冰蓄冷设备.docx
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冰蓄冷设备
冰蓄冷设备
一、分类
美国制冷工业协会（ARI）1994年出版的《蓄冷设备热性能指南》将蓄冷设备广义地分为显热式蓄冷和潜热式蓄冷，见表2-1。
表2-1
分类
类型
蓄冷介质
蓄冷流体
取冷流体
显热式
水蓄冷
水
水
水
潜热式
冰盘管（外融冰）
冰或其他共晶盐
制冷剂
水或载冷剂
载冷剂
冰盘管（内融冰）
冰或其他共晶盐
载冷剂
载冷剂
制冷剂
制冷剂
封装式
冰或其他共晶盐
水
水
载冷剂
载冷剂
片冰滑落式
冰
制冷剂
水
冰晶式
冰
制冷剂
载冷剂
载冷剂
*注：
载冷剂一般为乙烯乙二醇水溶液。
最常用的蓄冷介质是水、冰和其他相变材料，不同蓄冷介质具有不同的单位体积蓄冷能力和不同的蓄冷温度。
二、冰盘管式（ICE-ON-COIL）
冷媒盘管式（REFRIGERANTICE-ONCOIL）
外融冰系统（EXTERNALMELTICE-ONCOILSTORAGESYSTEMS）
该系统也称直接蒸发式蓄冷系统，其制冷系统的蒸发器直接放入蓄冷槽内，冰结在蒸发器盘管上。
此种形式的冰蓄冷盘管以美国BAC公司为代表。
盘管为钢制，连续卷焊而成，外表面为热镀锌。
管外径为1.05"（26.67mm），冰层最大厚度为1.4"（35.56mm），因此盘和换热表面积为5.2ft2/RTH（0.137m2/KWH），冰表面积为19.0ft2/RTH（0.502m2/KWH），制冰率IPF约为40-60%。
融冰过程中，冰由外向内融化，温度较高的冷冻水回水与冰直接接触，可以在较短的时间内制出大量的低温冷冻水，出水温度与要求的融冰时间长短有关（参见图2-1、2-2、2-3）。
这种系统特别适合于短时间内要求冷量大、温度低的场所，如一些工业加工过程及低温送风空调系统使用。
（1）10小时放热特性（图2-1）
该蓄冷方式是由食品冷冻行业中应用多年的乳品冷却设备改制发展而成。
由此在乳品行业中经常采用。
最近天津雀巢咖啡生产厂，工艺要求所供应的冷冻水温在全过程中要求保证稳定在+1°C，采用BAC外融冰装置，冰盘管表面冰层厚度大约为2-3MM，冷冻机24小时连续运行。
在使用冷媒盘管式蓄冷槽时，有几点需注意：
（1）当结冰厚度在1"-3.5"之间，若冷冻系统设计不当，制冰时冷冻蒸发温度较低，压缩机所需功率大，耗电率大，并且制冷时间长，用电量多；
（2）若贮存的冰设有完全用掉而制冷时间已到，需要开始制冰，则必需隔着一层冰来制冰，由于冰是一种优良热阻，这将使制冷设备耗电率与用电量增加；（3）蓄冰槽内应保持约50%以上的水不冻成冰，否则无法正常抽取冷水使用进行融冰，故最好使用厚度控制器或增加盘管中心距，以避免冰桥产出；（4）在开放式系统中，蓄冰槽的进出口处（即水系统进出口管路上）应加装止回阀和稳压阀等近期制设备，以免仃泵时系统中的水回流，使蓄冰槽中水外溢。
三、完全冻结式（TOTALFREEZE-UP）
卤水静态储冰（GLYCOLSTATICICE）
内融冰式（INTERNALMELTICE-ON-COILSTORAGE）
该系统是将冷水机组制出的低温乙二醇水溶液（二次冷媒）送入蓄冰槽（桶）中的塑料管或金属管内，使管外的水结成冰。
蓄冰槽可以将90%以上的水冻结成冰，融冰时从空调负荷端流回的温度较高的乙二醇水溶液进入蓄冰槽，流过塑料或金属盘管内，将管外的冰融化，乙二醇水溶液的温度下降，再被抽回到空调负荷端使用。
这种蓄冰槽是内融冰式，盘管外可以均匀冻结和融冰，无冻坏的危险。
这种方式的制冰率最高，可达IPF=90%以上（指槽中水90%以上冻结成冰）。
生产这种蓄冰设备的厂家较多。
1、美国CALMAC蓄冰桶采用外径为16mm（也有13mm）的聚乙烯管绕成螺旋形盘管热交换器。
盘管冰层厚度为12mm，盘管换热表面积12ft2/RTH（0.317m2/KWH）。
蓄冰筒数量的选择
设计步骤如下：
1、确定系统的“冷吨小时数”TH TH=设计负荷*OH*DF
2、确定冷水机组的“名义制冷量”CP CP=TH/[（CI*IH）+（CO*OH）]
3、确定冰筒的数量N N=[TH-（CO*OH）]/冰筒的冷吨小时
式中：
DF--参差系数、设计“日平均负荷”除以“峰值负荷”，一般为0.65-0.90；
TH--设计日系统的冷吨小时数； OH--制冷小时数；
CP--机组“名义制冷量”； CI--冷水机组在制冰温度时的制冷量与空调额下制冷量之比；
IH--制冷小时数； CO--冷水机组在“制冷工况下”的制冷量与额定制冷量之比，一般在1左右；
例题：
设计负荷200冷吨、OH=10小时、IH=12小时、DF=0.75、CI=0.65、CO=1。
图2-4
图2-5
采用1190蓄冰筒（190冷吨小时）。
冰筒入水温度为15.6°C，出水温度为8.9°C（日间），融冰放冷10小时，每个蓄冰筒可放冷166冷吨小时。
可查表2-3。
1、系统的冷吨小时数
TH=200*10*0.75=1500冷吨小时
2、冷水机组“名义制冷量”
CP=1500/[（0.65*12）+10]=84.3冷吨
3、冰筒数量
N=[1500-（84.3*10）]/166=4个
注：
若全部蓄冰，OH=0。
表2-2 蓄冰筒性能和尺寸
型号
总蓄冷能力冷吨时
潜蓄冷能力冷吨时
显蓄冷能力冷吨时
最高工作温度°C
工作压力Mpa
试验压力Mpa
尺寸mm
重量KG
楼板负荷KG/m2
水/冰体积L
乙二醇浓度25%容量L
管束管径mm
共通管管径mm
连接管管径mm
D
H
无小时
充水时
1082A
97
82
15
38
0.6
1.0
1880
2083
387
3773
1360
3731
355
16
50
50
1098A
115
98
17
38
0.6
1.0
2261
1727
482
4518
1125
4459
410
16
50
65
1170A
170
145
25
38
0.6
1.0
2261
2366
677
7021
1750
6796
621
16
50
65
2150A
186
159
27
38
0.6
1.0
2261
2566
764
7614
1898
7212
774
16
50
65
1190A
190
162
28
38
0.6
1.0
2261
2566
705
7614
1898
3771
673
16
50
65
注：
1、1320A型号（两筒组合）和1500型号（三筒组合），由于海运困难，未列入。
2、2150A型号适用于温度低和温差大一些的乙二醇溶液循环系统。
表2-3 每个冰筒的制冷容量（冷吨小时，1冷吨小时3.516Kwhr）
型号
制冰小时
出水温度
入水温度
1098型号
1170型号
1190型号
6
7
8
9
10
6
7
8
9
10
6
7
8
9
10
15.6°C
10°C
8.9°C
7.8°C
105
102
98
106
103
100
106
104
101
106
104
101
106
104
102
149
147
144
149
148
145
149
148
146
149
149
146
149
149
146
167
164
161
167
165
162
167
165
163
167
166
163
167
166
163
10.0°C
7.2°C
6.7°C
5.6°C
93
90
84
96
93
89
99
95
92
100
97
94
100
98
96
137
132
124
141
138
130
145
141
135
147
143
140
147
145
141
153
148
138
158
154
145
162
158
151
164
160
156
164
162
158
7.2°C
4.4°C
3.3°C
2.2°C
75
68
60
81
75
67
84
79
72
87
83
76
89
85
80
110
102
88
118
109
98
124
116
106
128
122
113
131
124
117
123
112
98
132
122
110
138
130
118
143
136
126
146
139
131
我国天津福星大厦、天津立达公寓等蓄冰空调工程中采用。
2、美国DUNHAM-BUSH的ICE-CEL蓄冰罐采用外径为19mm的聚乙烯管组成的蛇形盘管热交换器。
3、我国南京安纳特科技实业有限公司生产ET系列储冰桶亦采用聚乙烯管组成的蛇形盘管热交换器。
4、美国FAFCO蓄冰槽由外径为6.35mm的耐高低温石腊脂塑料管制成平行流换热盘管垂直放入保温槽内构成，平均冰层厚度为10mm，盘管换热表面积为13ft2/RTH（0.345m2/KWH）。
它置于钢制或玻璃钢制槽体内构成，其构造见图4-6，整体式蓄冰槽也可置于钢筋混凝土槽内或筏基内。
图2-6 FAFCO蓄冰槽构造图
发克（FAFCO）蓄冰设备分为标准槽及非标换热器。
（1）发克标准槽
a）材质：
蓄冰槽外壳为1.6mm镀锌钢板，内部一层29.48M2h°C/kcal保温断热层，槽体内表面有一层0.76mm的聚氯乙烯防水膜，槽体钢架结构皆经过热浸镀锌处理。
b）型式：
依其蓄冰容量分为 590型（600cm*244cm*208cm）
420型（462cm*244cm*208cm）
280型（305cm*244cm*208cm）
140型（168cm*244cm*208cm）
c）标准槽详细规范：
表2-4
规范
590型
420型
280型
140型
全热容量（冷吨时）
600
447
298
149
潜热容量（冷吨时）
500
375
250
125
有效浸泡（换热）面积（平方米）
728.7
546.5
363.4
182.2
总水量（估算值）（公升）
19.530
14.895
9.445
4.770
总卤水量（估算值）（公升）
1.060
795
530
265
最高运行温度（°C）
38
38
38
38
最大运行压力（kg/CM2）
6.3
6.3
6.3
6.3
保温断热效果（M2h°C/kcal）
29.48
29.48
29.48
29.48
换热器盘管外径（cm）
0.64
0.64
0.64
0.64
我国北京中央人民广播电台、深圳万德大厦等蓄冰空调工程中采用。
（2）发克（FAFCO）非标换热器
配合建筑物规划充分利用机房或建筑结构做为钢筋混凝土蓄冰槽使用。
槽内外均需做防水处理，槽内另做保温断热层，以减少换热损失，并配合槽内净高选用适当尺寸的发科非标蓄冰换热器。
a）材质：
由耐高、低温材料特殊石蜡脂制成。
b）型式：
依其平展总长度分为HXR-24、HXR-22、HXR-18、HXR-16、HXR-14、HXR-12、HXR-10八种型式。
c）非标换热器详细规范：
表2-5
规范
HXR-24
HXR-22
HXR-20
HXR-18
HXR-16
HXR-14
HXR-12
HXR-10
盘管高度（米）
3.66
3.36
3.05
2.75
2.44
2.14
1.83
1.53
潜热容量（冷吨时）
21.1
19.3
17.6
15.8
14.0
12.2
10.4
8.6
有效浸泡（换热）面积（平方米）
30.8
28.2
25.7
23.1
20.5
17.8
15.2
12.6
总卤水量（估算值）（公升）
45
41
38
34
30
26
22
18
每片重量（公斤）
38
34.9
31.8
29.1
26.3
22.6
18.9
15.7
最高运行温度（°C）
38
38
38
38
38
38
38
38
最大运行压力（kg/CM2）
6.3
6.3
6.3
6.3
6.3
6.3
6.3
6.3
换热器盘管外径（cm）
0.64
0.64
0.64
0.64
0.64
0.64
0.64
0.64
槽内净高（含配管空间）（米）
4.5
4.3
4
3.7
3.3
2.8
2.3
2
我国北京国际贸易中心二期蓄冰空调工程中采用。
表2-6即为采用各种不同发克蓄冰设备安装4000冷却小时对机房净高与平面面积的需求。
表2-6
发克蓄冰设备
蓄冰槽占地面积（平方米）
机房净高（米）
发克蓄冰设备
蓄冰槽占地面积（平方米）
机房净高（米）
140型标准槽
120
2.5
HXR-14非标换热器
140
2.8
280型标准槽
120
2.5
HXR-16非标换热器
120
3.3
420型标准槽
120
2.5
HXR-18非标换热器
110
3.7
590型标准槽
120
2.5
HXR-20非标换热器
100
4
HXR-10非标换热器
200
2
HXR-22非标换热器
95
4.3
HXR-12非标换热器
170
2.3
HXR-24非标换热器
90
4.5
5、美国BAC蓄冰槽里装有一个钢制的热交换器，其外径为1.05"（26.67m），结冰厚度控制在0.9"（23mm）左右，虽然是属于内融冰方式，但冰与冰之间仍有极小的间隙，以便在融冰过程中，结在盘管周置的冰存在少量的活动空间，使得钢管与冰始终存在有直接接触的部位，因此导热较好，在整个融冰过程中蓄冰槽的出口二次冷媒温度始终可保持在3°C左右，并使冰几乎全部被融化来供冷。
其盘管构造如图2-7。
图2-7 BAC盘管构造图
制冰是通过重量比为25%的工业抑制性乙烯乙二醇溶液的循环，在蓄冰装置中的盘管上制冰。
此间，制冷机的工作状况受到监控，当离开制冷机的乙二醇达到最低出口温度时，制冷机即关闭。
图2-8描述了制冷机在制冰周期分别为8、10、12小时制冷机口的乙二醇温度。
对于一个典型的10小时制冰周期而言，乙二醇出口温度绝不低于22°F（-5.6°C）。
如图所示，若制冰周期超过10小时，乙二醇极限温度要高于22°F；如果制冰期短于10小时，乙二醇极限温度将在制冰循环终点时低于22°F。
这一性能是建立在5°F温差的制冷机流量基础上的，当所选制冷机温差更大时，其乙二醇出口温度将比图2-8所示要低。
图2-8 制冷机出口温度
表2-7 BAC内融冰式蓄冰槽性能表
型号
TSU-237M
TSU-476M
TSU-594M
TSU-761M
蓄冰潜热容量（RTH）
237
476
594
761
净重（KG）
4420
7590
9150
10990
工作重量（KG）
17730
33530
42200
51610
冰槽水容量（L）
11320
22110
28250
34640
盘管内乙二醇容量（L）
985
1875
2320
3600
接管尺寸（mm）
50
75
75
75
尺寸（mm）
W
2400
2400
2980
3600
L
3240
6050
6050
6050
A
220
248
248
248
B
540
540
685
689
C
298
298
350
600
D
724
724
910
1022
我国中央电视台、上海浦东国际儿童医疗中心、杭州市建设银行办公大楼等蓄冰空调工程中采用。
6、北京清华人工环境工程公司生产RH-ICU系列盘管式冰蓄冷设备。
我国唐山市百货大楼、杭州虹桥饭店、清华智能楼等蓄冰空调工程中采用。
四、制冰滑落式（DYNAMICICE-MAKER）
制冰机（ICEHARVESTER）系统
动态制冰机（DYNAMICICEMAKER）系统（DYNAMICICE-HARVESTER）
图2-9 制冰滑落式系统原理图
该系统的基本组成是以制冰机作为制冷设备，以保温的槽体作为蓄冷设备，制冰机安装在蓄冰槽的上方，在若干块平行板内通入制冷剂作为蒸发器。
循环水泵不断将蓄冰槽中的水抽出至蒸发器的上方喷洒而下，而冰冷的板状蒸发器表面，结成一层薄冰，待冰达到一定厚度（一般在3-6.5mm之间）时，制冰设备中的四通阀切换，压缩机的排气直接进入蒸发器而加热板面，使冰脱落。
“结冰”，“取冰”反复进行，蓄冰槽的蓄冰率为40-50%。
不适合于大、中型系统。
其系统原理图见图2-9。
代表性厂家有美国的Turbo.Morris和PaulMueller。
五、冰球式（IceBall）
容器式（EncapsulatedIce）
此种类型目前有多种形式，即冰球，冰板和蕊心褶囊冰球。
冰球又分为园形冰球，表面有多处凹涡冰球和齿形冰球。
（1）冰球式以法国CRISTOPIA为代表，蓄冰球外壳有高密度聚合烯烃材料制成，内注以具高凝固---融化潜热的蓄能溶液。
其相变温度为0°C，分为直径77mm（S型）和95mm（C型）两种。
以外径95mm冰球为例，其换热表面积为28.2ft2/RTH（0.75m2/KWH），每立方米空间可堆放1300个冰球；外径77mm冰球每立方米空间可堆放2550个冰球。
冰球结构图见图2-10。
冰球的性能参数见表2-8。
图2-10 冰球结构图
表2-8 冰球的性能参数表
冰球类型
相变温度°C
潜热QL
kwh/m3
显热固体Qss
kwh/°C.m3
显热液体Qsl
kwh/°C.m3
储冷液凝点Kver
kw/°C.m3
储冷液融点Kvfu
kw/°C.m3
冰球重量
Kg
LD50
毒性值
mg/kga
工作温度范围°C
sn.33
-33
44.6
0.7
1.08
1.6
2.2
724
2.600
sn.29
-28.9
39.3
0.8
1.15
1.6
2.2
681
1.200
sn.26
-26.2
47.6
0.85
1.2
1.6
2.2
704
1.200
sn.21
-21.3
39.4
0.7
1.09
1.6
2.2
653
1.300
sn.18
-18.3
47.5
0.9
1.24
1.6
2.2
706
2.700
-40°C
sn.15
-15.4
46.4
0.7
1.12
1.6
2.2
602
8.400
sn.12
-11.7
47.7
0.75
1.09
1.6
2.2
620
5.000
a
sn.10
-10.4
49.9
0.7
1.07
1.6
2.2
617
11.000
sn.06
-5.5
44.6
0.75
1.1
1.6
2.2
625
18.000
+60°C
sn.03
-2.6
48.3
0.8
1.2
1.6
2.2
592
58.000
s.00
0
48.4
0.7
1.1
1.6
2.2
558
85.000
°C
0
48.4
0.7
1.1
1.15
1.85
560
85.000
s.27
+27
44.5
0.86
1.04
1.6
2.2
867
2.500
注：
（1）表内以蓄冷罐体积为1m3；
（2）a：
符合1991年5月12日O.E.C.D（经济合作和发展组织）会议的标准；（3）LD50：
为一种口服毒性物质。
根据实验，当给不同的动物口服按其体重所调配而得的不同剂量的LD50，约50%的动物死亡。
我国杭州市交通银行金融大厦、天津电力医院、武汉邮电宾馆、北京海淀新科技大厦等蓄冰空调工程中采用。
法国西亚特热力应用工业公司与浙江杭佳制冷设备安装有限公司合资建立杭州西亚特制冷设备有限公司（中法合资）生产0°C相变蓄冰球，于1999年3月18日正式开工生产，第一期工程生产能力为2000m3/年。
（2）表面存在多处凹涡的冰球以美国CRYOGEL为代表，当结冰体积膨胀时凹处外凸成平滑园球型，使用时自然堆垒方式安装于一园桶型密闭式压力钢桶槽内，以避免结冰后体积膨胀，比重降低而漂浮，以防止二次冷媒形成短路。
（3）冰板式以美国Reaction公司为代表，冰板的大小为812*304*44.5mm，由高密度聚乙烯制成，板中充注入去离子水。
其换热表面积为25ft2/RTH（0.66m2/KWH）。
（4）浙江吉佳机电设备有限公司研制生产板状蓄冰块。
（5）北京西冷工程公司生产的齿球式冰球，其外径有100mm和70mm两种，内装95%的去离子水和5%的添加剂。
我国北京日报社、北京和平里医院等蓄就空调工程中采用。
（6）蕊心冰球为台湾产品，蕊心褶囊由高弹性高强度聚乙烯制成，褶皱利于冻结和融冰时内部水体积变化而产生的膨胀和收缩，同时两侧设有中空金属蕊心。
一方面增强热交换，另一方面起配重作用，在槽体内结冰后不会浮起。
杭州华源人工环境工程公司改进和生产的双金属芯冰球结构图见图2-11。
图2-11
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