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摘要：当前社会能源紧缺，为响应国家有关建立节约型社会的要求，在确保社会正常需求和企业正常运行的前提下，千方百计提高设备使用效率，降低运行成本；为转移电网高峰用电负荷，提高负荷率，合理利用电网峰谷电的差价和电网移峰的优惠政策，当条件允许时，可采用蓄冷空调技术。
关键词： 蓄冷系统水蓄冷设备测试
1 前言：
水蓄冷以水作为蓄冷介质的水蓄冷系统是空调蓄冷重要方式之一，也是能源利用，开源节流的形式之一。水蓄冷可利用室内外蓄水池或消防水池，用普通冷水机组制冷，夜间制取2~5℃的冷水蓄存起来供白天使用。为了提高蓄冷罐的蓄冷能力并满足供冷负荷需求，应提高水蓄冷系统蓄冷效率，维持较大的蓄冷温差，并防止储存冷水与回流热水的混合以减少能量损失。通常水蓄冷系统贮槽结构设计有四种方式：自然分层蓄冷、复合贮槽蓄冷、迷宫式蓄冷和隔膜式蓄冷。其中自然分层蓄冷系统简单，蓄冷效率较高、经济效益好，目前广为应用。
2 空调水蓄冷技术的简介
空调水蓄冷技术的含义
空调水蓄冷顾名思义就是在晚上用电谷底时，中央空调主机运行，将冷冻水蓄存起来；待白天用电高峰时，不运行空调主机，用泵将蓄存起来的冷冻水抽出，在空调系统内循环。空调水蓄冷节能降耗的实际意义
空调水蓄冷技术就是利用白天用电高峰时，往往电力供应比较紧张；而晚上用电谷底时，发电厂必须保证部分机组正常运行，这时的电力又是富余的，且不能储存，如果这些电不用掉，只能浪费。通过水蓄冷项目，把可能浪费的电力资源利用起来，在白天用电高峰时尽量减少用电，形成节能效应；晚上环境温度比较低，冷却温度也相对较低，冷水机组运行效率较白天要高；同时电力部门为错开用电高峰和谷底，对谷底用电电价给予适当优惠，从而达到降低用电费用的效果。
3 实施水蓄冷时的基本条件
3.1有可执行峰谷电价的供电政策或有对蓄能优惠的电价政策。
3.2以冷冻水为冷源的电制冷空调系统，低电价时段有空余的制冷机组作蓄冷用。
3.3建筑物中具有可利用的消防水池或可建蓄水池的空间（绿地、露天停车地下，空闲
或可作水池的地下室等）。
4 温度分层型水蓄冷原理
冷量储存的类型有温度分层型、多水池型、隔膜型或迷宫与多水池折流型等。实践证明，相对其它类型，温度分层型（垂直流向型）最简单有效。
温度分层型水蓄冷是利用水在不同温度时密度不同这一物理特性，依靠密度差使温水和冷水之间保持分隔，避免冷水和温水混合造成冷量损失。
水在4℃左右时的密度最大，随着水温的升高密度逐渐减小，利用水的这一物理特性，使温度低的水储存于池的下部，温度高的水位于储存于池的上部。
设计良好的温度分层型水蓄冷池在上部温水区与下部冷水区之间形成一个热质交换层。一个稳定而厚度小的热质交换层是提高蓄冷效率的关键。
为了在蓄水池内垂直方向的横断面上，使水流以重力流或活塞流平稳地在整个断面上均匀地流动并平稳地导入池内（或由池内引出），在上部温水区与下部冷水区之间形成并保持一个有效的、厚度尽可能小的热质交换层，关键是在蓄水池内的上下部设置相同散水器，以确保水流在进入蓄水池时满足佛雷得（Frande）系数，使得水流均匀分配且扰动最小地进入蓄冷池。散水器的设计及施工是温度分层型水蓄冷的关键技术。
5 冷源系统的运行控制方法
为了充分利用夜间电力和尽量减少高峰时段内用电，需要控制蓄冷槽的充冷和释冷过程。该系统的蓄冷率設定值曲线。蓄冷率是指水蓄冷槽的实际蓄冷量与设计蓄冷量的比值，蓄冷率为0表示水蓄冷槽内无可用蓄冷量，而蓄冷率为15％则表示水蓄冷槽内蓄冷量达到设计蓄冷量（满蓄）。空气源热泵依照蓄冷率设定值曲线进行运行控制，当蓄冷槽的实际蓄冷率小于该时刻的蓄冷率设定值时空气源热泵即启动运行。根据不同时段的空气源热泵运行方案，蓄冷率设定值按表3所示的5个时间段确定。22：00～8：00的蓄冷率设定值为100％，使水蓄冷槽在夜间时段尽可能多地蓄存冷量；控制上午的释冷速度，以保证蓄冷槽保留足够的蓄冷量满足用电高峰时段的空调冷量要求；16：00的蓄冷率为0促使蓄冷槽在用电高峰时段最大限度地释放冷量，避免启动空气源热泵；18：00的蓄冷率设定值为15％，使水蓄冷槽在正式蓄冷前先保有一定的冷量，即进行“预备蓄冷”。这样做的理由是：由于现有空气源热泵的容量相对于水蓄冷槽的总蓄水量来说偏小，为了使蓄冷槽达到“满蓄”而采取的暂时性辅助措施。当增设一台空气源热泵后，“预备蓄冷”可取消。
6 测试装置
6.1制冷系统
水蓄冷系统包括制冷系统，蓄冷系统，量热系统，数据采集系统。其中制冷系统的冷凝器采用风冷强制散热,蒸发器采用高效板式换热器,节流机构为毛细管和膨胀阀,在制冷系统中并联安装,既可以各自独立使用,又可以联合使用,这样,能够测出毛细管和膨胀阀对制冷系统性能的影响。另外,在冷凝器出口和膨胀阀入口之间加装了一台板式换热器,它起过冷器的作用,分别利用水蓄冷桶和高温相变蓄冷槽储存的一部分冷量对其进行过冷,以增加制冷系统的冷量和性能系数(COP)。
6.2蓄冷系统
蓄冷系统分别由水蓄冷罐和高温相变蓄冷槽组成。水蓄冷罐是垂直放置的圆柱形蓄冷桶,在相同体积下,圆柱形表面积与体积比要比长方形小,因此,圆柱形的冷损失较小。高温相变蓄冷槽为长方形,蓄冷平板被整齐地堆放在蓄冷槽内,载冷剂溶液在层与层之间通道内流过,与板内的相变蓄冷材料进行热交换。
6.3量热系统
量热系统的主要作用是测出制冷机和蓄冷系统的冷量。它由两组电热管组成,一组为4kW,由调压器进行功率调节;另一组为3kW,由温控器控制其开停,待测试系统的参数稳定后,从功率表上读出其实践参数,即为要测的冷量。另外,压缩机功率也可直接从其功率表上读取。
6.4数据采集系统
该系统采用了一台美国惠普(HP)公司的数据采集仪,它能进行多种信号的采集和处理,另外将该仪器与一台586微机组连,以便适时监测试验数据,另外它还可处理、保存并最终打印出试验结果。试验时,分别在压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等部件的进出口,以及水蓄冷的进出口和蓄冷桶内布置多对热电偶,以便测量水蓄冷系统工作时各处的温度变化,从而为研究水蓄冷系统的动态特性奠定基础。
7 试验过程及分析
7.1测试过程
进行水蓄冷试验时,将各阀门调节到蓄冷状态并启动循环水泵和制冷机。在蓄冷桶内、蓄冷桶进出口处以及压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等部件的进出口处均布置有热电偶,以测得水蓄冷过程中其温度的变化规律。如所示为水蓄冷时,各热电偶在系统中的布置,中序号为各热电偶的编号,计算机每间隔一定时间向数据采集仪发出采样信号,数据采集仪分别采集各热电偶的温度值,并送回计算机进行数据保存和处理。
7.2测试分析
控制冷热水分层的驱动力是浮力。因为一般在水温高于4℃的时候,随着温度的下降,水的密度要变大,但是当温度降到4℃时,水的密度达到最大值,并且随着水温从4℃降到0℃,其密度是逐渐减小而不是增加的。正因为如此,大多数水蓄冷系统中的充冷水温度一般限制在4℃以上,亦即4℃~7℃。
8 结语：建筑能耗的总量在我国能源总消费的比例中在不断升高，在公共建筑的能耗中，暖通空调能耗占总能耗的50%～60%。水蓄冷是一个应用非常成熟的技术。早在80年代国内外就已经广泛应用，由于传统的水蓄冷系统初投资较大和电网没有实行峰谷电价的原因，所以限制了该技术的进一步推广使用。
关键词： 蓄冷系统水蓄冷设备测试
1 前言：
水蓄冷以水作为蓄冷介质的水蓄冷系统是空调蓄冷重要方式之一，也是能源利用，开源节流的形式之一。水蓄冷可利用室内外蓄水池或消防水池，用普通冷水机组制冷，夜间制取2~5℃的冷水蓄存起来供白天使用。为了提高蓄冷罐的蓄冷能力并满足供冷负荷需求，应提高水蓄冷系统蓄冷效率，维持较大的蓄冷温差，并防止储存冷水与回流热水的混合以减少能量损失。通常水蓄冷系统贮槽结构设计有四种方式：自然分层蓄冷、复合贮槽蓄冷、迷宫式蓄冷和隔膜式蓄冷。其中自然分层蓄冷系统简单，蓄冷效率较高、经济效益好，目前广为应用。
2 空调水蓄冷技术的简介
空调水蓄冷技术的含义
空调水蓄冷顾名思义就是在晚上用电谷底时，中央空调主机运行，将冷冻水蓄存起来；待白天用电高峰时，不运行空调主机，用泵将蓄存起来的冷冻水抽出，在空调系统内循环。空调水蓄冷节能降耗的实际意义
空调水蓄冷技术就是利用白天用电高峰时，往往电力供应比较紧张；而晚上用电谷底时，发电厂必须保证部分机组正常运行，这时的电力又是富余的，且不能储存，如果这些电不用掉，只能浪费。通过水蓄冷项目，把可能浪费的电力资源利用起来，在白天用电高峰时尽量减少用电，形成节能效应；晚上环境温度比较低，冷却温度也相对较低，冷水机组运行效率较白天要高；同时电力部门为错开用电高峰和谷底，对谷底用电电价给予适当优惠，从而达到降低用电费用的效果。
3 实施水蓄冷时的基本条件
3.1有可执行峰谷电价的供电政策或有对蓄能优惠的电价政策。
3.2以冷冻水为冷源的电制冷空调系统，低电价时段有空余的制冷机组作蓄冷用。
3.3建筑物中具有可利用的消防水池或可建蓄水池的空间（绿地、露天停车地下，空闲
或可作水池的地下室等）。
4 温度分层型水蓄冷原理
冷量储存的类型有温度分层型、多水池型、隔膜型或迷宫与多水池折流型等。实践证明，相对其它类型，温度分层型（垂直流向型）最简单有效。
温度分层型水蓄冷是利用水在不同温度时密度不同这一物理特性，依靠密度差使温水和冷水之间保持分隔，避免冷水和温水混合造成冷量损失。
水在4℃左右时的密度最大，随着水温的升高密度逐渐减小，利用水的这一物理特性，使温度低的水储存于池的下部，温度高的水位于储存于池的上部。
设计良好的温度分层型水蓄冷池在上部温水区与下部冷水区之间形成一个热质交换层。一个稳定而厚度小的热质交换层是提高蓄冷效率的关键。
为了在蓄水池内垂直方向的横断面上，使水流以重力流或活塞流平稳地在整个断面上均匀地流动并平稳地导入池内（或由池内引出），在上部温水区与下部冷水区之间形成并保持一个有效的、厚度尽可能小的热质交换层，关键是在蓄水池内的上下部设置相同散水器，以确保水流在进入蓄水池时满足佛雷得（Frande）系数，使得水流均匀分配且扰动最小地进入蓄冷池。散水器的设计及施工是温度分层型水蓄冷的关键技术。
5 冷源系统的运行控制方法
为了充分利用夜间电力和尽量减少高峰时段内用电，需要控制蓄冷槽的充冷和释冷过程。该系统的蓄冷率設定值曲线。蓄冷率是指水蓄冷槽的实际蓄冷量与设计蓄冷量的比值，蓄冷率为0表示水蓄冷槽内无可用蓄冷量，而蓄冷率为15％则表示水蓄冷槽内蓄冷量达到设计蓄冷量（满蓄）。空气源热泵依照蓄冷率设定值曲线进行运行控制，当蓄冷槽的实际蓄冷率小于该时刻的蓄冷率设定值时空气源热泵即启动运行。根据不同时段的空气源热泵运行方案，蓄冷率设定值按表3所示的5个时间段确定。22：00～8：00的蓄冷率设定值为100％，使水蓄冷槽在夜间时段尽可能多地蓄存冷量；控制上午的释冷速度，以保证蓄冷槽保留足够的蓄冷量满足用电高峰时段的空调冷量要求；16：00的蓄冷率为0促使蓄冷槽在用电高峰时段最大限度地释放冷量，避免启动空气源热泵；18：00的蓄冷率设定值为15％，使水蓄冷槽在正式蓄冷前先保有一定的冷量，即进行“预备蓄冷”。这样做的理由是：由于现有空气源热泵的容量相对于水蓄冷槽的总蓄水量来说偏小，为了使蓄冷槽达到“满蓄”而采取的暂时性辅助措施。当增设一台空气源热泵后，“预备蓄冷”可取消。
6 测试装置
6.1制冷系统
水蓄冷系统包括制冷系统，蓄冷系统，量热系统，数据采集系统。其中制冷系统的冷凝器采用风冷强制散热,蒸发器采用高效板式换热器,节流机构为毛细管和膨胀阀,在制冷系统中并联安装,既可以各自独立使用,又可以联合使用,这样,能够测出毛细管和膨胀阀对制冷系统性能的影响。另外,在冷凝器出口和膨胀阀入口之间加装了一台板式换热器,它起过冷器的作用,分别利用水蓄冷桶和高温相变蓄冷槽储存的一部分冷量对其进行过冷,以增加制冷系统的冷量和性能系数(COP)。
6.2蓄冷系统
蓄冷系统分别由水蓄冷罐和高温相变蓄冷槽组成。水蓄冷罐是垂直放置的圆柱形蓄冷桶,在相同体积下,圆柱形表面积与体积比要比长方形小,因此,圆柱形的冷损失较小。高温相变蓄冷槽为长方形,蓄冷平板被整齐地堆放在蓄冷槽内,载冷剂溶液在层与层之间通道内流过,与板内的相变蓄冷材料进行热交换。
6.3量热系统
量热系统的主要作用是测出制冷机和蓄冷系统的冷量。它由两组电热管组成,一组为4kW,由调压器进行功率调节;另一组为3kW,由温控器控制其开停,待测试系统的参数稳定后,从功率表上读出其实践参数,即为要测的冷量。另外,压缩机功率也可直接从其功率表上读取。
6.4数据采集系统
该系统采用了一台美国惠普(HP)公司的数据采集仪,它能进行多种信号的采集和处理,另外将该仪器与一台586微机组连,以便适时监测试验数据,另外它还可处理、保存并最终打印出试验结果。试验时,分别在压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等部件的进出口,以及水蓄冷的进出口和蓄冷桶内布置多对热电偶,以便测量水蓄冷系统工作时各处的温度变化,从而为研究水蓄冷系统的动态特性奠定基础。
7 试验过程及分析
7.1测试过程
进行水蓄冷试验时,将各阀门调节到蓄冷状态并启动循环水泵和制冷机。在蓄冷桶内、蓄冷桶进出口处以及压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等部件的进出口处均布置有热电偶,以测得水蓄冷过程中其温度的变化规律。如所示为水蓄冷时,各热电偶在系统中的布置,中序号为各热电偶的编号,计算机每间隔一定时间向数据采集仪发出采样信号,数据采集仪分别采集各热电偶的温度值,并送回计算机进行数据保存和处理。
7.2测试分析
控制冷热水分层的驱动力是浮力。因为一般在水温高于4℃的时候,随着温度的下降,水的密度要变大,但是当温度降到4℃时,水的密度达到最大值,并且随着水温从4℃降到0℃,其密度是逐渐减小而不是增加的。正因为如此,大多数水蓄冷系统中的充冷水温度一般限制在4℃以上,亦即4℃~7℃。
8 结语：建筑能耗的总量在我国能源总消费的比例中在不断升高，在公共建筑的能耗中，暖通空调能耗占总能耗的50%～60%。水蓄冷是一个应用非常成熟的技术。早在80年代国内外就已经广泛应用，由于传统的水蓄冷系统初投资较大和电网没有实行峰谷电价的原因，所以限制了该技术的进一步推广使用。