潜热，这也是可以从过冷度的变化中看出。

实验过程中，还记录了蓄冰槽内由上至下冰水混合物的温度分布。在蓄冷过程中槽内温度分布不均匀，存在分层现象，这与很多有关直接蒸发蓄冰过程建模的假设不相符合，因此以后建模时必须适当考虑这种温度不均匀性的影响。在取冷过程

中，槽内温度分层现象更加明显，这是因为取冷运行时制冷剂和管外冰水混合物的换热温差很大，所需换热面积远远小于蓄冷时的需要所至。

4结论

4.1采用直接蒸发制冰蓄冷，制冷剂内融冰取冷及大温差过冷的方案，把冰蓄冷技术应用到家用空调器等小型空调设备

上，是行之有效的。

4.2蓄冷量的确定是系统设计的关键，它关系到制冷系统的匹配运行，系统的外形尺寸、以及初投资和运行费等技术经济问题；

4.3常规空调系统的膨胀阀和储液器不适用于蓄冷嘲热讽系统，必须重新设计，才能确保各种工况（蓄冷、取冷、常规供冷）的正常运行；

4.4家用冰蓄冷空调系统能否被推广使用，归根到底是用电政策方面的问题，如果民和电也能够实行分时计价，且峰谷电价差进一步拉大，这必将有助于该项技术的产品化，同时为解决电力供应高峰不足而低谷过剩的矛盾作出很大贡献。

参考文献

1.翟超勤，"全国家用空调器年耗电量的估算"，全国暖能空调制冷2000年学术年会论文集，2000.10

2.刘顺波等，"冰蓄冷柜式空调器技术"，家用电器科技，1998.6

3.方贵银，"直接蓄冰系统蓄冷过程动态模型研究"，热能动力工程，1999.3

4.彦启森，赵庆珠，《冰蓄冷系统设计》，全国蓄冷空调节能技术工程中心，1999.7

5.严德隆等，《空调蓄冷应用技术》，中国建筑工业出版社

冰蓄冷范文篇5

关键词：冰浆动态特性蓄冷空调

1前言

冰浆是由微小的冰晶和溶液组成，而溶液通常是由水和冰点调节剂（如乙二醇、乙醇或氯化钠等）构成。由于冰晶的融解潜热大，使得冰浆具有较高的蓄冷密度；同时由于冰晶具有较大的传热面积，使其具有较快的供冷速率和较好的温度调解特性。它不象传统的盘管式（内融冰、外融冰）和封装式（冰球、冰板）蓄冷系统的冰凝结在换热器的壁面上，增加了冰层的传热热阻，使其传热效率较低。

冰浆蓄冷系统现已被用于空调系统中，夜间低谷时蓄冷，白天高峰时供冷，冰浆蓄冷空调系统的容量一般只有高峰冷负荷的20%—50%，使其整个系统小巧、紧凑。由于冰浆蓄冷空调系统具有低温送风特性，使得整个空调系统的风管、水管尺寸减小，冷量输送的功耗也大为降低，运行成本减小。

2冰浆发生装置

常用的产生冰浆的方法有如下几种：过冷法、刮削法、喷射法和真空法等。

2.1过冷法

如图1所示为过冷法冰浆发生系统。在过冷换热器中，水被过冷到-2℃，当其离开过冷器时，大约2.5%的过冷水变成冰晶，其余大部分仍是液相，产生的冰晶落入蓄冷槽，在蓄

冷槽内由于冰、水的密度差，冰晶聚集在蓄冷槽的上部，而水储存在蓄冷槽的下部，其水温仍保持约0℃。夜间低谷时，蓄冷系统产生冰晶，使蓄冷槽内的冰晶浓度达到20%—30%；白天高峰时，蓄冷槽底部的冷水被送到空调末端换热器中向房间供冷。

图1过冷法冰浆发生系统[1]

1—制冷机组2—载冷剂（乙二醇溶液）泵3—冰浆发生器4—-2℃过冷态水5—过冷态释放装置

6—喷嘴7—水层8—冰层9—0℃水10—水泵11—预热器12、13—调节阀

2.2刮削法

如图2所示为刮削法冰浆发生系统，它由压缩机、冷凝器、节流装置、壳管式蒸发器构成，制冷剂在壳侧蒸发吸热，乙二醇溶液（6%—10%）在管内被冷却，当温度降到其凝固点以下时，溶液中产生微小的冰晶（约100μm），为了防止冰晶粘附在管内壁上，安装了一个旋转刮削板，将内壁上粘附的冰晶刮下随溶液一起送出蒸发器、进入蓄冷槽，冰浆的浓度可以根据其运行条件进行调节，一般为0%—35%。

图2刮削法冰浆发生系统[2]

1—压缩机2—冷凝器3—节流装置4—蒸发器5—吸气储液器6—载冷剂

7—冰浆8—制冷剂液体9—制冷剂气体10—搅拌器

2.3喷射法

如图3所示为喷射法冰浆发生系统，它是利用两种互不相溶流体间的换热来产生冰晶的，由制冷系统将不溶于水且比水重的流体冷却到水的冰点以下，然后由泵将流体送入喷射器产生高压并从溶液罐的上部抽吸水，由于在喷射器中产生了足够的扰动和冷却效果，使得普通的水产生冰晶。一旦冰浆混合物到达溶液罐内，较轻的冰晶漂浮在中、上部，而较重的传热流体则沉降在底部，并用于系统再循环。

图3喷射法冰浆发生系统

1—制冷剂进2—制冷剂出3—换热器4—喷射器5—冰浆发生器6—溶液进7—冰浆出8—循环泵

2.4真空法

水的饱和温度是随压力变化的，水在压力为0.0061bar、温度为0.01℃时达到其三相点。如果在真空室内喷入水，并将由水滴表面产生的水蒸气连续地抽出，被抽出的水蒸气由于吸收了液滴的热量，结果使液滴温度下降直至变成冰粒子，由液滴表面产生的水蒸气由机械压缩装置抽走，被压缩的水蒸气再由凝结器冷凝成水。

如图4所示为真空法冰浆发生系统，它由水供应系统、真空室、蒸气压缩机、蒸气凝结器和真空泵构成。水供应系统是由水罐、水泵和喷嘴组成，水泵将水加压至0.7MPa后供给喷嘴，真空室实际上是一个蒸发器，在真空室的上部空间布置有中空锥形的喷嘴，压缩系统是由两级压缩机组成，水凝结器采用壳管式换热器，用自来水作冷却水，真空泵用来抽出系统中的不凝气体。

图4真空法冰浆发生系统[3]

1—真空泵2—排气3—冷凝器4—冷凝罐5—冷却水进6—冷却水出7—第二级压缩装置

8—第一级压缩装置9—真空喷射室10—冰晶11—水泵12—水罐13—水

3动态冰浆蓄冷空调系统

如图5所示为自然循环式冰浆蓄冷空调系统。该系统采用了供热、供冷两个循环回路，每个循环回路都由冷凝器、蒸发器和调节阀组成，供冷回路的蒸发器和供热回路的冷凝器安装在空气处理箱内，用于调节向室内供应空气的温、湿度。

由冰浆发生器产生的冰浆储存在蓄冷罐中，然后由泵输送到供冷回路的冷凝器中，来自蒸发器的制冷剂蒸气在该冷凝器中冷凝成液体，并利用重力流回到蒸发器中，蒸发冷却通过空气处理箱的空气。

在供热回路中，由冰浆发生器产生的热量供给制热回路中的蒸发器，来自空气处理箱中冷凝器的制冷剂液体在重力作用下流入蒸发器，在蒸发器中以较高的蒸发温度气化吸收来自冰浆发生器产生的热量，气化后的制冷剂蒸气然后进入空气处理箱中的冷凝器放热加热流入的空气。

如图6所示为热回收式冰浆蓄冷空调系统。在蓄冷运行模式时，制冷循环中的风冷冷凝器工作，二元溶液从蓄冷罐被泵送到冰晶发生器，产生的冰晶再输送到蓄冷罐的底部，在蓄冷罐内冰晶聚集在其上部。供冷运行时，二元的冰浆溶液被送到中间换热器，将冷量传递给来自末端机组的冷媒水；从中间换热器返回的温度较高的溶液被喷洒在罐内上部的冰晶上，

图6热回收式冰浆蓄冷空调系统[2]

1—冰浆发生器2—蓄冷罐3—循环泵4—换热器5、6—空调末端机组

7—水冷冷凝器8—风冷冷凝器9—压缩机10—循环泵11—供冷12—供热

冰晶溶化后，溶液温度再下降。在热回收运行模式时，风冷冷凝器不工作、水冷冷凝器开始工作，水冷冷凝器释放的热量传递给末端机组，适用于既需要制冷、又需要制热的多功能建筑。在供热运行模式时，制冷剂流动换向，原来的风冷冷凝器现在作为蒸发器使用，制冷循环向水冷冷凝器提供热量，再由水冷冷凝器将热量传递给末端机组。

4冰浆动态特性

在常规的空调系统中，6℃/12℃的供/回水温度所产生的冷量约为25kJ/kg，这主要是由于水的显热容量较小，而采用冰浆作载冷剂可以减小所需要的循环量。

如图7所示为冰浆与冷水的供冷量比较。冰浆的供冷量是随着冰晶的浓度而变化的，如当冰晶的浓度为20%、冰晶的供/回水温度为0℃/13℃时，其冷量比为4.8，则其提供的冷量为120kJ/kg。

如图8所示为冰浆的压力降随速度和冰晶浓度的变化。冰浆的压力降与其摩擦系数、冰晶流动速度和冰晶浓度有关。在低速流动时，冰浆溶液出现了相分离，冰晶漂浮在通道的上部，这将增加不同浓度冰浆溶液间的压力降变化。从图8中可以看出，在低速流动时，不同浓度的冰浆溶液间的压力降差别变化较大，这是由于低速流动时冰晶漂浮在通道上部，引起冰浆有效流通截面积减小，从而使其流速增加，阻力变化较大；同时通道上部聚集的冰晶也使其摩擦阻力增大。在高速流动时，不同冰浆浓度溶液与冷水之间压力降差值变化较小，这是由于高速流动使得冰浆溶液成为均匀流动。

图7冰浆与冷水的供冷量比较图8冰浆的压力降随速度和冰晶浓度的变化

如图9所示为冰浆溶液的传热系数随其流量和浓度的变化。从图中可知：传热系数是随着流量的增加而增加、随着冰浆浓度的增加而减小。这是由于冰浆浓度的增加减小了溶液的扰动，通过换热器的流动是层流而不是紊流。尽管在较高冰浆浓度下，其传热系数下降，但由于微小的冰晶增加了其传热表面积，以及具有较大的传热温差，仍然使其具有较高的传热量。

图9冰浆溶液的传热系数随其流量和浓度的变化

5冰浆的其他潜在应用

冰浆溶液除了用于舒适性空调、工业生产过程、食品处理与保存外，还可用于以下方面：

5.1用于管道和换热器清洗

传统的清除管道和换热器污垢脏物的方法常采用机械方法，但对于形状复杂的换热器，该方法很难完成去污。采用10%的冰浆溶液能够完成复杂几何形状管道和换热器的清污工作[4]。

5.2用作冷藏汽车的蓄冷剂

在冷藏汽车的四周保温夹层空间内充入冰浆溶液，使车厢内保持所要求的温度，它与普通运输车辆相比，能保证冷藏食品的新鲜。冰浆的充入和更换可在专门的充冷站进行。

5.3用作灭火剂

现有的灭火装置和喷嘴仍然可以输送浓度为30%的冰浆溶液，采用冰浆溶液灭火可以使灭火时间减少一半，同时使室内温度急剧降低。与水相比，采用冰浆灭火所需的量较少[5]。

6结论

动态冰浆由于具有蓄冷密度大、流动性和传热性能好等优点，现已被用于蓄冷空调系统中用于用电负荷的“移峰填谷”，还有用于工业处理过程和食品工程领域中。随着对动态冰浆技术的深入研究，其设备成本将降低、运行效率将提高，潜在的应用领域将进一步扩大，动态冰浆是一种非常实用的新技术。

参考文献

[1]I.Bellas,S.A.Tassou.Presentandfutureapplicationsoficeslurries.InternationalJournalofRefrigeration,2005,28(1):115-121

[2]M.J.Wang,N.Kusumoto.Iceslurrybasedthermalstorageinmultifunctionalbuildings.HeatandMassTransfer,2001,37:597-604

[3]H.T.Shin,Y.P.Lee,J.Jurng.Spherical-shapediceparticleproductionbysprayingwaterinavacuumchamber.AppliedThermalEngineering,2000,20:439-454

冰蓄冷范文篇6

关键词：冰蓄冷空调初投资系统产品

0前言

我国的电力工业发展很快，96年发电装机容量已达到世界第2位，到97年底全国发电装机容量达2.5亿千瓦，2004年装机容量达到4.4亿千瓦，预计2005年要突破5亿千瓦，仅比美国装机容量少3亿千瓦左右。但是，尽管如此，我国的电力供应仍日益紧缺，尤其是高峰不足与低谷过剩的矛盾日益突出，如果全靠新建电厂来满足尖峰需求，则势必造成电厂及输配电设备投资的浪费，使国家经济遭受损失，如1997年每千瓦装机容量所产生的国民经济总产值为28800元，而到2004年则降为27300元，随着未来几年新建电厂的陆续投产，此现象将更加突出。这样不能充分利用廉价环保能源，与建设节约型社会的要求不相符合。如果采用需求侧调控的方法，如空调的冰蓄冷等可以将用电时间移至非高峰期，起到“移峰填谷”的作用。以上海市为例，历史最高用电负荷为1668.2万千瓦，而同日的最低用电负荷为1050万千瓦，其中空调用电约占45%，同使用常规空调相比，冰蓄冷空调有25%左右的移峰能力，理论上可转移11%的高峰负荷到低谷。可见大力发展冰蓄冷空调前景广阔。

但是冰蓄冷空调在我国的发展速度非常缓慢，如上海市已建成的蓄冷工程仅十余家，广东省也只有十多家，如此并没有发挥出应有的“移峰填谷”作用。为何既节能又环保的冰蓄冷空调会受到如此冷遇？

据研究，在我国已建的冰蓄冷工程中，存在以下问题：

-投资回收周期长，经济性不佳。

-设计选型复杂、设计工作量大、各部件匹配优化难。

-供货商众多，安装调试周期长，系统施工质量难以控制。

-运行操作使用困难。

-维护成本高。

以上因素阻碍了冰蓄冷空调在我国的发展。本文将探讨相关方法，试图从根本上解决上述问题，以期能够迅速、广泛地推动冰蓄冷空调在我国的正常发展。

1多种途径降低初投资

对于业主来说，选择空调系统的主要原则之一就是经济性，包括初投资和运行维护费用。国内外大量的工程实践表明，单纯的冰蓄冷加常规空调系统，由于增加了蓄冰系统和乙二醇载冷剂板式换热器，空调系统设备的初投资比常规设备高20%以上，单单依靠目前电力峰谷电价差所获得的运行节约费用，其实际偿还年限一般需7—12年，甚至达到19年，这就是制约我国冰蓄冷空调产品发展的主要原因。为此，设计院、设备制造厂、安装公司、电力部门应全力配合，从设计、设备制造、安装、选用、政策激励等方面着手，大幅度降低用户初投资。

1.1采用冷水大温差系统以降低冷水管路投资。常规空调水系统的供回水温度为7-12℃，冷水机组一般也按此设计，冰蓄冷空调在融冰与主机联合供冷时，载冷剂侧的温差要大于5℃，达到7-8℃。若将空调水系统温差提高到10℃，可以节约50%的系统循环水量以及相应的水泵电耗，水系统和空气端设备的总成本可降低5%左右。若再将空调水系统从传统并联方式变为更加灵活的串联或串并联方式、以更加灵活合理地利用冷冻水温差，还可以节约相关成本2-3%。

1.2采用大温差低温送风方式。常规空调系统从空气处理机送出来的空气温度为16℃~18℃左右，而低温送风系统的上述空气温度为7~12℃。低温送风一方面可减小空气处理机、风机规格和投资成本，另一方面也会增加冷却盘管、末端装置和管道保温投资，但投资减少金额高于投资增加金额，使得低温送风初投资可减小很多，如当送风温度为7℃时，风管尺寸减少30%~36%，空气处理机尺寸减少20%~30%，风机功率减少30%~40%。当对现有建筑的常规送风系统进行改造时，如改为低温送风，则其供冷能力可大大提高。由计算得知：低温送风与常规送风相比，空调水系统与风系统的投资可减少14%~19%，而总投资可减少6%~11%。节省用电量显著，特别是高峰期用电量减少，年运行费可降低18%~28%。此外，由于低温送风风管比常规送风风管小，还能节省建筑空间和造价，据统计，采用低温送风所需安装风管的房间顶部空间至少可以降低85~180mm，建筑工程造价相应可减少3.76%~13.6%。同时，风管等尺寸的缩小还节省基建初投资，建筑空间的减小相应增加了层高和建筑物总层数，增加建筑使用面积，这时的送风相对湿度一般为33%~38%，室内空气品质优良，具有较好的舒适度并能减少建筑病综合症的发生。

1.3充分考虑初投资的系统流程布置方式，如串联系统中冷水机下游布置方式可以降低成本，改善蓄能槽放热特性，这方面美国日本已有许多应用，甚至已在设计手册中作了专门说明，但国内目前还很少使用。

1.4大力使用国产优质设备。据调查，在国内目前已建成的一些项目中，冰蓄冷空调的冷水机和蓄冰槽(盘管、球)大都采用进口设备，而这些进口设备价格必然偏高。其实，对于冷水机组，国际许多著名企业早已在中国设立了生产基地，其制造产品质量标准、关键件来源、工艺手段等与国外完全一样，甚至还出口国外（包括对产品质量要求极高的欧洲），因此，各设计单位和业主应放心使用国内生产的品牌产品。而对于蓄冰槽(盘管、球)等，由于它们都是常规的换热部件，采用的也都是成熟的焊接、热处理及保温加工方法，国内厂家的选材质量和安全余量要求并不比国外低，该相应的国产产品在食品、制药等行业已使用多年，效果良好。同时，选用国产优质设备，在系统设计、安装、服务、零配件供应、日后维修等方面也具有更多的优势，在笔者所熟悉的冰蓄冷工程项目中，就有由于进口设备出现问题无法及时维修掉换而造成工期延误、经济受损的实例。

1.5实行积极的电力补贴政策。冰蓄冷空调系统具有移峰填谷、均衡用电负荷、提高电力建设投资效益等优点，能减少电厂和输配电设备的建设、使用环保廉价能源以降低环境污染，高效率使用已有发电设备，给国家和电力部门带来巨大利益。但要想使之得到良好发展，还必须依赖相关政策法规的尽快出台、以使建筑业主得到实惠。为缓解夏季电力高峰供电缺口，我国某些地区和个别项目采用电力补助的措施，如福建规定2004年新建的冰蓄冷空调每千伏安补贴200元，2005年新建的每千伏安补贴100元；2004年用冰蓄冷技术改造原有空调的每千伏安补贴500元，2005年进行改造的每千伏安补贴300元；2006年（以后）新建或改造的将不予以补贴。这些临时措施应制度化，建议政府、电力部门、相关设备制造商应尽快研究并颁布制度化的激励措施，特别是能够获得巨大利益的电力部门，应从实际或潜在获利中拿出部分返还业主和设备制造商，比如可考虑借鉴燃气空调的补贴制度：上海在2004年实行了燃气空调的补贴制度，规定在2004－2007年内，对纳入上海市燃气空调推进计划的燃气空调，由市政府给予100元/千瓦制冷量的设备补贴；还可比照日本和美国的冰蓄冷扶持政策：电力公司给予用户/设备厂商每转移1千瓦高峰电200-300美元的电力补贴。若政府及电力部门能对冰蓄冷空调采用类似于上述燃气空调的政策，相当于每转移1千瓦高峰用电补贴1600元，基本接近美国和日本等广泛使用冰蓄冷空调国家的补贴水平，则可降低蓄冷空调初投资8-10%，大幅度缩短冰蓄冷空调的投资回收期。

2发展系统产品降低设计安装复杂性

冰蓄冷空调设计和常规空调相比，其设计选型复杂性大大提高、安装施工难度大，故有设计施工能力的安装公司极少，工程质量较难控制，详见表1，这也是制约我国冰蓄冷空调发展的重要原因。

表1常规空调与冰蓄冷空调设计安装比较内容冰蓄冷常规空调

建筑负荷计算逐时负荷最大负荷

各种蓄冰方式经济分析有无

蓄能槽（盘管/冰球）选型计算有无

二次换热器设计选型有无

乙二醇管路水力平衡和泵选型有无

现场自动控制系统设计有无

设计工作量220-300%100%

零部件数量150%100%

安装工作量150-170%100%

施工单位能力仅几家数千家

若制造公司能够提供一种类似常规空调的系统冰蓄冷产品，使得设计师、安装公司、业主不再对冰蓄冷空调望而生畏，将会有力推动蓄冷空调事业的发展。

最近，文献[1]报道了一种系统的冰蓄冷空调产品。该系统产品由冰蓄冷主机、水力控制模块、蓄冰槽三大部件组成，见图1。

图1冰蓄冷系统产品

冰蓄冷系统产品能将分散的零部件在出厂前制作为完整的产品，选型安装方便，并结合了多项先进技术：

冰蓄冷系统产品主机形式多样，包括风冷蓄冷产品和水冷蓄冷产品，压缩机可采用涡旋、螺杆和活塞式。在缺水或日夜温差大的地区可使用风冷主机，其它地区可选用水冷主机。水冷产品中螺杆机效率较高，可优先选用。对于风冷、热回收、水源热泵型等压缩比大的应用场合，活塞机、涡旋机的效率也不错、且价格实惠，可考虑使用。对于具有多台压缩机的主机，由于其部分负荷性能好、备机功能强，同等条件下应优先考虑。

如图1，冷水机组布置在蓄冰槽下游，标准空调水进出水温度为15-5℃，调节方便，稳定，蓄冰槽的融冰释冷速度快。这样，设计师只需直接按照10℃大温差空调水来设计系统即可，不必再花费精力和时间研究如何制取10℃大温差空调水。

带有蓄能量测量装置和严密隔热防潮措施的模块式蓄冰槽，安装极其方便，只需将蓄冰槽体就位和接管即可，不需任何槽体内部安装工作。

水力控制模块包括载冷剂泵、冷却水泵、空调水泵、板式换热器、闭式膨胀水箱、过滤器、电动调节阀门、蓄冷系统的电力控制柜，以及排气、泄水口。水力控制模块已经各种运行模式的水力平衡设计和校核，换热器和水泵的工作性能匹配优化。

该系统冰蓄冷产品还能与热回收、水源热泵结合，以进一步提高使用效能和产品的可靠性。

该类产品避免了大量复杂机房设计和现场装配工作，质量可靠、运行性能佳、使用方便放心。与同类产品比较可显著降低设计、交货、安装、调试时间，见图2。这样，对于机房设计，冰蓄冷产品的设计工作量与常规空调产品相当，现场安装工作简洁，省时省力，也大大减少安装出错的可能性。

图2系统冰蓄冷产品特点

3开发先进的自适应控制系统

常规空调的运行模式单一，只要控制主机的出力和冷水温度即可；而冰蓄冷空调运行模式多样：有夜间蓄冷、白天主机单独供冷、蓄冰槽单独供冷、主机和蓄冰槽联合供冷等。除主机外还要控制蓄冰槽的工作，以及主机和蓄冰槽出力分配和优化运行，因此，普通的控制系统难以真正发挥冰蓄冷的功能。

早期的冰蓄冷工程自动控制水平不高，需要由机房操作人员手动设置运行模式。依靠工人技术水平和经验性手动控制难以胜任这些工作，致使有的冰蓄冷空调建成后蓄冷功能基本不用，有的冰蓄冷空调运行费用大大高出预期成本。手动控制不能发挥冰蓄冷的全部优势，更不能保证最低的能耗水平。近期的冰蓄冷空调工程多采用PLC结合上位机模式，用户操作界面友好，利用已建立的历史数据库，实现冰蓄冷空调全自动运行，但成本高、还不能按建筑负荷的需求自动寻求最经济有效的工作方式。

新型的冰蓄冷空调控制系统应包括：

-简单、直接、精确的蓄冰量测量装置。蓄冰量测量的准确与否直接影响到能否保证室内空调参数的稳定。

-根据外界气候条件变化或空调水温变化的情况自动判断和预测最佳工作模式和最佳空调水工作温度，即先进的自适应控制逻辑。如部分蓄冷系统的控制策略有主机优先和融冰优先两种控制策略。主机优先是指在需要用冷时，首先制冷主机运行供冷，不足部分由蓄冰槽提供，融冰优先则是先由蓄冰槽供冷，不足部分由主机提供。融冰优先的控制策略能充分利用电力低谷，节省运行费用。应能够根据气候、电力政策自动确定最佳控制策略。自适应控制逻辑将根据外部需求和蓄冰槽的蓄冰情况，最大限度地发挥融冰优先的控制优势。

-依据日程计划能在不同运行模式间自动切换。

-实现与空气端DDC（直接数字控制）装置的信息传递。

4建立设计选型软件和标准产品参数

4.1逐时负荷分布图。建筑物的负荷计算是空调设计的依据。对于常规空调系统，制冷设备的装机容量一般只需根据建筑物设计日的最大小时负荷来确定；而在冰蓄冷空调设计中，需采用专门的建筑负荷设计软件，设计师按照当地逐时气象参数与建筑维护结构参数、建筑物内居住、照明产热设备的工作时间表等数据，计算出整个供冷季节的逐时空调负荷，从而确定系统的设备容量。目前市场上主要的设备制造商都具备有关建筑负荷设计计算软件，在具体项目中可协助设计院进行建筑负荷计算。

4.2简化冰蓄冷主机选型和蓄冷模式的经济分析方法。传统的冰蓄冷空调系统，由于其制冷机和蓄冷设备容量的确定非常烦琐，因为还不能简单地依靠某个逐时负荷，而是需要结合所选蓄冷系统形式、运行与控制模式、当地电价结构及蓄冷装置的蓄、放冷特性曲线等诸多因素进行综合考虑。相比之下，文献[1]报道的系统冰蓄冷产品已经将设备匹配和设计等优化为经济运行控制模式，融冰性能完全满足要求，在确定建筑物逐时负荷后可方便地开展主机、蓄能槽、水力控制模块选型，并进行经济分析。

4.3厂家提供系统的设计数据。常规空调的产品参数在厂家样本中一般都很完整，冰蓄冷空调也应该象常规空调一样能够提供完整的系统参数，以方便设计师选型计算。如有需要的话，设备制造商还应能够针对具体项目、利用系统性能计算软件提供系统的冰蓄冷性能参数。

4.4完整的系统操作运行维护手册。在传统的冰蓄冷空调系统中，各分散的零部件供应商只负责提供部件技术资料，而由安装公司负责施工，但由于缺乏系统性操作运行维护手册，给操作者带来很大的不便。应有完整的系统操作运行维护手册，以培训操作人员，同时供日常使用参考。

5结论

采取多种途径降低初投资，努力发展系统的冰蓄冷空调产品以改善设计、安装、运行、维护的复杂程度，开发自适应控制系统以进一步降低运行费用，提高操作简便性，建立标准设计选型软件，提供标准的冰蓄冷产品参数和技术资料，将会有力地改变冰蓄冷空调在我国发展缓慢的现状。

冰蓄冷范文篇7

关键词：冰蓄冷气象参数形状系数人工神经网络

1前言

对北京市冬夏季典型日电力负荷构成情况的调查表明：民用建筑用电是构成电力峰荷的主要因素［1］。目前，我国城市建筑夏季的空调用电量占其总用电量的40％以上。解决电力不足的途径有很多种，根据有关资料，在采用电能储存解决电力峰谷差的成熟技术中，冰蓄冷的转换效率最高［2］。在建筑物空调中应用冰蓄冷技术是改善电力供需矛盾最有效措施之一。

冰蓄冷空调系统的设计前提是设计日的负荷分布，系统主要设备的容量都是按设计日进行的。然而，100％的设计冷负荷出现时间仅占总运行时间的o％［3］。同时，由于分时电价或实时电价（RTP）的引入，建筑物中各种设备的运行控制更为复杂，运行决策必须以天、甚至小时为基础[4].1993年，ASHRAE研究项目RP776对美国蓄冷（水蓄冷、优态盐。冰蓄冷）系统的调查显承；冰蓄冷系统约占近对m个蓄冰系统总数的86.7％。从设计到运行、维护，控制及控制相关问题是蓄冷系统的首要问题。在蓄冷系统满意程度的调查中，冰蓄冷系统满意率最低，仅有50％的冰蓄冷用户认为达到了预期的设计目的人正确地运用优化和控制技术至关重要[5]

一些研究报告指出，某些蓄冷系统在降低电力峰值需求的同时，显著地增加了总的年电力消耗。因此，将最终导致发电量增加，自然资源浪费和环境污空失这些批评导致了对蓄冷系统及相关研究项目资助的减少[6].1994年，Brady根据实测数据证明，上述消极影响可以通过充分的利用蓄冰系统的优点来消除。蓄冰系统可以降低年能量消耗、峰值电力需求、年运行费用[7][8]和系统对环境的影响[6]［9］。1993年，Fiorino对Dallas某（水）蓄冷进行了改造，使蓄冷系统不但减少了运行费用，而且节约了用电量［10］［11］。冰蓄冷空调也是如此［12］［13］。

随着《中华人民共和国节约能源法》的公布施行，冰蓄冷系统节能问题受到更加广泛的重视。冰蓄冷系统优化和控制的目的是在满足建筑物供冷要求的同时，使系统空调期运行费用最小。准确的预测是蓄体系统优化和控制的基础和前提，主要包括下列内容。

2室外逐时气象参数的预测

2.l室外逐时温度

许多研究结果表明：室外温度直接影响负荷大小、能量消耗和高峰期用电量。以往温度预测算法大多建立在室外温度按正弦曲线变化的假设上。Chen通过对蒙特利尔最近十年气象数据的分析，得出了室外温度波的三种模式：近正弦波模式、降温模式、升温模式。他发现该市1月和12月份每日温度最高温度孵出现在午夜12：00.将温度波简单地假设为正弦曲线不能反映室外温度实际变化的趋势［14］。全球“温室效应”和城市的“热岛”效应的影响，需要对室外温度变化做进一步的分析和研究。况且，我们所指的室外温度是针对某个实际建筑而言的，而气象预报是一个大区域内的整体平均，二者存在着差异，因此。需要一个有针对性的预测手段。

预测中通常采用的模型包括回归模型（线性回归、多元回归等）、时间序列模型（ARIMA、ARMA、AR、MA等）、Kalman滤波模型、模糊集模型、人工神经网络模型等。

1985年Rawlingr指出对蓄冰系统，为了防止冰在热天提前耗尽，一种预测热天的办法是观察当天早晨的气温（主观预测法）。例如，在新泽西地区，如果上午8：00的温度为29℃，统计数据表明当天很可能接近“设计日”[15]

用于客观天气预测的模型输出统计（Modeloutputstatistics）可以给出精确的未来天气撒尼“然而，这种方法需要大量的气象数据和超级计算机；而不适于在线控制。实时控测。气象参数和负荷预测的方法大多数基于最小M乘回归分析。1989年MacA－rthur[16]等利用以前测量的环境温度和当地气预报的最高、最低温度来预测未来温度曲线。1995年Kawashima等采用预报的最高，最低温度和ASHRAE建议的形状系数预测环境逐时温度[17].因为利用了更有效的信息，他们的方法优于仅采用过去测量气象数据的方法。Chen对天气预报的最高、最低温度作了更详尽的修正。由数据采集系统实测室外温度，并根据算法是未来几个小时的逐时温度；同时将室外温度变化分为上升阶段和下降阶段，分别计算各时刻的形状系数；二者共同用于室外温度的预测，取得了较好的效果。

2.2逐时太阳辐射的预测

1996年，Kawshima将天气分为晴、阴、多云、雨四种典型情况。首先根据实测数据拟合出用于预测次日太阳辐射总量的多项式，然后乘以逐时的系数来预测次日的太阳辐射[18].Chen将太阳辐射细分为10个级别，并给出了它们的相对于各时刻历史最大太阳辐射强度的中值，用于太阳辐射的预测，他发现对于晴朗小时或天晴间多云（sunnyhourorday）预测效果较好；而对于不确定的天气状况，如晴间多云（clearingandclouding）则有一定的偏差[14].在建筑物能耗预测结果的报告中[19]，前六名分别为英国剑桥卡文迪许实验室的Mackay［20］、瑞典Lund大学理论物理系的Ohlsson［2］、普林斯顿大学中心研究实验室汽车研究和发展公司的Feuston[22]，南非的Stevenson[23]、日本东京电气工程部的Iijima[24]、日本东京技术大学的Kawashima[25].他们分别在各自的文章中介绍了自己的模型和预测方法。其中，只有Iijima采用了非ANN的分段线性回归方法。虽然算法取得了较为满意的结果，但是作者指出线性算法的在解决实际非线性问题时，还是有限局性的。

温度和太阳辐射是影响建筑物冷负荷的主要因素，其他参数的预测，如相对湿度等，本文不再赘述。

3建筑物逐时冷负荷的预测

简单的负荷预测方法是将当天的负荷作为第二天冷负荷的预测值。1985年Tamblyn利用测量仪器，如流量计和温差传感器产生准确的冷吨一小时冷负荷曲线，然后建立冷负荷与环境温度和内部负荷之间的函数关系，用于负荷预测[26].1989年Meredith等在利用BASIC程序进行蓄冷系统模拟时，根据ASHRAE通用负荷曲线（ASHRAE1987），采用四阶多项式回归得到方程来预测模拟日的负荷［27］。

RuChti[28]采用了标准日、最热日负荷预测器进行负荷预测。这种方法实际上是将一定时期内（如一个月）某一特殊的负荷图样作为该时期每天的负荷图样。此方法简单、计算量小、比较适合于一般的工程应用，对运行管理水平要求不高，但远不能满足优化和控制的要求。

1989年Boonyatikam等指出采用数学模型预测空调冷负荷的缺陷，包括①详细模型需要内存的增加；②数学方程不容易适应外界条件或运行状况的改变；③计算机处理时间过长；④有精度要求时，对建筑物的输人描述过多等。为了避免这些问题，作者采用基于实际空间响应（负荷）而不是理论模型的预测函数。收集相关变量的历史数据用于分析。将每一个变量，如：室外干球温度、相对温度、人射太阳辐射、风速、风向、负荷等的数值记录到数据文件中，最后采用多元线性回归导出预测方程［29］。

1989年MacArthur等采用ARMAX时序模型进行负荷预测，预测误差在5％以内[16].

1989年Spethmann[7]和1994年Simmonds［3］采用第二天预报的最高、最低温度、历史形状因子曲线，并区分了工作日与周末。首先预测室外温度，然后通过温度曲线和历史形状因子进行负荷预测，并将算法集成于预测优化蓄冷控制器。实际运行时，测量温度和负荷用于对预测值的在线修正。

1990年Ferrano采用ANN预测次日总冷负荷，并与实时专家系统结合用于迈阿密一幢建筑冰蓄冷系统控制。根据每天24小时的温度波动情况，分三种温度模式：冷（COld）10℉、暖（warm）14℉下和普通（normal）2.5℉，对神经网络进行训练。神经网络训练完成后，预测值与理想值的偏差为4％［30］。

以上研究工作具有各自的特点，然而各预测模型间没有性能对比。1993年，在ASHRAE首届建筑物能量预测竞赛中，在对比多个参赛选手的预测结果后，Kreider指出为了达到更为精确的预测效果，传统方法将让位于新的预测方法，如ANN.1995年Ka-washima采用完全相同的数据集，对包括ANN模型在内的七种预测模型（ARIMA、LR、EWMA）进行比较论证，指出ANN模型预测最精确［17］。

冰蓄冷范文篇8

冰蓄冷中央空调是将电网夜间谷荷多余电力以冰的冷量形式储存起来，在白天用电高峰时将冰融化提供空调服务。由于我国大部分地区夜间电价比白天低得多，所以采用冰储冷中央空调能大大减少用户的运行费用。

冰蓄冷中央空调系统配置的设备比常规空调系统要增加一些，自动化程度要求较高，但它能自动实现在满足建筑物全天空调要求的条件下将每天所蓄的能量全部用完，最大限度地节省运行费用。

2控制系统结构

控制系统由下位机（现场控制工作站）与上位机（中央管理工作站）组成，下位机采用可编程序控制器（PLC）与触摸屏，上位机采用工业级计算机与打印机，系统配置必要的附件如通信设备接口、网卡、调制解调器等，实现蓄冷系统的参数化与全自动智能化运行。

下位机和触摸屏在现场可以进行系统控制、参数设置和数据显示。上位机进行远程管理和打印，它包含下位机和触摸屏的所有功能。整个系统以下位机的工业级可编程序控制器为核心，实现自动化控制。控制设备与器件包括：传感检测元件、电动阀、变频器等。

2.1下位机系统（区域工作站）

2.1.1TP21触摸屏

采用TP27彩色触摸屏作为操作面板，完全取代常规的开关按钮、指示灯等器件，使控制柜面谈得更整洁。并且，TP27触摸屏在现场可实现状态显示、系统设置、模式选择、参数设置、故障记录、负荷记录、时间日期、实时数据显示、负荷曲线与报表统计等功能，中文操作界面直观友好。

2.1.2SIEMENS可编程序控制器

SIMATICS7-300系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化，其强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

该产品具有光电隔离，高电磁兼容；具有很高的工业适用性，允许的环境温度达60℃；具有很强的抗干扰、抗振动与抗冲击性能，因此在严酷的工作环境中得到了广泛的应用。

自由通讯口方式也是S7-300型PLC的一个很有特色的功能，它使S7-300型PLC可以与任何通讯协议公开的其它设备、控制器进行通讯，即S7-300型PLC可以由用户自己定义通讯协议（例ASCII协议），波特率为1.5Mbit/s（可调整）。因此使可通讯的范围大大增加，使控制系统配置更加灵活、方便。任何具有串行接口的外设，例如：打印机或条形码阅读器、变频器、调制解调器（Modem）、上位PC机等都可连接使用。用户可通过编程来编制通讯协议、交换数据（例如：ASCII码字符），具有RS232接口的设备也可用PC/PPI电缆连接起来进行自由通讯方式通讯。

当上位机脱机时，在下位机控制下，整个系统能正常运行。

2.2上位机系统（中央管理工作站）

2.2.1上位机

上位机即图文控制中心，主要由PC机和激光打印机组成，采用SIMATICWINCC软件平台，采用全中文操作界面，人机对话友好。管理人员和操作者，可以通过观察PC机所显示的各种信息来了解当前和以往整个冰蓄冷自控系统的运行情况和所有参数，并且通过鼠标进行设备管理和执行打印任务。

2.2.2WINCC软件平台

WINCC软件在自动化领域中可用于所有的操作员控制和监控任务。可将过程控制中发生的事件清楚地显示出来，可显示当前状态并按顺序记录，所记录的数据可以全部显示或选择简要形式显示，可连续或按要求编辑，并可输出打印报表和趋势图。

WINCC能够在控制过程中危急情况的初发阶段进行报告，发出的信号既可以在屏幕上显示出来，也可以用声音表现出来。它支持用在线帮助和操作指南来消除故障。某一WINCC工作站可专门用于过程控制以使那些重要的过程信息不被屏蔽。软件辅助操作策略保证过程不被非法访问，并提供用于工业环境中的无错操作。

WINCC是MICRSOFTWINDOWS98或WINDOWSNT4.0操作系统下，在PC机上运行的面向对象的一流32位应用软件，通过OLE和ODBC视窗标准机制，作为理想的通讯伙伴进入WINDOWS世界，因此WINCC可容易地结合到全公司的数据处理系统中。

3冰蓄冷系统的控制

3.1控制目的、范围及主要受控设备

蓄冷控制系统控制目的：通过对制冷主机、储冰装置、板式热交换器、系统水泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制，调整储冰系统各应用工况的运行模式，在最经济的情况下给末端提供一稳定的供水温度。同时，提高系统的自动化水平，提高系统的管理效率和降低管理劳动强度。

控制范围包括整个冰蓄冷系统的参数状态显示、设备状态及控制，主要控制设备有：双工况主机、电动阀、冷却塔、冷却水泵、蓄冰装置、初级乙二醇泵、板式换热器、次级乙二醇泵等。

3.2控制功能

控制功能包括整个冰蓄冷系统稳定、经济运行所需的功能。

3.2.1工况转换功能

根据季节和机器运行情况，自控系统具备以下工况转换功能：

a）双工况主机制冰同时供冷模式；b）双工况主机单独制冰模式；c）主机与蓄冰装置联合供冷模式；d）融冰单独供冷模式；e）主机单独供冷模式。

3.2.2工况的启停、显示和故障报警功能

控制系统按编排的时间顺序，结合负荷预测软件，控制制冷主机及设备的启停数量及监视各设备之工作状况与运行参数，如：

-制冷主机启停、状态及故障报警；-制冷主机运行参数；-制冷主机缺水保护；-制冷主机供/回水温度、压力遥测和显示；-冷冻水泵启停、状态及故障报警；-乙二醇泵启停、状态及故障报警；-冷却水泵启停、状态及故障报警；-压差旁通管的压差测量与显示；-冷却塔风机启停、状态及故障报警；

-冷却塔供/回水温度控制与显示；-供/回水温度、压差遥测控制与显示；-板式换热器侧进出口温度控制与显示；-蓄冰装置进、出口温度遥测控制与显示；-冷冻水回水流量控制与显示；-电动阀开关、调节与阀位控制与显示；-室外温湿度遥测控制与显示；-蓄冰量测量与显示；-末端冷负荷控制。

3.2.3数据的记录和打印功能

控制系统对一些需要的监测点进行整年趋势记录，控制系统可将整年的负荷情况（包括每天的最大负荷和全日总负荷）和设备运转时间以表格和图表记录下来，供使用者使用。所有监测点和计算的数据均能自动定时打印。

3.2.4手动/自动转换功能

控制系统配置灵活的手动/自动转换功能。

3.2.5优化控制功能

根据室外温度、天气预报、天气走势、历史记录等数据自动选择主机优先或融冰优先。在满足末端负荷的前提下，每天使用完储存的冷量，尽量少地运行主机。充分发挥冰储冷系统优势，节约运行费用。

3.2.6全自动运行功能

系统可脱离上位机工作，根据时间表自动进行制冰和控制系统运行、工况转换、对系统故障进行自动诊断，并向远方报警。触摸屏显示系统运行状态、流程、各节点参数、运行记录、报警记录等。

3.2.7节假日设定功能

系统可根据时间表自动运行，同时也可预先设置节假日，控制储冰量和储冰时间，使系统在节假日时对不需要供应空调的场所停止供冷。

3.2.8下位机操作功能

下位机彩色触摸屏操作界面见图1.

下位机操作功能如下：

a）人机对话。操作人员可通过触摸面板进行人机对话，操作界面完全中文化，具有提示、帮助、参数设置、密匙设置、故障查询、历史记录等功能。

b）系统设置。包括操作口令设置、运行设置、运行时间表设置、记录溢出处理、自动/手动/测试选择、节假日设置、系统参数设置（包括各节点温度、压力，各介质的流量，储冰量，制冰速率，融冰速率，阀门开度，末端负荷等。）

c）故障记录、运行记录、历史记录等。

3.3远程监控

控制系统通过电话线或宽带网，与专家系统连接，对系统进行运行监控、参数修改、数据采集等，使系统不断完善和软件版本升级，让用户得到更好的服务。远程监控的目的是用户可以通过PSTN（公共交换传输网）对冷冻站进行异地远程监控。同时也可以实现远程调试、远程适时监控和在线维护等，从而大大减轻工程人员的工作强度，降低工程成本。

3.4系统扩展控制

控制系统设计界面友好，PLC和触摸屏均可扩展，内容可扩展、参数也可修改，通过485通讯接口或通信协议实现BAS与冰储冷自控系统一体化，节约投资、方便管理。系统集中控制，减少了动力柜占地面积，又使动力柜型号统一、式样相同、大小一致。系统扩展控制如下：

a）污水泵自动控制；b）风、排风控制；c）活水泵稳压控制；d）防水泵定时运行、检测、报警；e）淋水泵稳压控制；f）筑物夜间轮廓照明自动控制；g）低配计量、开关状态检测、报警。

冰蓄冷范文篇9

空调是现代建筑结构的主要组成部分，随着建筑业的快速发展，空调的使用也越来越多，电能消耗逐渐增加。然而空调系统属于高耗能设施，一些发达国家的能耗占国家经济总能耗的30%以上，而空调冷热源能耗占空调总能耗的50%以上，因此不仅造成能源逐渐消耗，而且电力的稳定性也受到很大影响。例如白天人们用电较多，导致电力输送形成用电高峰，而夜晚人们的用电相对较少，则电力输送形成低谷，一些地区电网的峰谷差与这不仅给电力工业带来很大压力，而且造成了其效率的降低，为了提高电力载荷，满足需求负荷量，一些国家主要是采用扩增发电厂基础设施的数量应对用电高峰，然而不能有效解决谷底问题，而且增加了能源的消耗，随着国家能源危机的日益严峻，以及电力峰谷现象的形成，如何解决用电高峰且有效降低能源消耗成为了国家日益关注的问题。配置冰蓄冷系统的空调既是应对这个问题而产生的，它可以有效控制电力的峰谷现象，而且能有效在填补谷底的电能，迄今为止，冰蓄冷空调的应用是有效协调用电峰谷值与维持电力稳定的主要措施，根据资料统计，蓄冷空调技术可以转移空调尖峰用电负荷36.4%-45%，对平衡电网负荷有着显著的作用。在二十世纪30年代，美国为了解决制冷设备造价高问题而研发了工业制冷机，它属于最早的蓄冷空调，随着科技与工业的快速发展，制冷机的造价迅速下滑，导致制冷机市场逐渐变淡，其技术进展缓慢。然而进入20世纪50年代，日本逐渐对制冷机增加了关注，并不断对蓄冷空调进行研发与生产，促使水蓄冷空调在世界上的广泛应用。到20世纪80年代，在美国、日本、加拿大等国家先后有多达50家冰蓄冷系统开发企业，且冰蓄冷系统空调在整个北美的投资额占整个暖通系统总投资的30%左右，并在其他国家得到进一步的研发与应用。如今，冰蓄冷空调在所有空调中逐渐显示其强大的节能优势，并广泛且大量地分布于世界各地，目前美国有五千以上的蓄冷空调系统用于不同建筑物，其蓄冷技术在全美空调上的应用占据了95%以上。我国主要是从21世纪70年代开始应用蓄冷系统空调，最初较多在体育馆建筑中采用水蓄冷空调系统，随后冰蓄冷系统空调的优势而逐渐被广泛应用于各种建筑中。

二、冰蓄冷空调的建筑节能

对于冰蓄冷系统空调的建筑节能而言，可以从冰蓄冷空调对建筑能耗的经济性角度以及电力的稳定性角度进行分析。基于建筑能耗的经济性，冰蓄冷空调的应用对象可以从宏观层面划分为社会对象与用户对象，首先针对社会层面而言，冰蓄冷空调具有重要的研究价值，同时对社会经济建设与建筑工业等发展都具有很好的促进作用，这一点不言而喻；然而对于用户层面而言，冰蓄冷空调不仅具有实际的应用价值，且具有很好的投资价值，与常规空调相比，虽然冰蓄冷空调在其系统设备本身没有成本优势，但具有较强的工作效率优势，其通过系统优势可降低40%左右功率。然而，冰蓄冷空调并不是在热交换工作中体现其节能优势，因为在冰蓄冷空调系统中，制冷主机一般具有三种类型，即活塞式、螺杆式和离心式，且具有空调和制冰两种工况，其制冷能力一般随着蒸发温度降低而减少，随着冷凝温度降低而提高，通常制冷机组在制冰工况下的容量仅为标定容量的70%左右。统计数据可知，制冷剂出液温度每降低1℃，各制冷机容量大约减少3个百分点，且其制冷工况比空调底，因此冰蓄冷空调在热交换中并不节能。实际上，冰蓄冷空调的主要节能优势体现在电力低谷时刻。用电高峰与低谷形成的峰谷现象是现代电网的特点，随着科技与工业的发展，这种现象也逐渐加剧。据统计，我国大部分城市的用电高峰阶段电量占总电量的30%以上，此时如若根据高峰时段扩建发电厂以匹配电量，则在用电低谷阶段，多数发电厂不能得到有效利用。如根据平局用电负荷扩建发电厂以匹配电网，则在夏季用电高峰时刻即会产生用电负荷超过发电与电力配送设备的供电能力，导致电力频率下滑，当频率减至50Hz以下，就不能有效供电和安全用电。为了满足尖峰用电负荷需要，就必须根据尖峰用电负荷的大小来兴建更多的新电厂。在空调的社会普及率相当高后，如果采用与推广蓄冷空调技术，就可有效地把空调用电的约40％左右的负荷转移到低谷时段，利用其冰蓄冷系统优势通过蓄冰吸收热量，实现建筑节能的效果，从而提高了现有发电设备与输配电网的利用率与效率，改善电力建设的投资效益。

冰蓄冷范文篇10

明，利用STAIT模拟的结果与实测结果非常接近。

关键词冰球冰蓄冷数学模型模拟

AbstractPresentsamathematicalmodeldescribingthefreezingandmeltingprocessesoftheice-storagecontainerwithencapsulatediceinsphericalcapsulesandconsideringtheinteractionbetweenglycolandthecapsules,theheatexchangeperformanceofthecapsulesandtheheatlossoftheice-storagecontainer.WithacomputerprogrammecalledSTAITdevelopedtosolvethemodel,simulatesseveralcasesincludingfreezingandmeltingprocesses,andcomparespredictedresultsandexperimentalonesandshowsagoodfitofthem.

Keywordsencapsulatedicestoragesphericalcapsulemathematicalmodelsimulation

1引言

冰蓄冷空调系统是在空调负荷很低时制冷储存，而在新空调负荷高峰时化冰取冷，因而可以全部或部分转移制冷设备的运行时间，从而缩小供电网络的峰从电力负荷差。因此，冰蓄冷空调系统在美国、日本、澳大利亚等国家发展非常迅速，已广泛使用十几年之久。

冰蓄冷空调系统由蓄冰设备和空调系统组成。根据ARI《蓄冷设备热性能指南》，蓄冰设备可分为冰盘管、冰球、冰片滑落、冰晶等几种形式[1]。其中应用最广泛的是冰盘管和冰球[2]。

近年来许多学者对冰盘管式蓄冰设备进行了研究[3]，生产厂家也开发出许多系列的冰盘管产品。但由于冰盘管管道较细，流动阻力较大，技术要求较高，目前国内还没有一家生产冰盘管的厂家。而冰球式蓄冰设备由于结构简单，已成为蓄冰系统的一个重要发展方向[2]。

由于密封球体内的结冰和融冰过程是一个伴随着相变的导热与自然对流换热的复杂过程，掠过冰球的载冷剂的流动和换热过程也很复杂，因此目前很难看到有关冰球蓄冷和取冷方面的文章和厂家资料。国内较早研究冰球特性的是清华大学的赵庆珠教授，她在1994年发表两篇关于单个冰球蓄冰和融冰过程的文章[4，5]。而实际的冰球蓄冰设备是将许多冰球堆集在一个圆形断面蓄冰罐中，因此了解蓄冰罐的蓄冰和融冰特性对冰球式蓄冰罐的生产、设计和使用具有重要的意义。

2数学模型的建立和求解

载冷剂在冰球式蓄冰罐中的流动是一个很复杂的过程，涉及载冷剂掠过冰球的换热以及冰球内的要变换热过程。对此作如下简化：①冰球在罐内均匀分布，载冷剂和冰球中介质的热工参数只沿流程发生变化；②冰球的传热性能只与冰球中的冰量有多少有关[4，5]。根据这两个简化条件即可得到冰球式蓄冰罐的数学模型。

2．1数学模型

将冰罐中的冰球沿载冷剂流程分成若干排，每排中的冰球个数为N，每个冰球的表面积为A，每排冰球占据的长度为E，冰罐中载冷剂的有效流通面积为F。在每一排中，载冷剂的温度相同，冰球的温度相同。载冷剂侧的能量方程为

（1）

（2）

（3）

（4）

式（1）～（4）中，Tf为载冷剂温度，τ为时间，uf为载冷剂流速，af为载冷剂的导温系数，qht为单位体积载冷剂与冰球间的换热量，qfls为单位体积载冷剂通过罐壁的热损失，ρf，cf分别为载冷剂的密度和比热容，Kc为冰球的温度，D为冰罐直径，Tamb为周围环境温度，Rw为冰罐壁热阻，aw为载冷剂与冰球外表面的换热系数，an为冰球中的介质与冰球内表面的换热系数，R0为冰球壳热阻。

其中aw由下式确定[6]：

（5）

（6）

式（5）（6）中，dp为冰球直径，λf为载冷剂的导热系数，Pr为载冷剂的普朗特数，Rep为载冷剂的雷诺数，v0为罐体中载冷剂的表现速度，νf为载冷剂的运动粘度。an由文献[7]回归得到。冰球侧的能量方程为

（7）

冰球中无冰时：（8）

冰球中冰水共存时：（9）

冰球中全冰时：（10）

初如条件：Tb=T0，Tf=T0，ε=ε0(11)

边界条件：Tf|x=0=Tfin(12)

式（7）～（12）中，Qht为单位冰球与载冷剂间的传热量，m为单个冰球中介质的质量，cw为水的比热容，ε为冰球中的结冰率，qlt为冰的常融解潜热，ci为冰的比热容，T0为初初始温度，ε0为初始结冰率，Tfin为冰罐中载冷剂的入口温度。

2．2方程的离散和求解

采用隐式格式对上述方程进行离散，用追赶法求解离散后的方程组。具体计算过程如图1所示。

图1框图STAIT程序的计算

根据图1所示的计算框图，笔者编制了计算冰球式蓄冰罐的计算程序STAIT(SoftwareofTime-dependentAnalysisforIceTube).

3模型验证

为了验证上述模型是否合理，笔者利用STAIT计算了若干个工况，并与深圳中电大厦门冰蓄冷系统的实测结果进行了比

较。

3．1深圳中电大厦冰蓄冷系统的简介

深圳中电大厦是我国第一家正式运行的冰蓄冷系统，其蓄冰系统部分如图2所示。

图2深圳中电大厦蓄冰系统示意图

1995年6月，清华大学热能空调教研室赵庆珠教授应邀对该系统进行了实测。此次测试包括单罐的蓄冷取冷过程、双罐串联和并联的蓄冷取冷过程。本文中的实测结果摘自此次实验的测试报告[8]。

3．2模拟结果与实测结果的比较

利用STAIT程序，笔者计算了表1所示的8个测试工况下的蓄冷和取冷过程。图3至图10分别给出了这8个工况的计算结果与实测结果的比较。

表1STAIT计算工况工况编号状态开始时间结束时间流量/m3/h

1单罐蓄冷13日20：2114日7：52361.9

2双罐蓄冷13日20：2114日7：53315.8

3单罐蓄冷14日18：3215日7：53360

4双罐蓄冷14日18：3215日7：53314

5单罐蓄冷15日20：2316日7：53360

6双罐蓄冷15日20：2316日7：53314

7单罐蓄冷15日10：3315日14：18191.6

8双罐蓄冷15日16：3315日20：20179.4

图3工况1冰罐入口温度和出口温度随时间的变化

图4工况2冰罐入口温度和出口温度随时间的变化

图5工况3冰罐入口温度和出口温度随时间的变化

图6工况4冰罐入口温度和出口温度随时间的变化

图7工况5冰罐入口温度和出口温度随时间的变化

图8工况6冰罐入口温度和出口温度随时间的变化

从图3至图8可以看出，蓄冷开始时，载冷剂的温度下降较快，当降至-4～-6℃后，载冷剂的温度几乎不再下降。这说明冰球结冰前水温下降较快，而一旦开始结冰后，冰球与载冷剂间的换热是非常稳定的。不论是实测还是计算结果，都反映了这一规律。从图中还可以看出，不论是单罐蓄冷还是双罐串联蓄冷，计算结果与实测结果均吻合较好。

图9工况7冰罐入口温度和出口温度随时间的变化

图10工况8冰罐入口温度和出口温度随时间的变化

从图9和图10可以看出，取冷开始的一段时间内，出口水温上升较慢。经过一定时间后，出口水温上升较快，逐渐接近入口水温。计算和实测结果均反映了这一趋势。从图中还可以看出，除取冰开始的段时间里计算和实测有些差别外，二者相互吻合很好。造成上述差别的原因主要在于实际开始取冷时冰罐中的结冰率沿程并不均匀，而模拟计算时却采用了相同的结冰率。

从上述分析可以看出，本文给出的数学模型定性上与实测结果完全一致，定量上与实测结果基本一致，表明本文提出的冰罐模型是合理的。

4结论

本文针对冰球式蓄冰罐的换热特点，提出了以单个冰球换热特性为基础的冰罐的数学模型。该模型考虑了载冷剂的掠过冰球的换热、冰球内相变换热、冰罐的漏热等因素。并编制了求解冰球式蓄冰罐的换热特性的程序STAIT。利用STAIT程序，计算了8个不同的蓄冷和取冷工况，并将计算结果与深圳中电大厦冰蓄冷空调系统的实测结果进行了对比。结果表明：本文提出的冰球式蓄冰罐的数学模型较好地反映了蓄冰罐的特点，计算结果与实测结果吻合很好，可用于研究冰球式蓄冰罐的热工特性。

5参考文献

1AIR.蓄冷设备热性能指南，1994。

2李华坚，陈建平，空调系统的蓄冷调荷技术，暖通空调，1992（5）

3TBJekel,JWMitchellandSAKlein.ModelingofIce-StorageTanks.ASHRAETrans.1993:1016-1024

4赵庆副教授，蒋久轶，冰球蓄冷过程的传热研究第一部分：冰球蓄冰过程的数值模拟。1994年暖通空调年会论文集。

5赵庆珠，蒋久斩，冰球蓄冷过程的传热研究第二部分：融冰过程的传热分析，1994年暖通空调年会论文集。

6WM罗林诺等主编，传热学应用手册（下册），北京：科学出版社，1992：455。