鋒速達通風降溫系統(tǒng)
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降溫水簾再冷式冰蓄冷工程節(jié)能效果的理論分析軸流風機的安裝技巧
關(guān)鍵詞：冰蓄冷 再冷器 性能系數(shù) 節(jié)能
Abstract Presents operation principles of the sub-cooled ice-storage system, analyses affecting factors of this system by use of simulation calculation. The results reveal that the COP of this system is about 14% higher than that of the conventional system, and it can raise the evaporation temperature by 2℃ at night but needs no extra energy.
Keywords ice-storage, sub-cooler, COP, energy saving
★TsinghuaUniversity, China
0 引言
冰蓄冷技術(shù)是利用峰谷電價的差別將用電高峰時的空調(diào)負荷轉(zhuǎn)移到電價較為便宜的夜間從而節(jié)約運行費用。傳統(tǒng)的冰蓄冷工程可節(jié)約運行費用但不節(jié)能，但這主要是制冰運行期間為了得到0℃的冰，制冷機的蒸發(fā)溫度往往需要降低至-8℃，從而造成夜間蓄冷過程中制冷機運行的性能系數(shù)（COP）僅是白天的60%～70%，造成了能源的浪費。
冰蓄冷的制冰方式主要分為兩種。第一種是靜態(tài)制冰方式，即在冷卻管外或盛冰容器內(nèi)結(jié)冰，冰本身處于相對靜止狀態(tài)。第二種是動態(tài)制冰方式，即冰相對于制冰介質(zhì)是處于運動狀態(tài)。
靜態(tài)制冰法工程簡單，現(xiàn)已成為應(yīng)用中的主流。然而，靜態(tài)制冰法也存在著由于冰層厚度的增加使熱阻增大，導致制冷機的性能工程（COP）降低的缺點。為了克服這個缺點，產(chǎn)生了制冰法中的收獲（harvest）制冰法。收獲制冰法利用熱量使一定厚度的冰脫落從而減小冰層厚度。
收獲制冰法有兩個階段：①制冰階段，采用的方法有水從冷卻表面流下和冷卻表面浸在水中；② 脫冰階段，有機械剝離法和熱融解剝離法。但收獲制冰法也存在剝離能耗較大的缺點，而再冷式蓄冷工程利用了新型的冰層剝離法--再冷器剝離法，減少了剝離能耗，較傳統(tǒng)收獲制冰法的效率有較大的提高。
1 再冷式冰蓄冷工程原理
1．1 工程簡圖及其原理
圖1為再冷式冰蓄冷工程的工程流程圖。它與傳統(tǒng)冰蓄冷工程的最大區(qū)別是在冷凝器與膨脹閥之間加裝了再冷器（sub-cooler）。再冷器剝離法利用冷凝器后較熱的制冷劑將乙二醇溶液加熱到0℃以上，通過泵1送入蓄冰槽后將冰融化并使之脫離。
圖1工程原理簡圖
再冷式冰蓄冷工程有三種運行工況，其運行原理如下（以蓄冰槽1為例，其它蓄冰槽以此類推）：
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當制冷機制冰時，可以有以下兩種運行狀態(tài)：
a 全部冷量用來制冰，閥2，3，22開，閥1，4，21，23關(guān)時，蓄冰槽1制冰；
b 在制冰的同時對用戶供冷，閥2，3，22，23開，閥1，4，21關(guān)時，調(diào)節(jié)閥22，23的開度改變通過板式換熱器的流量，從而蓄冰槽1制冰的同時對用戶供冷。
② 脫冰工況
脫冰是指利用再冷器得到的高于0℃的載冷劑，將蓄冰槽內(nèi)制冰介質(zhì)上的冰融化并使之脫離表面。當閥1，4開，閥2，3關(guān)閉時，蓄冰槽1脫冰，其它以此類推。
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閥21，23開，閥1，2，3，4，22關(guān)時，制冷機不進行制冰而直接向用戶供冷。
現(xiàn)冷式蓄冰式工程蓄冰槽制冰、脫冰兩種工況下的切換是在制冷機制冷循環(huán)沒有變化的條件下得到的，因此可以避免制冷機制冷/熱泵循環(huán)轉(zhuǎn)換時所帶來的損失及對制冷機壽命的影響。
1．2 再冷式蓄冰工程制冷循環(huán)分析
圖2所示T-s圖表示制冷工程的循環(huán)過程。在沒有再冷器的制冷循環(huán)中，1-2為壓縮過程、2-5為冷凝過程、5-6為節(jié)流過程、6-1為蒸發(fā)過程。當使用再冷器進行制冷循環(huán)時，設(shè)制冷劑通過再冷器從5點冷卻到5′點，那么節(jié)流過程就由5-6變?yōu)?′-6′了，而蒸發(fā)過程則由6-1變?yōu)?′-1。需要說明的是，圖中5-5′下陰影所示的Q2與6-6′下的Q1面積相同（即Q1=Q2），即用于冷卻再冷器的那部分冷量通過蒸發(fā)器的再度變?yōu)槔淞慷]有損失。顯然由于減少了制冷機的節(jié)流損失而提高了制冷機效率。
圖2 制冷循環(huán)圖
2 再冷式冰蓄冷工程數(shù)學模型
為了對再冷式蓄冰工程和傳統(tǒng)靜態(tài)蓄冰工程進行比較，需要建立數(shù)學模型以對兩種工程進行模擬分析。為突出問題本質(zhì)，便于分析比較再冷式與傳統(tǒng)式冰蓄冷工程的性能，我們以板式工程為例。
蓄冰工程由制冷機和蓄冰槽兩大部分組成，下面就對這兩大部分分別建立數(shù)學模型。模型中次要的因素如水泵的影響均忽略不計。
2．1 制冷機模型
為了簡化上述兩種蓄冰工程的能耗比較，這里只考慮蒸發(fā)器和再冷器兩部分。
蒸發(fā)器的計算采用的是傳熱單元數(shù)法。蒸發(fā)器中的制冷劑側(cè)大部分處于沸騰狀態(tài)下，為了計算方便將其簡化成為整個蒸發(fā)器均處于沸騰狀態(tài)。因此效能ε=1-e-NTU, 其中NTU=KF/Cmin[1],K，F(xiàn)分別為傳熱系數(shù)和傳熱面積； ，即換熱器兩側(cè)流量乘以較小比熱值。通過換熱器交能就可以計算出其余參數(shù)。
再冷器模型也是采用傳熱單元數(shù)法，但它與蒸發(fā)器的模型不同之處在于它不經(jīng)歷相變過程。由于再冷為逆流換熱：
（1）
式中 ，即換熱器兩側(cè)流量乘以較大比熱值。
2．2 蓄冰槽模型
再冷式工程中蓄冰時有制冰和脫冰兩種工況，應(yīng)分別建立相應(yīng)的模型。為了簡化制冰模型，不考慮沿蓄冰槽內(nèi)換熱器方向冰層厚度的變化即取平均厚度 。板式蓄冰槽的制冰模型見圖3，建立如下方程：
�。�2）
（3）
邊界條件：t( 0)=tin , t(l)=tout
初始條件：t=0℃ ，ΔH=0，式中R主要分為三部分：第一是板內(nèi)載冷劑熱阻，第二是制冷板的傳導熱阻，第三是冰層熱阻， 這三部分熱阻中冰層熱阻占的比重最大；tm，t分別為冰層與水相變界面的溫度值和蓄冰板內(nèi)載冷劑溫度值；tin , tout為蓄冰槽的進出口溫度值。 ，ρ，cp，l，rm分別為載冷劑流量、水的密度、載冷劑的定壓比熱容、蓄冰槽的總長度和水的單位質(zhì)量凝固熱。
圖3 蓄冰槽示意圖
由于上述兩式為微分表達式，為了計算的簡便對其進行積分得到：
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�。�5）
式中Δ 是冰層厚度的增加值。
脫冰模型依據(jù)的公式與上面兩個公式非常相似，這里就不再贅述。
3 傳統(tǒng)冰蓄冷工程熱性能分析
藉上述模型進行模擬計算得到圖4，5所示的結(jié)果。該工程的具體參數(shù)為蓄冰槽內(nèi)板間距70mm，制冷板寬0.25m，總長500m。制冷機的制冷為R12，蒸發(fā)溫度-8℃，在蓄冰剛開始時制冷量為60kW。模擬冰蓄冷工程載冷劑為乙二醇溶液，流量為10L/s。
圖4 冰槽出口溫度、冰層厚
安裝前應(yīng)全面熟悉了解風機的說明書，弄清風機工作的通風工程圖紙，開箱檢查風機各部件是否齊全，機殼外部有否碰傷，特別要注意頭部整流器是否有碰傷變形，各部件聯(lián)接是否緊密，葉片電機有無損傷，葉輪轉(zhuǎn)動是否靈活，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)予以修理及調(diào)整。
檢查風機的安裝基礎(chǔ)，它必須有足夠的強度和剛度，以保證能承受風機運行時的負荷，同時檢查基礎(chǔ)與風機的聯(lián)接尺寸是否符合設(shè)計要求。
◆風機的安裝
1、風機臥地式安裝
將減振器通過聯(lián)接螺栓固定于風機機座，用中心高調(diào)整墊板調(diào)節(jié)各減振器水平高度，用固定螺栓將風機固于已焊接在基礎(chǔ)上的聯(lián)接鋼板上，如風機由于抗震等原因無需減振器，則將風機機座上的螺孔與基礎(chǔ)上的預埋螺栓直接聯(lián)接即可。
2、側(cè)墻臥式安裝
風機安裝的基本要求與臥地式安裝相同，只是安裝托架做成斜臂支撐式，托架要有足夠的強度和剛度，10#以上風機不宜采用此種安裝方式。
3、懸掛式安裝
先將減振器與風機用螺栓聯(lián)接成一體，減振器對稱安裝，布置于風機重心兩側(cè)，直接將風機提升插入安裝于懸掛支架，懸掛支架的高度，視實際空間距離由用戶自定，16#以上風機一般不采用此種安裝型式。
4、立式安裝：風機立式安裝方法與臥地式安裝一致，對風機基礎(chǔ)的強度與剛度要求更嚴格。
◆風機與兩端管道的聯(lián)接必須采用撓性接頭，以隔離振動和保護風機
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