家用冰蓄冷中央空調設計論文

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摘要：隨著我國國民經濟和人民生活水平不斷提高，城鎮用電不但在總量上出現了供不應求的現象，而且用電“晝夜峰谷”不斷加大，為緩解這一現象，本文提出了一個結構簡單，運行可靠，體積較小的家用冰蓄冷水系統中央空調的試驗模型，并通過試驗證明該系統滿足設計要求，能夠起到電力“移峰填谷”的作用。

關鍵詞：家用中央空調冰蓄冷試驗研究

0前言

自改革開放以來，我國國民經濟以驚人的速度發展，人民的生活水平也隨之不斷提高。為保持國民經濟高速而可持續地發展和滿足人民日益增長的物質和精神要求，我國的能源部門遇到了前所未有的困難和壓力。城鎮用電量在不斷攀升的同時，“晝夜用電峰谷”也在加大。如通過建設大量的低能效調峰電站解決“晝夜用電峰谷”是不經濟的，也是對能源的一種浪費。近幾年，空調用電量在城鎮用電總量中所占比例不斷增加，冰蓄冷空調是一種有效緩解“晝夜用電峰谷差”的技術。

1小型冰蓄冷空調系統的試驗研究方案

對于普通家用空調和用冷量不大的空調用戶而言，空調的可靠性、結構簡單和便于安裝是至關重要的，在能夠滿足用戶需求的前提下，空調器的體積越小越好。在參考了國內外的一些大、中型冰蓄冷空調系統和對小型冰蓄冷家用空調器的文章[1]；結合小型家用中央空調的特點，提出了小型家用中央空調系統的試驗研究方案（如圖1）。圖中A為壓縮機，B為冷凝器，C為電子膨脹閥，D為蓄冰罐，E為冷凍水循環水泵，F、G、H為風機盤管，M1、M2、M3為轉子流量計。

小型家用中央冰蓄冷空調系統主要由三部分組成：（a）由壓縮機、冷凝器、儲液器、干燥過濾

器、電子膨脹閥和冰蓄冷罐組成的制冷蓄冰系統。（b）由水泵，閥門，水過濾器和風機盤管構成的供冷系統。（c）由電腦、熱電偶、壓力傳感器、轉子流量計、電表、數據采集卡等組成的控制和數據采集系統。制冷蓄冰系統采用頓安（HFRS-12.5）家用中央空調的室外機，并做出了部分修改，蓄冰罐是自行設計，由企業加工而得。

2小型冰蓄冷空調系統的系統流程和設備

本文介紹的小型冰蓄冷中央空調系統較之大型冰蓄冷系統要簡單得多，具有流程簡單可靠，控制容易，對原有機組變動小，易于產業化等特點。該系統可以獨立地以普通制冷、蓄冰、釋冷和熱泵四種工作模式運行。機組以蓄冰模式工作時，為用戶供冷的水系統是不運行的，只有制冷系統工作，蓄冰罐作為蒸發器，將制冷系統提供的冷量提供給冷水，使其相變蓄冷制冰。在釋冷模式下工作時，制冷系統是不工作的，水泵帶動水系統中的循環水，從用戶供冷終端流回的冷媒水與蓄冰罐中的冰進行熱交換，使冰融化放冷，待冷卻后重新為用戶供冷。在熱泵工況下，中央空調系統運行熱泵模式，為蓄冰罐提供熱水，水系統則將熱水源源不斷地送入用戶終端，為房間供熱。當然，我們一樣可以將制冷系統和水系統同時打開，這樣就與一般的家用冷水中央空調沒有什么區別了。

圖1冰蓄冷空調系統示意圖

本位介紹的冰蓄冷中央空調系統中，最為關鍵的也就是蓄冰罐，它是該系統的核心部件。蓄冰罐是由10組12米長φ10的銅管組成的蓄冰管路，桶體用不銹鋼板中間發泡60mm的保溫材料制成。為了達到所需要的蓄冷量，我們對蓄冰管管長做了詳細計算，同時要求在蓄冰過程中，各個管路結冰冰層均勻，不會造成蓄冰罐中水的流道被堵，在釋冷過程中，融冰均勻，不會造成罐體中水溫分層，影響供給用戶的冷媒水水溫。

3試驗結果和分析

本系統所選用制冷機組上文已經介紹過，采用的是Copeland公司生產的柔性渦旋壓縮機（ZR61KC-TFD），制冷工質為R22，其性能技術參數如圖2可見。在制冰工況下，如冷凝溫度為40℃，蒸發溫度為-15℃，其制冷功率只有7.5Kw，遠遠小于其制冷工況下的制冷功率，大約只有其1/2。為提高其制冷效果，我們在試驗過程中嚴格控制其過熱度，以期達到最佳的工作狀態。

在試驗過程中，我們對蓄冰管上各點溫度進行測量。從試驗數據可以看出，在蓄冰過程中，機組的蒸發溫度從-5℃降至-15℃，但其降溫速度緩慢，說明整個工況運行穩定。從蓄冰罐中結冰狀況看，各管路冰層厚度基本均勻，說明蓄冰罐設計合理，蓄冰均勻。在融冰釋冷過程中，沒有發現大塊冰塊上浮，蓄冰罐不同高度水溫測量數據說明各管路釋冷均勻，罐中沒有明顯的溫度分層現象。

在試驗過程中，壓縮機高壓基本穩定在1.6～1.7MP之間，主要原因是由于不同試驗下，環境溫度不同造成的。而壓縮機吸氣壓力則從0.4MP緩慢下降至0.3MP，這說明在制冰工況下，隨著冰層不斷加厚，冰層熱阻不斷增大，機組的冷負荷無法釋放出來，只有通過降低自身的蒸發溫度，使吸氣壓力降低，才能保持較為穩定的制冰工況。

試驗中，我們通過測量蓄冰罐水面上升程度，來計算蓄冰罐中制冰的多少。計算公式如下：

式中：

、――為水和冰的密度

S――蓄冰罐內部蓄冰面積

――水位標尺某時刻的讀數與原始讀數的差值

r――水的固化潛熱（335KJ/Kg）

圖4系統蓄冷量隨時間變化圖

最后得出結果，從0℃開始蓄冷如圖4，1小時后，水面高度增加9mm，蓄冷15.24×103KJ；10小時蓄冷結束，水面高度增加90mm，蓄冷159.22×103KJ，在此過程中總共耗電20度。在整個過程中，本臺機組可以轉移用電高峰16.5度至用電低谷，以上海的“晝夜電價”為例，可以為用戶節約運行成本4.17元，以夏季用電100天計算，每年就能為用戶節約用電費用417元。

4結論

通過多次試驗，證明本試驗系統達到了設計要求，運行可靠，符合小型別墅中央空調的設計要求，能做到對電力“移峰填谷”的作用，并為用戶節約了相當的運行成本。

參考文獻

1.萬鐘民，王惠齡等．小型家用冰蓄冷空調設計和試驗研究．能源技術，No.2，2003

2.張開利，王慧英．上海電力需求側管理現狀和設想．上海節能，No.2,2004，P33-38

3.吳業正．制冷原理及設備．西安交通大學出版社1987.6