我国北方地区,夏季炎热,冬季漫长寒冷。夏季房间和畜、禽舍等环境调控以及生鲜农、副产品贮藏保鲜等需要消耗大量能源,特别是消耗大量不可再生能源,不但加剧了能源危机,同时加大了温室气体排放。若充分利用这些地区的气候特点,把冬季的自然冷能储存到夏季利用,将会实现能源的节约,促进环境的改善。　　 本文在分析研究国内外利用自然冰雪蓄冷及其冷量交换技术经验基础上,结合北方地区的气候特点和试验条件,提出以冬季室外自然冷冻的冰作为冷源,贮存到夏季,采取间接换热方式进行冷量交换用于环境温度控制的技术路线,并进行了系统的理论与试验研究。主要研究内容与结论如下:　　 (1)建立了水.冰相变的一维非稳态模型,得出了数学模型的精确解。通过实验验证了该模型的正确性,证明运用该模型可较好地预测水在自然环境温度和风力条件下的结冰规律,为确定冻冰方案和冻冰时间以及冻冰量提供理论依据。　　 (2)进行了分层喷水冻冰试验。结果表明,冻冰过程可视为热量从上、下两个方向的热量传递,相同时间内分层喷水结冰厚度约为一次性注满水结冰厚度的1.61倍。据此,确定了分层喷水快速冻冰生产方案,并以年用冰量600t为例,进行了分层喷水快速冻冰设备设计和参数计算。　　 (3)以哈尔滨地区为例,对冰蓄冷量、夏季房间空调和果蔬保鲜冷量交换过程中冷源的失效温度进行了分析。对贮存能力为600t的贮冰库进行了结构设计和参数计算,得到蓄冷效率为78％。通过贮冰试验表明,贮冰期理论计算结果和试验误差为6％,该数据为贮冰库设计提供了工程实例。　　 (4)首次提出了冰水混合间接换热的冷量交换技术方案。设计了冰水混合间接换热冷量交换系统,分析了整个换热系统冷量交换的利用效率。研制了冷量交换装置模型及其测试系统。采用Design-expert 6.0软件对换热器进行了参数优化试验,建立了回归模型,优化得出换热效率在84％以上的10组优化参数组合方案。各参数的优化值范围分别为风速2.54～2.93m/s,流量0.72～0.80m3,迎风面积11.93～13.51dm2,热管有效长度7.99～9.95m。　　 (5)设计了环境监测和调控的自动控制系统。该系统基于LabVIEW软件平台,借助远端模拟量采集模块、远端输出量开关模块和计算机串口,可实现保鲜库的温度、湿度、CO2浓度等各个物理参数的监测与调控。该系统借助RS232/485串口通讯总线可对大型保鲜库实现较远距离监测和控制,可满足保鲜库复杂工作环境的需要;同时,该控制系统采用自动控制与辅助手动控制相结合,必要时可采用辅助手动控制应急,以保证当自动控制系统出现意外时保鲜库的安全运行。　　 (6)根据本文提出的自然冻冰贮存蓄冷间接换热的冷量交换系统的工艺原理,以蔬菜储量720m3的蔬菜保鲜系统为例,计算了该保鲜库全年的冷耗及全年用冰总量,并进行了经济效益分析。结果表明,利用自然冰蓄冷进行果蔬保鲜具有很好的经济效益和环境效益。