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1、家用空调中冰蓄冷的应用及实验研究Experientalstudynresidentialie-strageairnditiningsyste摘要：本文给出一种家用冰蓄冷空调系统的原理、构造和设计方法，并结合清华同方人环设备公司消费的户式空调，进展了相应的实验研究；考察了机组在各种工况下的运行情况，并对家用冰蓄冷空调和常规空调在制冷量、制冷效率P以及过冷度等方面作以比较，提出设计家用冰蓄冷空调的几点建议。关键词：家用冰蓄冷空调；蓄冷；取冷；过冷度AbstratResidentialie-strageairnditiningsysteisintrduedithrespettitspriniple,
2、struture,designandexperientalethds.Itisalsparediththerdinaryresidentialairnditiningsysteinrefrigerating,vlue,energyeffiienyandsub-lingdegreeet.Seiprtantsuggestinsaregiventthisie-stragesyste.Keyrdsresidential,ie-strageairnditining,sub-lingdegree1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，进步发电设备的年利
3、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，随着人们生活程度的进步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；而在部分经济兴隆地区，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
4、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展了全面的实验研究，结果说明，家用空调器配以适当的冰蓄电池冷系统，可以到达进步机组出力、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：构造简单紧凑、蓄冷取冷方便、控制灵敏有效等。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，从而大幅度进步制冷量和制冷效率。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
5、、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。1压缩机2.四通阀3.冷凝器4.蓄冷用储液器5.双阀机构6.蓄冰槽7.蒸发器8.气流别离器9.水泵10.V1-V7球阀图1家用冰蓄冷空调系统简图2.2系统设计首先分析一下家用冰蓄冷空调系统的原理，从图2可见：图2系统原理lgP-h图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，
6、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，单位制冷量可到达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消费的制冷量为12k的户式中央空调，增加蓄冷、取冷系统部分，也就是说
7、，在取冷运行过程中，机组提供的额定制冷量为16K，而不取冷时机组仍可提供12Kr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127103kJ，蓄冰槽的尺寸为1.350.60.83。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，据此考察该冰蓄冷空调的运行情况，给出制冷量、性能系数P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机组运行情况图3取冷过程制冷系统的运行参数由上图可见，取冷运
8、行时的蒸发温度te平均为4，冷凝温度t平均为41，机组运行正常：图4蓄冷过程制冷系统的运行参数由上图见，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图5取冷供冷过程与常规空调比较从上面各图的比较中，根本上可以反响出家用冰蓄冷空调系统和常规空调之间的差异。在10小时的运行过程中，取冷供冷运行制冷量平均为15.6k，常规空调平均为12k，平均增加约30%，性能系数P前者平均为3.7,后者为3.0，进步约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
9、进一步说明该冰蓄冷方案是非常可行的。3.3蓄冷和取冷特性首先蓄冷量和取冷量随时间根本上呈线性变化。在蓄冷过程中，蓄冷率平均为7.2k,是冷机额定制冷量12k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20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3.6k，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
10、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蓄冷量确实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
11、到底是用电政策方面的问题，假设民和电也可以实行分时计价，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顶峰缺乏而低谷过剩的矛盾作出很大奉献。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，2000.102.刘顺波等，冰蓄冷柜式空调器技术，家用电器科技，1998.63.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，1999.34.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，1999.75.严德隆等，?空调蓄冷应用技术?，中国建筑工业出版社6.henSih-Liet.,Theretialandexperientalinvestigatinsfapakagedie-strageair-nditiningsyste,TransatinsfthehineseInstitutefEngineers,v18n51997,p445-4577.张华等，冰蓄冷空调系统的评价方法，节能技术，1997.4
