第九章 蓄冷空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

第九章蓄冷空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法9.1概述9.2水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)9.3冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)9.1概述一、蓄冷空調(diào)技術(shù)的原理二、蓄冷設(shè)計(jì)模式與控制策略三、蓄冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用一、蓄冷空調(diào)技術(shù)的原理蓄冷空調(diào)技術(shù)，即是在電力負(fù)荷低的夜間用電低谷期，采用電制冷機(jī)制冷，利用蓄冷介質(zhì)的顯熱或潛熱特性，用一定的方式將冷量貯存起來(lái)。在空調(diào)負(fù)荷高的白天，也就是用電高峰期，把貯存的冷量釋放出來(lái)，以滿足建筑物空調(diào)的需要。蓄熱（冷）介質(zhì)的種類如圖9-1所示。圖9-1蓄熱（冷）介質(zhì)的種類二、蓄冷設(shè)計(jì)模式與控制策略

1、設(shè)計(jì)模式蓄冷設(shè)計(jì)思想（運(yùn)行策略）：蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，蓄冷裝置容量大小是首先應(yīng)予考慮的問(wèn)題。通常蓄冷容量越大，初投資越大，而制冷機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)間越短，運(yùn)行電費(fèi)則更省。工程中常用的蓄冷設(shè)計(jì)模式有全負(fù)荷蓄冷和部分負(fù)荷蓄冷兩種。（1）全負(fù)荷蓄冷全負(fù)荷蓄冷即將建筑物典型設(shè)計(jì)日（或周）白天用電高峰時(shí)段的冷負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移到電力低谷時(shí)段，啟動(dòng)制冷機(jī)進(jìn)行蓄冷；在白天運(yùn)行時(shí)制冷機(jī)組不運(yùn)行，而由蓄冷裝置釋冷，承擔(dān)空調(diào)所需的全部冷量．圖9-2是全負(fù)荷蓄冷模式的一個(gè)示例。（2）部分負(fù)荷蓄冷部分負(fù)荷蓄冷就是按建筑物典型設(shè)計(jì)日（或）周全天所需冷量部分由蓄冷裝置供給，部分由制冷機(jī)供給，制冷機(jī)在全天蓄冷與用冷時(shí)段，基本上是24小時(shí)持續(xù)運(yùn)行。圖9-3是部分負(fù)荷蓄冷模式的一個(gè)示例。圖9-2全負(fù)荷蓄冷模式圖9-3部分負(fù)荷蓄冷模式2、控制策略（1）全負(fù)荷蓄冷全負(fù)荷蓄冷中只存在制冷機(jī)蓄冷和蓄冷裝置供冷兩種運(yùn)行工況，二者在時(shí)間上截然分開(kāi)，運(yùn)行中除設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)、參數(shù)檢測(cè)以及工況轉(zhuǎn)換等常規(guī)控制外，無(wú)需特別的控制策略。（2）部分負(fù)荷蓄冷部分負(fù)荷蓄冷涉及制冷機(jī)蓄冷，制冷機(jī)供冷、蓄冷裝置供冷或制冷機(jī)和蓄冷裝置同時(shí)供冷等多種運(yùn)行工況，在運(yùn)行中需要合理分配制冷機(jī)直接供冷量和蓄冷裝置釋冷供冷量，使二者能最經(jīng)濟(jì)地滿足用戶的冷量需求。常用的控制策略有3種，即制冷機(jī)優(yōu)先，蓄冷裝置優(yōu)先和優(yōu)化控制。

1）制冷機(jī)優(yōu)先盡量使制冷機(jī)滿負(fù)荷供冷，只有當(dāng)用戶需冷量超過(guò)制冷機(jī)的供冷能力時(shí)才啟用蓄冷裝置，使其承擔(dān)不足部分。這種控制策略實(shí)施簡(jiǎn)便（尤其對(duì)串聯(lián)流程中制冷機(jī)位于上游時(shí)），運(yùn)行可靠，能耗較低，但蓄冷裝置利用率不高，不能有效地削減峰值用電、節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，因而采用不多。

2）蓄冷裝置優(yōu)先盡量發(fā)揮蓄冷裝置的釋冷供冷能力，只有在其不能滿足用戶需冷量時(shí)才啟動(dòng)制冷機(jī)，以補(bǔ)充不足部分供冷量。這種控制策略利于節(jié)省電費(fèi)，但能耗較高，在控制程序上比制冷機(jī)優(yōu)先復(fù)雜。它需要在預(yù)測(cè)用戶冷負(fù)荷的基礎(chǔ)上，計(jì)算分配蓄冷裝置的釋冷量及制冷機(jī)的直接供冷量，以保證蓄冷量得充分利用，又能滿足用戶的逐時(shí)冷負(fù)荷的要求。

3）優(yōu)化控制根據(jù)電價(jià)政策，借助于完善的參數(shù)檢測(cè)與控制系統(tǒng)，在負(fù)荷預(yù)測(cè)、分析的基礎(chǔ)上最大限度地發(fā)揮蓄冷裝置的釋冷供冷能力，使用戶支付的電費(fèi)最少，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳的綜合經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)國(guó)內(nèi)一些分析數(shù)據(jù)，采用優(yōu)化控制比比制冷機(jī)優(yōu)先控制可以節(jié)省運(yùn)行電費(fèi)25%以上。三、蓄冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用國(guó)外：世界上最早的采用人工制冷的蓄冷空調(diào)出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代，當(dāng)時(shí)的蓄冷空調(diào)技術(shù)用于教堂、劇院等負(fù)荷集中的需要間歇性供冷的場(chǎng)合。不過(guò)，蓄冷空調(diào)技術(shù)真正得到發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，70年代以來(lái)的世界能源危機(jī)促進(jìn)了蓄冷技術(shù)的發(fā)展，蓄冷空調(diào)技術(shù)作為電力負(fù)荷移峰填谷的重要手段在北美和歐洲許多國(guó)家得到發(fā)展和應(yīng)用。美國(guó)南加利福尼亞愛(ài)迪生電力公司于1978年率先制定分時(shí)計(jì)費(fèi)的電費(fèi)結(jié)構(gòu)，到90年代，美國(guó)已有40多家電力公司制定了分時(shí)計(jì)費(fèi)電價(jià)。至今，美國(guó)的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)普及，截至1994年底，美國(guó)約有4000多個(gè)蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行。國(guó)內(nèi)：從20世紀(jì)90年代至2006年，我國(guó)已建成投入運(yùn)行和正在施工的蓄冷空調(diào)工程有594項(xiàng)，其中有冰蓄冷空調(diào)工程510項(xiàng)，水蓄冷空調(diào)工程有84項(xiàng)。已建成的蓄冷空調(diào)工程主要集中在城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、且電力供應(yīng)緊張的北京市和東南沿海地區(qū)。9.2水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)一、水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)二、水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的形式三、水蓄冷槽的類型及其特點(diǎn)四、水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)可以使用常規(guī)的冷水機(jī)組、水泵、空調(diào)末端設(shè)備、配管等，適合于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的擴(kuò)容和改造，可以在不增加制冷機(jī)容量的前提下增加供冷量；用于舊系統(tǒng)改造也十分方便，只需要增設(shè)蓄冷槽，原有的設(shè)備仍然可用，所增加的費(fèi)用不多。(2)蓄冷、放冷時(shí)冷水溫度相近，冷水機(jī)組在這兩種工況下均能維持較高的制冷效率。(3)可以利用消防水池、原有蓄水設(shè)施或地下室等作為蓄冷槽，從而降低初投資。(4)可以實(shí)現(xiàn)蓄熱和蓄冷的雙重功能，適合于采用熱泵系統(tǒng)的地區(qū)用于冬季蓄熱、夏季蓄冷，提高蓄冷槽的利用率。(5)其設(shè)備及控制方式與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相似，可直接與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)匹配，運(yùn)行維護(hù)管理方便，無(wú)需特殊的技術(shù)培訓(xùn)。水蓄冷系統(tǒng)缺點(diǎn)：只能儲(chǔ)存水的顯熱，不能儲(chǔ)存潛熱，因此需要較大體積的蓄冷槽，其應(yīng)用受到空間條件的限制。(2)蓄冷槽體積較大，表面散熱損失也相應(yīng)增加，保溫措施需要加強(qiáng)。(3)蓄冷槽內(nèi)不同溫度的冷水混合，會(huì)影響蓄冷效率，使蓄存冷水的可用冷量減少。(4)開(kāi)式蓄冷槽中的水與空氣接觸易滋生菌類和藻類，管路易銹蝕，需增加水處理設(shè)施。二、水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的形式常見(jiàn)的水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)形式有直接供冷和間接供冷兩種方式。如圖9-3所示為直接供冷式系統(tǒng)的流程圖。其蓄冷槽為開(kāi)式水池，而空調(diào)冷水系統(tǒng)一般采用閉式系統(tǒng)。圖9-3直接供冷式系統(tǒng)的流程圖該系統(tǒng)有4種運(yùn)行工況，即蓄冷工況、制冷機(jī)供冷工況、蓄冷槽供冷工況、制冷機(jī)與蓄冷槽聯(lián)合供冷工況，如表9-1所示。表9-1直接供冷式系統(tǒng)的各運(yùn)行工況工況P1P2P3V1V2V3V4V5V6蓄冷關(guān)開(kāi)關(guān)關(guān)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)關(guān)制冷機(jī)供冷開(kāi)關(guān)關(guān)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)關(guān)關(guān)蓄冷槽供冷關(guān)關(guān)開(kāi)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)聯(lián)合供冷開(kāi)關(guān)開(kāi)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)該系統(tǒng)在空調(diào)水蓄冷系統(tǒng)中應(yīng)用較普遍，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、初投資低、溫度梯度損失小等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些不足之處：蓄冷槽與大氣相通，水質(zhì)易受環(huán)境污染，水中含氧量高，易生長(zhǎng)菌藻類植物。為防止系統(tǒng)管路與設(shè)施的腐蝕，需要設(shè)置水處理裝置。整個(gè)水蓄冷槽為常壓運(yùn)行，其制冷與供冷回路應(yīng)注意避免因虹吸、倒空而引起的運(yùn)行工況破壞。為維持系統(tǒng)靜壓力，膨脹水箱內(nèi)必須充滿水。如圖9-4所示為間接供冷式水蓄冷系統(tǒng)的流程圖。該系統(tǒng)在供冷回路中采用換熱器與用戶形成間接連接，換熱器一次側(cè)與水蓄冷槽組成開(kāi)式回路，而用戶側(cè)形成一個(gè)閉式回路。這樣用戶側(cè)回路的壓力穩(wěn)定，可防止其管路出現(xiàn)氧化腐蝕、有機(jī)物及菌藻類繁殖的現(xiàn)象。圖9-4間接供冷式系統(tǒng)的流程圖間接式系統(tǒng)同樣可以實(shí)現(xiàn)4種運(yùn)行工況，各工況的設(shè)備和閥門(mén)運(yùn)行情況與直接式系統(tǒng)有一定的區(qū)別，如表9-2所示。表9-2間接供冷式系統(tǒng)的各運(yùn)行工況工況P1P2P3V1V2V3V4V5V6蓄冷關(guān)開(kāi)關(guān)關(guān)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)關(guān)制冷機(jī)供冷開(kāi)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)開(kāi)開(kāi)關(guān)開(kāi)調(diào)節(jié)蓄冷槽供冷開(kāi)關(guān)開(kāi)調(diào)節(jié)關(guān)開(kāi)關(guān)關(guān)調(diào)節(jié)聯(lián)合供冷開(kāi)開(kāi)開(kāi)調(diào)節(jié)開(kāi)開(kāi)關(guān)開(kāi)調(diào)節(jié)該系統(tǒng)主要適用于高層、超高層空調(diào)供冷。由于用戶的換熱器二次側(cè)回路為閉式流程，水泵揚(yáng)程降低，故水泵能耗減少，但需增加換熱設(shè)備及相應(yīng)的投資。另外，由于系統(tǒng)中設(shè)置了中間換熱器，使其供水溫度將比直接供冷提高1～2℃，使系統(tǒng)的蓄冷效率降低。故此形式應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模大小及供冷條件，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后再作選擇。一般認(rèn)為，對(duì)于高于35m的建筑物，采用間接供冷方式較為經(jīng)濟(jì)。水蓄冷系統(tǒng)儲(chǔ)存冷量的大小取決于蓄冷槽儲(chǔ)存冷水的數(shù)量和蓄冷溫差。蓄冷溫差是指空調(diào)回水與蓄冷槽供水之間的溫差，蓄冷溫差的維持可以通過(guò)降低蓄冷溫度、提高回水溫度及防止回水與儲(chǔ)存的冷水之間混合等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。蓄冷溫度一般為4～7℃，回水溫度取決于負(fù)荷及末端設(shè)備的狀況。在水蓄冷技術(shù)中，關(guān)鍵問(wèn)題是蓄冷槽的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能夠有效地防止回水與儲(chǔ)存的冷水之間混合。就結(jié)構(gòu)形式而言，水蓄冷槽類型主要有以下幾種。三、水蓄冷槽的類型及其特點(diǎn)溫度分層型溫度分層型水蓄冷槽是最簡(jiǎn)單、有效和經(jīng)濟(jì)的一種蓄冷槽形式。水蓄冷槽中水溫的分布是按照其密度自然地進(jìn)行分層，水溫高于4℃時(shí)，溫度低的水密度大，位于貯槽的下部，而溫度高的水密度小，位于貯槽的上部。如圖9-5所示為溫度分層型蓄冷槽溫度分布示意圖。蓄冷槽實(shí)際釋放的冷量小于理論可用蓄冷量，若設(shè)計(jì)合理，實(shí)際釋放的冷量一般可以達(dá)到理論可用蓄冷量的90%。a)b)圖9-5自然分層蓄冷槽及斜溫層示意圖

a)自然分層蓄冷槽b)斜溫層2、迷宮型迷宮型蓄冷槽是指采用隔板將大蓄冷槽分隔成多個(gè)單元格，水流按照設(shè)計(jì)的路線依次流過(guò)每個(gè)單元格。如果單元格的數(shù)量較多，可以控制整體蓄冷槽的冷溫水的混合，蓄冷槽的供冷水溫度變化緩慢。圖9-6所示為迷宮型蓄冷槽的水流線路圖。圖9-6迷宮式蓄冷槽的水流路線3、多槽型圖9-7所示為多槽型水蓄冷系統(tǒng)流程圖。在系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)以上的蓄冷槽，將冷水和溫水儲(chǔ)存在不同的蓄冷槽中，并且要保證其中一個(gè)貯槽是空的。在蓄冷時(shí)，其中一個(gè)溫水槽中的水經(jīng)制冷機(jī)降溫后送入空槽中，空槽蓄滿后成為冷水槽，原溫水槽成為空槽。然后重復(fù)上述過(guò)程，直至所有的溫水槽中的溫水變成冷水。圖9-7多槽式水蓄冷系統(tǒng)流程圖4、隔膜型在蓄冷槽內(nèi)部安裝一個(gè)可以活動(dòng)的柔性隔膜或一個(gè)可移動(dòng)的剛性隔板，將蓄冷槽分隔成分別儲(chǔ)存冷水和溫水的兩個(gè)空間，從而消除冷溫水混合現(xiàn)象。為了減少溫水對(duì)冷水的影響，一般冷水放在下部。這種形式的缺點(diǎn)在于：隔膜本身的導(dǎo)熱特性會(huì)降低蓄冷槽的蓄冷效率，而且隔膜的材料要求高，水槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜。與其他的水蓄冷槽相比，其一次投資及隔膜的維護(hù)費(fèi)用均較高，因此推廣應(yīng)用較困難，實(shí)際的應(yīng)用較少。四、水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、蓄冷槽的蓄冷量與體積確定蓄冷槽的實(shí)際可用蓄冷量必須滿足系統(tǒng)對(duì)蓄冷量的需求。系統(tǒng)需要的蓄冷量取決于設(shè)計(jì)日內(nèi)逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷的分布情況和系統(tǒng)的蓄冷模式。各種蓄冷系統(tǒng)的蓄冷模式可以歸納為全部蓄冷模式和部分蓄冷模式兩類，全部蓄冷模式是指設(shè)計(jì)日非電力谷段的總冷負(fù)荷全部由蓄冷裝置供應(yīng)；部分蓄冷模式是指設(shè)計(jì)日非電力谷段總冷負(fù)荷的一部分由蓄冷裝置供應(yīng)，其余冷負(fù)荷由制冷機(jī)供應(yīng)；一般情況下，蓄冷系統(tǒng)采用部分蓄冷模式。在確定水蓄冷槽體積之前，需要計(jì)算出設(shè)計(jì)日內(nèi)的逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷，然后根據(jù)系統(tǒng)的蓄冷模式確定系統(tǒng)需要的蓄冷量，即蓄冷槽的可用蓄冷量。水蓄冷槽的體積可由下式確定：

(9-1)2、水蓄冷槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于溫度分層型水蓄冷槽應(yīng)用得最廣泛，這里只介紹溫度分層型水蓄冷槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。（1）水蓄冷槽的形狀和安裝水蓄冷槽的外表面積與容積之比越小，冷損失越小。在同樣的容積下，圓柱形蓄冷槽外表面積與容積之比小于長(zhǎng)方體或立方體蓄冷槽，在實(shí)際中應(yīng)用較多的便是圓柱體蓄冷槽。此類蓄冷槽的高度與直徑之比（高徑比）增加，會(huì)降低斜溫層體積在蓄冷槽中的比例，有利于溫度分層，提高蓄冷效率，但一次投資將會(huì)提高。高徑比一般通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定。由于水蓄冷采用的是顯熱儲(chǔ)存，蓄冷槽的體積較冰蓄冷槽的體積要大，因此，安裝位置是蓄冷槽設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的主要因素。若蓄冷槽體積較大，而空間有限，則可在地下或半地下布置蓄冷槽。對(duì)于新建項(xiàng)目，蓄冷槽應(yīng)與建筑物在結(jié)構(gòu)上組成一體以降低初投資，這比新建一個(gè)蓄冷槽要合算。還應(yīng)綜合考慮水蓄冷槽兼作消防水池功能的用途。蓄冷槽應(yīng)布置在冷水機(jī)組附近，靠近制冷機(jī)及冷水泵。循環(huán)冷水泵應(yīng)布置在蓄冷槽水位以下的位置，以保證水泵的吸入壓頭。（2）穩(wěn)流器的設(shè)計(jì)穩(wěn)流器的作用就是使水以重力流的方式平穩(wěn)地導(dǎo)入槽內(nèi)(或由槽內(nèi)引出)，減少水流進(jìn)入蓄冷槽時(shí)對(duì)儲(chǔ)存水的沖擊，促使并維持斜溫層的形成。在0～20℃范圍內(nèi)，水的密度變化不大，形成的斜溫層不太穩(wěn)定，因此要求通過(guò)穩(wěn)流器進(jìn)出口水流的流速足夠小，以免造成對(duì)斜溫層的擾動(dòng)破壞。這就需要確定恰當(dāng)?shù)母ヌm德（Frande）數(shù)和穩(wěn)流器進(jìn)口高度，確定合理的Re數(shù)。如果進(jìn)口穩(wěn)流器單位長(zhǎng)度的流量過(guò)大，Re準(zhǔn)則數(shù)過(guò)大，會(huì)造成蓄冷槽上下不同溫度（即不同密度）的水混合，破壞斜溫層。Re準(zhǔn)則數(shù)表示流體的慣性力與粘滯力的比值，穩(wěn)流器進(jìn)口Re的定義式為穩(wěn)流器的設(shè)計(jì)應(yīng)控制在較低的Re值，較低的進(jìn)口Re值有利于減小由于慣性流而引起的冷、溫水的混合作用。一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)口Re值取在240～800時(shí)，能取得理想的分層效果。對(duì)于高度小或帶傾斜側(cè)壁的蓄冷槽，其Re值下限通常取200；對(duì)高度大于5m的蓄冷槽，其Re值一般取為400～850。在設(shè)計(jì)中，已知蓄冷所需的循環(huán)水量時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整穩(wěn)流器的有效長(zhǎng)度來(lái)得到所需的Re值。穩(wěn)流器的結(jié)構(gòu)形式主要有：水平縫隙型、圓盤(pán)輻射型(圖9-8所示)、H型、八邊型。其中的H型穩(wěn)流器采用的也是縫隙型出口，只是將水平縫隙加長(zhǎng)，以降低穩(wěn)流器的出水流速，水平縫隙呈H形布置，圖9-9為H型穩(wěn)流器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9-8圓盤(pán)輻射型穩(wěn)流器圖9-9H形穩(wěn)流器的布置9.3冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)一、蓄冰技術(shù)二、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)流程三、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)冰蓄冷系統(tǒng)利用冰的融解熱進(jìn)行蓄熱，由于冰的融解熱（335kJ/kg）遠(yuǎn)高于水的比熱，采用冰蓄冷時(shí)蓄冰池的容積比蓄冷水池的容積小得多，通常冰蓄冷時(shí)單位蓄冷量所要求的容積僅為水蓄冷時(shí)的17%左右。總體而言，可以根據(jù)蓄冰系統(tǒng)所用冷媒的不同，將冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)分為間接冷媒式和直接蒸發(fā)式。所謂直接蒸發(fā)式，是指制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器直接用作制冰元件，來(lái)自膨脹閥的制冷劑進(jìn)入蓄冰槽盤(pán)管內(nèi)吸熱蒸發(fā)，使盤(pán)管外的水結(jié)冰。間接冷媒式使用載冷劑在蒸發(fā)器中與制冷劑進(jìn)行換熱，冷卻到0℃以下后被送入蓄冰槽的盤(pán)管內(nèi)，使盤(pán)管外的水結(jié)冰。一、蓄冰技術(shù)1、冰盤(pán)管式根據(jù)融冰方式的不同，冰盤(pán)管式蓄冰可以分為內(nèi)融冰方式和外融冰方式。外融冰蓄冷系統(tǒng)可以采用間接冷媒式和直接蒸發(fā)式。圖9-10為直接蒸發(fā)式外融冰蓄冷系統(tǒng)。其可以在較短時(shí)間內(nèi)制出大量的低溫冷水，適合于短時(shí)間內(nèi)冷量需求大、水溫要求低的場(chǎng)合。圖9-10直接蒸發(fā)式外融冰蓄冷系統(tǒng)內(nèi)融冰蓄冷系統(tǒng)均采用間接冷媒式，如圖9-11所示。與外融冰方式相比，內(nèi)融冰方式可以避免上一周期的蓄冰剩余引起的效率下降問(wèn)題；另外，內(nèi)融冰系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，盤(pán)管不易腐蝕，冷水泵揚(yáng)程降低。因此，內(nèi)融冰蓄冷系統(tǒng)在空調(diào)工程中應(yīng)用較多。圖9-11內(nèi)融冰蓄冷系統(tǒng)內(nèi)融冰蓄冷裝置的蓄冰率較大，為50%～70%。由于內(nèi)層冰融化后形成的水膜層產(chǎn)生較大的換熱熱阻，內(nèi)融冰的融冰速度不如外融冰方式。常用的內(nèi)融冰盤(pán)管材料有鋼和塑料，多采用小管徑、薄冰層的方式蓄冰。根據(jù)盤(pán)管的結(jié)構(gòu)形狀，主要有以下幾種：（1）蛇形盤(pán)管蓄冰裝置這種裝置以美國(guó)BAC公司的產(chǎn)品為代表。多采用鋼制盤(pán)管，加工成立置的蛇形狀，組裝在鋼架上，外表面熱鍍鋅處理。為了提高傳熱效率，相鄰兩組盤(pán)管的流向相反，使蓄冷和釋冷時(shí)溫度均勻。槽體一般采用雙層鍍鋅鋼板制成，內(nèi)填聚苯乙烯保溫層，也可采用玻璃鋼或鋼筋混凝土制成。（2）圓形盤(pán)管蓄冰裝置這種裝置以美國(guó)Calmac公司和Dunham-Bush公司的產(chǎn)品為代表。將聚乙烯管加工成圓形盤(pán)管，用鋼制構(gòu)架將圓形盤(pán)管整體組裝后放置在圓柱形蓄冰槽內(nèi)。相鄰兩組盤(pán)管內(nèi)載冷劑的流向相反，有利于改善和提高傳熱效率，并使槽內(nèi)溫度均勻。在蓄冷末期，蓄冰槽內(nèi)的水基本上全部?jī)鼋Y(jié)成冰，故該裝置又被稱為完全凍結(jié)式蓄冷裝置。（3）U形盤(pán)管蓄冰裝置這種蓄冰裝置以美國(guó)Fafco系列產(chǎn)品為代表。盤(pán)管材料為耐高溫與低溫的聚烯烴石蠟脂，盤(pán)管分片組合成型，垂直放置于蓄冰槽內(nèi)。2、封裝式封裝式蓄冷是以內(nèi)部充有水或有機(jī)鹽溶液的塑料密封容器為蓄冷單元，將許多這種密封件有規(guī)則地堆放在蓄冷槽內(nèi)。蓄冰時(shí)，制冷機(jī)組提供的低溫載冷劑（乙二醇水溶液）進(jìn)入蓄冷槽，使封裝件內(nèi)的蓄冷介質(zhì)結(jié)冰；釋冷時(shí)，載冷劑流過(guò)密封件之間的空隙，將封裝件內(nèi)的冷量取出。封裝式的蓄冷槽分為密閉式貯槽和開(kāi)敞式貯槽。密閉式貯罐由鋼板制成圓柱形，有臥式和立式兩種。開(kāi)敞式貯罐通常為矩形結(jié)構(gòu)，可采用鋼板、玻璃鋼加工，也可采用鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑。蓄冷容器可布置在室內(nèi)或室外，也可埋入地下，在施工過(guò)程中應(yīng)妥善處理保溫隔熱、防腐及防水問(wèn)題，尤其應(yīng)采取措施保證乙二醇水溶液在容器內(nèi)和封裝件內(nèi)均勻流動(dòng)，防止開(kāi)敞式貯槽中蓄冰元件在蓄冷過(guò)程中向上浮起。3、冰片滑落式冰片滑落式蓄冰系統(tǒng)屬于直接蒸發(fā)式，設(shè)有專門(mén)的垂直板片式蒸發(fā)器，如圖9-12所示。圖9-12冰片滑落式蓄冰系統(tǒng)原理圖在這種系統(tǒng)中，片狀冰的表面積大，換熱性能好，具有較高的釋冷速率。通常情況下，即使蓄冰槽內(nèi)80～90%的冰被融化，仍能夠保持釋冷溫度不高于2℃。因此，適合于負(fù)荷集中在較短時(shí)間內(nèi)，且供水溫度低、供回水溫差大的場(chǎng)合。不過(guò)，這種蓄冷系統(tǒng)的初投資高；故障率較高，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高；為了使冰片順利落下，需要占用的空間高度較大。4、冰晶式冰晶式空調(diào)系統(tǒng)如圖9-13所示。優(yōu)點(diǎn)：這種系統(tǒng)的蓄冷槽結(jié)構(gòu)造簡(jiǎn)單，只要有足夠的空間以及適當(dāng)?shù)姆浪捅丶纯?。由于系統(tǒng)生成的冰晶細(xì)小而均勻，其總換熱面積大，融冰釋冷速度快。冰晶的生成是在制冷機(jī)的蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行的，分布均勻，不易形成死角和冷橋。缺點(diǎn)：該系統(tǒng)的制冰過(guò)程發(fā)生在在主機(jī)的蒸發(fā)器內(nèi)，隨著制冰時(shí)間的延長(zhǎng)，流動(dòng)的混合溶液的含冰率越來(lái)越大，因此這類系統(tǒng)的制冷能力不能太大，目前只能生產(chǎn)至180kW左右的系統(tǒng)，不適用于大型系統(tǒng)。圖9-13冰晶式蓄冷系統(tǒng)原理圖二、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)流程根據(jù)制冷機(jī)與蓄冰槽的相對(duì)位置不同，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)流程有并聯(lián)和串聯(lián)兩種形式。1、并聯(lián)式蓄冰空調(diào)系統(tǒng)圖9-14所示為并聯(lián)式蓄冰空調(diào)系統(tǒng)流程圖。圖9-14并聯(lián)式蓄冰空調(diào)系統(tǒng)流程圖該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)五種運(yùn)行工況，各種運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)情況如表9-3所示。表9-3并聯(lián)式流程各運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)情況工況P1P2V1V2V3制冰開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)開(kāi)制冰同時(shí)供冷開(kāi)開(kāi)開(kāi)調(diào)節(jié)開(kāi)融冰供冷關(guān)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)開(kāi)制冷機(jī)供冷開(kāi)開(kāi)開(kāi)1-2關(guān)聯(lián)合供冷開(kāi)開(kāi)開(kāi)調(diào)節(jié)開(kāi)2、串聯(lián)式蓄冰空調(diào)系統(tǒng)串聯(lián)式流程可以分為制冷機(jī)位于蓄冰槽上游和制冷機(jī)位于蓄冰槽下游兩種方式。圖9-15所示為制冷機(jī)位于上游時(shí)系統(tǒng)流程圖。圖9-15制冷機(jī)位于上游時(shí)串聯(lián)系統(tǒng)的流程圖該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)四種運(yùn)行工況：表9-4制冷機(jī)上游串聯(lián)式流程各運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)情況工況V1V2V3V4制冰關(guān)關(guān)開(kāi)開(kāi)融冰供冷開(kāi)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)關(guān)制冷機(jī)供冷開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)聯(lián)合供冷開(kāi)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)關(guān)三、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行策略制冷機(jī)優(yōu)先策略以制冷機(jī)供冷為主，當(dāng)負(fù)荷超過(guò)制冷機(jī)的供冷能力時(shí)，由蓄冰槽承擔(dān)不足的部分。制冷機(jī)優(yōu)先策略在運(yùn)行中較容易控制，但蓄冰槽的使用率低，不能充分利用電力谷段低廉的電價(jià)，運(yùn)行電費(fèi)高，在實(shí)際中很少采用。釋冷優(yōu)先策略以蓄冰槽釋冷為主，不足部分由制冷機(jī)補(bǔ)充。如果釋冷優(yōu)先策略使用得當(dāng)，能獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，故在實(shí)際中應(yīng)用較多。釋冷優(yōu)先策略在控制程序上制冷機(jī)優(yōu)先策略復(fù)雜，如果釋冷量不能很好地控制和合理分配，有可能會(huì)造成負(fù)荷高峰時(shí)供冷量不夠，或者蓄冷量未能充分利用。需要在預(yù)計(jì)逐時(shí)負(fù)荷的基礎(chǔ)上，計(jì)算分配蓄冷槽的釋冷量和制冷機(jī)的供冷量，以保證蓄冷量得到充分利用，又能夠滿足逐時(shí)冷負(fù)荷的要求，通常采用基本恒定的逐時(shí)釋冷速率。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的是典型設(shè)計(jì)日的逐時(shí)負(fù)荷，而非典型設(shè)計(jì)日的逐時(shí)負(fù)荷分布是變化的，這就要求根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的情況優(yōu)化釋冷速率。己經(jīng)有一些冰蓄冷系統(tǒng)優(yōu)化控制軟件，結(jié)合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用，可以在滿足逐時(shí)冷負(fù)荷的基礎(chǔ)上，最大限度地發(fā)揮蓄冰槽的作用，使運(yùn)行電費(fèi)最少。2、蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟各種蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本上可以按照以下幾個(gè)步驟進(jìn)行。（1）可行性分析在進(jìn)行某項(xiàng)蓄冷空調(diào)工程設(shè)計(jì)之前，需要先進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的可行性分析。要考慮的因素通常包括：建筑物的使用特點(diǎn)、電價(jià)、可以利用的空間、設(shè)備性能要求、使用單位意見(jiàn)、經(jīng)濟(jì)效益以及操作維護(hù)等問(wèn)題。（2）計(jì)算設(shè)計(jì)日的逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷，按空調(diào)使用時(shí)間逐時(shí)累加，并計(jì)入各種冷損失，求出設(shè)計(jì)日內(nèi)系統(tǒng)的總冷負(fù)荷。（3）選擇蓄冷裝置的形式目前在蓄冷空調(diào)工程中應(yīng)用較多的有水蓄冷、內(nèi)融冰和封裝式系統(tǒng)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況和特點(diǎn)選擇合適的形式。（4）確定系統(tǒng)的蓄冷模式、運(yùn)行策略及循環(huán)流程。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)有多種蓄冷模式、運(yùn)行策略及循環(huán)流程。如蓄冷模式中有全部蓄冷模式和部分蓄冷模式；運(yùn)行策略中有主機(jī)優(yōu)先和蓄冷優(yōu)先策略；系統(tǒng)循環(huán)流程有串聯(lián)和并聯(lián)；在串聯(lián)流程中又有主機(jī)和蓄冷槽那一個(gè)在上游的問(wèn)題。這些都需要作出明確、合理的選擇，才能對(duì)設(shè)備容量進(jìn)行確定。（5）確定制冷機(jī)和蓄冷裝