动态冰浆蓄冷空调系统特点

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。

一、冰蓄冷满足制冷需求

1)晚上蓄冰，白天融冰，移峰填谷，改善国家用电结构；

2)通过蓄冰，减少制冷机组容量。制冷机组运行时可保障一直运行在高负荷段，以提高制冷效率；

4)蓄冰系统可做为备用冷源，可应对紧急停电事故；

5）蓄冰系统扩容方便，可轻松面对空调使用面积的增加；

6)采用冰蓄冷，由于减小制冷机组装机容量而减小电力设备投资，如变压器、配电柜及自备发电设施等，整套制冷系统的辅助设备及辅件也都减小，制冷机房面积减小；配合峰谷电价，大温差系统设计，运行费用与末端费用投资减小，整体经济效益显著。

力合islurry冰桨蓄冷的特点：

1）机组既可以制冰，又可以做为常规冷水机组使用，功能齐全；

2）机组为一体化设计，结构紧凑，转运方便，可在各工况下高效运行，蓄冰槽内只有制冰介质溶液和冰浆，无任何维护量；

3）制冰器设计独特，冰晶制成工艺先进，换热器内不粘附冰，实现较高的蒸发温度，降低能耗，比传统的蓄冰方式节能15%以上；

4）机组体积小，可减少机房占地面积，对机房无特殊要求；

5）冰浆以流体形式储存与蓄冰槽中，蓄冰槽可以为任何形式，尽可能减少机房的占地面积，节省基建费用；6）冰晶有极大的换热表面，融冰迅速，彻底，可提供更低的供水温度，与低温送风技术相结合，可进一步降低系统投资费用；

7）设备可集中或分离设计，易于实现在负荷变化时机组依然保持在较高的效率下运行。模块化设计易于对系统能量进行调整——扩容或缩减。

图5 自然循环式冰浆蓄冷空调系统[1]

1—冰浆发生器 2—蓄冷罐 3—循环泵 4—供冷模式冷凝器 5—供冷模式蒸发器6—供热模式冷凝器 7—空气处理箱 8—供热模式蒸发器 9—冰浆

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120 kJ/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。