0 引言

冰蓄冷技术应用在大型中央空调系统中，不仅使电力负荷"削峰填谷"，提高了发电设备的年利用率，也保证了制冷机组满负荷高效率运行，大大降低了空调系统的运行费用，收到了显著的社会效益和经济效益。但是，随着人们的生活水平的提高和受全球气候变暖的影响，家用空调器正以尺人的速度普及，成为不可忽视的耗电大户，给电力供应带来很大压力。如果能把蓄冷技术应用到家用空调器等小型空调设备上，所起到的滑峰填谷的作用将是很可观的。

1 系统原理和组成

1．1 系统原理

户式冰蓄冷空调要求具务以下特点：结构简单紧凑、蓄冷取冷方便、控制灵活有效等。因此，本文所述的冰蓄冷空调系统将制冷剂直接蒸发制冰蓄冷、内融冰取冷及大温差过冷有机地结合为一体，从而大幅度提高制冷量和制冷效率。

在R22的lgp-h图（见图1）上可见，在机组标准运行工况下：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;当利用冰蓄冷使制冷剂过冷后，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），这时的单位制冷量为205 kJ/kg;比原来增加54 kJ/kg;，约35%，制冷效率COP可提高25%。

图1　系统原理lgp-h图

1．2 系统组成

户式冰蓄冷空调系统的组成见图2。

图2 户式冰蓄冷空调系统简图
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 气液分离器　9 水泵　V1-V7 球阀　T 温度表　P 压力表

各种运行工况下的阀门状态见表1。

2 系统设计和实验方法

2．1 系统设计

该系统设计的关键问题是蓄冰槽的设计。首先确定系统白天运行时需取冷的小时数，根据大温差过冷可多提供35%的制冷量这一指标，得到系统总的蓄冷量及蓄冰量，然后建立直接蒸发蓄冰过程的传热模型^[1]（虽然建模时作了很多简化，但和实验还基本吻合的），根据此模型计算出蓄冰盘管的尺寸和长度；最后合理设计蓄冰槽形状和布置蓄冰盘管。当然系统中其它部件，如储液器、膨胀阀等，也要重新进行匹配设计。

2．2 实验方法

本实验基于某公司生产的制冷量为12kW的户式中央空调，增加蓄冷系统部分，并要求白天可取冷10h。在取冷运行过程中，机组提供的额定制冷量为16 kW，而不取冷时，机组仍可提供12 kW的制冷量。这时总的蓄冷量为124MJ（9.8 rt·h），蓄冰槽的尺寸为1.35m×0.6m×0.8m。

在实验过程中，针对蓄冰运行、制冷机取冷供冷运行和单独供冷运行3种不同方式，分别考察了系统的运行情况，制冷量、耗电量和COP，以及蓄冷量和取冷量随时间的变化关系等，据此给出对该户式冰蓄冷空调系统的综合评价。

3 实验结果和分析

3．1 实验结果

在3种工况下，系统都能够正常运行。从图3的比较中，基本上可以反映出该户式冰蓄冷空调系统和原户式空调之间的差别。在10h的运行过程中，制冷量平均增加34%，性能系数COP平均提高0.7，过冷度平均可达37℃，提高约35℃，这些指标都说明该蓄冷方案还是十分可行的。另外，从图3还可以盾出，蓄冷量和取冷量随时间基本上呈线性变化。

3．2 应用举例

以北京地区一使用面积为160m²的住宅为例，首先给出其在夏季某一工作日内的室内冷负荷分布情况（室内设计温度为24℃），每日空调8h，时间段为7：00～8：00，12：00～14：00，18：00～23：00；然后分别采用户式冰蓄冷空调机组（12 kW /16 kW）（蓄冰槽体积约为0.25m³）和原户式空调（16 kW），对两者的耗电量进行模拟分析，其中将机组起停运行的耗电量折算成连续运行的耗电量；最后根据北京地区现行的峰谷分时电价结构，给出空调系统运行费用的综合比较。

北京地区的电价结构为三段式，具体如下：

高峰： 8：00～11：00，18～23：00，0.929元/ （kW h）；

平峰： 7：00～8：00，11：00～18：00，0.569元/ （kW h）；

低谷： 23：00～7：00，0.232元/ （kW h）

如图4所示，该住宅空调负荷有以下特点：12：00～14：00（用电平峰）和18：00～20：00（用电高峰）共4 h在16 kW左右，其余4 h在12 kW左右。户式冰蓄冷空调选择两种运行模式：模式1（蓄冰槽体积0.25 m³）为一半时间取冷供冷运行，一半时间冷机单独供冷运行，模式2（蓄冰槽体积m³）为所有空调时间均取冷运行。将这两种运行模式与原户式空调进行比较，可见，模式1可节约运行费用13%，用电高峰耗电量减少17%，模式2可节约运行费用21%，用电高峰耗电量减少36%，两种模式下机组的装容量减少25%。

图4 住宅冷负荷和耗电量比较

4 结论

4．1 采用制冷剂直接蒸发制冰蓄冷，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的运行，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 该户式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，如果民用电也能够实行分时计价，且峰谷电价差进一步拉大，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的贡献。

参考文献

1．方贵银，直接蓄冰系统蓄冷过程的动态模型研究。热能动力工程，1999，（3）

2．严德隆，等，空调蓄冷应用技术，北京：中国建筑工业出版社，1997

3．Chen Sih-Li, et al. Theoretical and experimental investigations of a packaged ice-storage air-conditioning system. Transactions of the Chinese Institute of Engineers, 1997,18 (5):445-457

4. 张华，等，冰蓄冷空调系统的评价方法，节能技术，1997，（4）

周晓棠，女，1974年10月生，硕士研究生，工学硕士,100084,北京市海淀区清华大学建筑技术科学系,（010）62789354（赵庆珠）