冰蓄冷器設(shè)計(jì)殘余蓄冷量及其分析

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　　　簡介： 提出了冰蓄冷器設(shè)計(jì)殘余蓄冷量的概念，并對冰蓄冷器的設(shè)計(jì)殘余蓄冷量及其在冰蓄冷空調(diào)工程設(shè)計(jì)中的作用進(jìn)行了分析，指出冰蓄冷器設(shè)計(jì)殘余蓄冷量對于準(zhǔn)確確定冰蓄冷器的額定蓄冷量進(jìn)而正確選用冰蓄冷器是非常重要的。

　　關(guān)鍵字：冰蓄冷器 殘余蓄冷量

　　此前，文獻(xiàn)[1]等提出了冰蓄冷器殘余蓄冷量的概念，由于篇幅所限，沒有對其作詳細(xì)討論。文獻(xiàn)[1]指出，對于冰蓄冷空調(diào)，在冰蓄冷器釋冷過程的某一時(shí)刻，當(dāng)冰蓄冷器的逐時(shí)釋冷量[1]降低到其額定蓄冷量的某一百分比時(shí)，冰蓄冷器中剩余的蓄存冷量將失去實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，此時(shí)可以認(rèn)為釋冷過程結(jié)束，并把此時(shí)冰蓄冷器中剩余的蓄存冷量稱為冰蓄冷器殘余蓄冷量。之所以如此定義冰蓄冷器殘余蓄冷量的概念，完全是出于對冰蓄冷器性能進(jìn)行評價(jià)的需要。因?yàn)?，所提出的評價(jià)指標(biāo)應(yīng)該具有統(tǒng)一的評價(jià)（基準(zhǔn)） 條件，以便于對不同性能的冰蓄冷器進(jìn)行評價(jià)。作者認(rèn)為，冰蓄冷器殘余蓄冷量的概念在對冰蓄冷器性能進(jìn)行評價(jià)時(shí)是一個(gè)很重要的概念[2] ，但是，對于冰蓄冷空調(diào)工程設(shè)計(jì)，由于設(shè)計(jì)條件、設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案因工程而異，冰蓄冷器的使用條件無法滿足統(tǒng)一的基準(zhǔn)條件，這個(gè)概念就不太適用。本文根據(jù)冰蓄冷空調(diào)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，提出冰蓄冷器設(shè)計(jì)殘余蓄冷量的概念，并對它在冰蓄冷空調(diào)工程設(shè)計(jì)中的影響進(jìn)行分析。

　　1 冰蓄冷器設(shè)計(jì)殘余蓄冷量對于冰蓄冷空調(diào)工程設(shè)計(jì)，無論其設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)參數(shù)如何，有一點(diǎn)是共同的，這就是，在空調(diào)過程中，冰蓄冷器應(yīng)按照設(shè)計(jì)所要求的逐時(shí)釋冷量進(jìn)行釋冷，即應(yīng)滿足：

　　Qj = Qzj + Qsj （1）

　　式中　Qj ———空調(diào)過程中j 時(shí)刻空調(diào)目標(biāo)需要的總冷量，kW；

　　Qzj ———空調(diào)過程中j 時(shí)刻制冷機(jī)供給空調(diào)目標(biāo)的冷量，kW；

　　Qsj ———空調(diào)過程中j 時(shí)刻冰蓄冷器供給空調(diào)目標(biāo)的冷量，kW.

　　其中，j1 ≤j ≤j2 .j1 為空調(diào)過程的開始時(shí)刻，j2 為空調(diào)過程的結(jié)束時(shí)刻。在空調(diào)過程j1 ≤j ≤j2 時(shí)間內(nèi)，

　　冰蓄冷器釋冷的結(jié)束時(shí)刻可能與空調(diào)過程的結(jié)束時(shí)刻相同，也可能不相同（本文假定時(shí)間相同） ，但是，在一個(gè)運(yùn)行周期中，當(dāng)冰蓄冷器釋冷結(jié)束后，其內(nèi)部所剩余的蓄存冷量就不會(huì)再為該運(yùn)行周期所利用，而是與下一個(gè)運(yùn)行周期冰蓄冷空調(diào)蓄冷運(yùn)行所蓄存的冷量一起，成為冰蓄冷器在下一個(gè)運(yùn)行周期的蓄冷量。我們把在設(shè)計(jì)工況（設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)參數(shù)）下，冰蓄冷器在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)（或空調(diào)過程中） 釋冷結(jié)束時(shí)，其內(nèi)部剩余的蓄存冷量叫做冰蓄冷器的設(shè)計(jì)殘余蓄冷量，用符號Φys表示，單位kWh.

　　2 冰蓄冷器設(shè)計(jì)殘余蓄冷量分析眾所周知，無論何種類型的冰蓄冷器，無論其釋冷性能如何，在其釋冷過程中，當(dāng)不考慮其外在條件的變化時(shí)，冰蓄冷器的參數(shù)之間存在下面的關(guān)系：

　　Qksj =f （Φs （j - 1） ） = f

　　j - 1

　　j = j1

　　（ 6 Qsj） （2）

　　并且有：

　　Qsj ≤Qksj （3）

　　式中　f ———函數(shù)關(guān)系符號；

　　Qsj ———空調(diào)過程中j 時(shí)刻冰蓄冷器的逐時(shí)釋冷量，kW；

　　Qs （j） ———從空調(diào)過程開始時(shí)刻j1 到空調(diào)過程

　　式中j 時(shí)刻，冰蓄冷器釋出的總冷量，kWh ；

　　Qksj ———空調(diào)過程中j 時(shí)刻冰蓄冷器可以釋出的最大逐時(shí)釋冷量，也叫做冰蓄冷器的逐時(shí)可釋冷量[1] ，kW.

　　式（2） 表明，冰蓄冷器在j 時(shí)刻的可釋冷量Qksj是其在該時(shí)刻之前已經(jīng)釋出的總冷量Φs （j - 1） 的函

　　數(shù)，并且一般有：

　　Qksj > Qks （j + 1） （4）

　　如果設(shè)Φ0 為冰蓄冷器的額定蓄冷量，則式（2）

　　還可以寫成：

　　Qksj = g（Φ0 - Φs （j - 1） ） = g（Φyj） （5）

　　式中　g ———函數(shù)關(guān)系；

　　Φyj ———冰蓄冷器內(nèi)在j 時(shí)刻剩余的總蓄冷量，kWh.

　　式（5） 表明，冰蓄冷器在j 時(shí)刻的可釋冷量Qksj（或Qsj） 是其在該時(shí)刻所剩余的總蓄冷量Φyj的函數(shù)。根據(jù)式（5） 的關(guān)系，冰蓄冷器j 時(shí)刻的逐時(shí)（可）釋冷量不同時(shí)，就需要不同的剩余總蓄冷量Φyj ，按照冰蓄冷器設(shè)計(jì)殘余蓄冷量的定義，在設(shè)計(jì)工況下，在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)釋冷結(jié)束時(shí)刻所要求的冰蓄冷器的釋冷量不同時(shí)，冰蓄冷器一般就具有不同的設(shè)計(jì)殘余蓄冷量Φys ，而且有：

　　Φys =Φyj2 ?。╦2 為冰蓄冷器釋冷結(jié)束時(shí)刻）

　　也就是說，對于一個(gè)冰蓄冷空調(diào)工程，不管選用何種類型的冰蓄冷器，只要設(shè)計(jì)要求冰蓄冷器在釋冷結(jié)束時(shí)刻j2 的逐時(shí)釋冷量Qsj2不同，為了保證冰蓄冷器在該時(shí)刻能夠釋放出所要求的冷量，所選用的冰蓄冷器一般就應(yīng)具有不同的設(shè)計(jì)殘余蓄冷量。如果設(shè)Φs 為冰蓄冷器額定釋冷量，則必有：

　　Φs <Φ0

　　并且有： 　Φ0 =Φs +Φys

　　文獻(xiàn)[2]指出，如果設(shè)Φx 為冷蓄冷器的有效蓄

　　冷量，Φxu為其無效蓄冷量，則有：

　　Φx =Φs

　　Φxu =Φys

　　即冰蓄冷器的額定釋冷量在數(shù)值上等于其有效蓄冷量，冰蓄冷器的設(shè)計(jì)殘余蓄冷量在數(shù)值上等于其無效蓄冷量。對于上述幾個(gè)蓄冷量，進(jìn)一步解釋如下，由于冰蓄冷器存在設(shè)計(jì)殘蓄冷量或無效蓄冷量，冰蓄冷器在蓄冷過程中必須蓄存額定蓄冷量的總冷量，才能夠在空調(diào)過程中按照設(shè)計(jì)要求的逐時(shí)釋冷量為空調(diào)目標(biāo)供出額定釋冷量的總冷量。無效蓄冷量只需要冰蓄冷器在第一次蓄冷運(yùn)行時(shí)蓄存，由于冰蓄冷器在以后運(yùn)行時(shí)存在（設(shè)計(jì)） 殘余蓄冷量，其在數(shù)值上等于無效蓄冷量，如果不考慮冰蓄冷器等的冷量損失，這部分冷量將一直存在于冰蓄冷器中而占用冰蓄冷器的蓄冷空間。這是由冰蓄冷器的特點(diǎn)所決定的。通過以上分析可知，對于冰蓄冷空調(diào)設(shè)計(jì)，由于冰蓄冷器存在設(shè)計(jì)殘蓄冷量，而冰蓄冷器的設(shè)計(jì)殘蓄冷量與設(shè)計(jì)的具體方案有關(guān)。當(dāng)設(shè)計(jì)要求冰蓄冷器在釋冷結(jié)束時(shí)刻的釋冷量不同時(shí)，為了保證冰蓄冷器在該時(shí)刻能夠釋放出所要求的冷量，即使設(shè)計(jì)所要求的冰蓄冷器的額定釋冷量（或有效蓄冷量） 相同，所選用的冰蓄冷器一般也應(yīng)具有不同的額定蓄冷量。注意這一點(diǎn)對于冰蓄冷空調(diào)設(shè)計(jì)是非常必要的，也是非常重要的。否則，冰蓄冷空調(diào)工程設(shè)計(jì)就具有一些盲目性。作為一個(gè)簡單例子，本文引用文獻(xiàn)[3]中給出的

　　Calmac1190A 逐時(shí)可釋冷量的關(guān)系式（改用本文的相應(yīng)符號） 來對上述討論予以說明：

　　Qksj = 177. 8 ×[1 - （1/ 563） ×6

　　j - 1

　　j = 1

　　Qsj]

　　= 177. 8 ×[1 - （1/ 563） ×Φs （j - 1）]

　　如果假定18 時(shí)為冰蓄冷器釋冷（或空調(diào)） 過程結(jié)束時(shí)刻，如果取在18 時(shí)的逐時(shí)釋冷量Qs18 = Qks18= 0 時(shí)，此冷蓄冷器在18 時(shí)之前可獲得的有效釋冷量為563 ，加上18 時(shí)的釋冷量（為零） ，則此種情況下，該冰蓄冷器在釋冷（或空調(diào)） 過程的總有效釋冷量為563 + 0 = 563 （也是該冰蓄冷器的最大有效釋冷量） ；如果取在18 時(shí)的逐時(shí)釋冷量Qs18 = Qks18 = 15時(shí)，此冰蓄冷器在18 時(shí)之前可獲得的有效釋冷量為51515 ，加上18 時(shí)的釋冷量15 ，則此種情下，該冰蓄冷器在釋冷（或空調(diào)） 過程的總有效釋冷量為51515 + 15 = 53015 ； 如果取在18 時(shí)的逐時(shí)釋冷量Qs18 = Qks18 = 30 時(shí)，此冰蓄冷器在18 時(shí)之前可獲得的有效釋冷量為468 ，加上18 時(shí)的釋冷量30 ，則此種情況下，該冰蓄冷器在釋冷（或空調(diào)） 過程的總有效釋冷量為468 + 30 = 498.通過該簡例的幾個(gè)簡單計(jì)算數(shù)據(jù)， 大家不難看出， 對于同一臺（Calmac1190A） 冰蓄冷器，當(dāng)設(shè)計(jì)要求其在釋冷（或空調(diào)） 過程結(jié)束時(shí)刻（或結(jié)束時(shí)刻前1 小時(shí)內(nèi)） 供出

　　不同的釋冷量時(shí)，其在釋冷（或空調(diào)） 過程中的有效釋冷量分別為563 ，53015 ，498.而這三個(gè)數(shù)據(jù)之間的差值在定程度上表明了冰蓄冷器在三種情況下設(shè)計(jì)殘余蓄冷量的差別。另一方面，如果要求冰蓄冷器在上面三種情況下的有效釋冷量相同，由于設(shè)計(jì)殘余蓄冷量不同，就應(yīng)選擇不同額定蓄冷量的冰蓄冷器（具體方法可參見文獻(xiàn)[1]等） .

　　3 結(jié)論綜上所述，從冰蓄冷器的工作特點(diǎn)分析，冰蓄冷器存在設(shè)計(jì)殘余蓄冷量，而且冰蓄冷器的設(shè)計(jì)殘余蓄冷量與具體設(shè)計(jì)方案有關(guān)，在進(jìn)行冰蓄冷空調(diào)工程設(shè)計(jì)時(shí)，這是一個(gè)不容忽視的問題。冰蓄冷器設(shè)計(jì)殘蓄冷量的大小主要取決于冰蓄冷器在設(shè)計(jì)條件下的釋冷性能和設(shè)計(jì)所要求的冰蓄冷器在釋冷結(jié)束時(shí)刻的釋冷量，所以，在進(jìn)行冰蓄冷空調(diào)工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)所選用的冰蓄冷器在設(shè)計(jì)條件下的釋性能和設(shè)計(jì)所確定的冰蓄冷器在釋冷結(jié)束時(shí)刻的釋冷量比較準(zhǔn)確地確定其設(shè)計(jì)殘余蓄冷量，才有可能比較準(zhǔn)確地確定冰蓄冷器的額定蓄冷量，也才可能比較準(zhǔn)確地選用冰蓄冷器。如果不清楚這些或忽視了這些，在選用冰蓄冷器時(shí)沒有考慮冰蓄冷器的設(shè)計(jì)殘余蓄冷量，而以冰蓄冷器的額定釋冷量作為選擇冰蓄冷器的依據(jù)，就會(huì)產(chǎn)生所選用的冰蓄冷器蓄冷量偏小的問題，而在設(shè)計(jì)時(shí)靠設(shè)計(jì)者的主觀意志，在冰蓄冷器額定釋冷量的基礎(chǔ)上附加一個(gè)百分比后作為其額定蓄冷量，并據(jù)此來選用冰蓄冷器的做法，作者認(rèn)為是不科學(xué)的，因而具有盲目性，此前的一些工程設(shè)計(jì)事例已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。以上為筆者管見，意在拋磚引玉。

　　參考文獻(xiàn)

　　1 王力軍1 冰蓄冷空調(diào)蓄冷器蓄冷量分析1 通風(fēng)除塵，1998 ；17（3）

　　2 王力軍等1 冰蓄冷器性能及其評價(jià)指標(biāo)1 暖通空調(diào)1（待發(fā)表）

　　3 王勇，趙慶珠1 冰蓄冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制分析1 暖通空調(diào)，1996 ；26