天然冰节能在空调系统中的应用

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1、天然冰节能在空调系统中的应用王增卫　李功凌姚元元涂文侠罗平娅张玉茹摘要：从东北地区独特的寒冷气候以及对冰雪的使用方面对常规制冷空调与天然冰蓄冷空调相比在能源利用方面的差异，分别从经济、生态、社会三个方面对天然冰蓄冷系统进行效益分析，并对地下储冰技术与今后系统的研发和安装改造方面进行简述。.jyqkm。得天独厚的地理位置和气候条件使得东北地区冰雪资源丰富，假想利用天然冰蓄冷，将冬季的废冰或者专门冻结的冰贮存起来，夏天高温的时候集中用作空调的冷源，代替常规或蓄冷空调中耗电制冷设备，在当今世界能源消耗逐年增加、环保意识逐渐增强、大城市空调

2、负荷又快速增长的情况下，不仅具有经济效益，还有生态效益和社会效益。天然冰蓄冷系统充分利用了自然资源，使天然冰雪融化产生的冷量释放到所需制冷的空间，以满足该空间的冷负荷。1、系统的特性和工作原理1.1天然冰的可利用性分析冰的融化温度为0℃，1Kg冰在0℃融化成同温度的水，可以吸收335kJ的热量，即融化热为335kJ/Kg[2]。1000Kg冰可使面积为108.81m2，冷负荷为6700.32左右计算，总冷负荷约为3750k3）的冰雪完全可以满足需要。1.2天然冰的储存据测算，深2m的类似于半球形的地下坑储存15吨的冰雪，保存期从三月

3、到六月，冰雪的损失率为15％。因此可以建造地下储冰场所，在冬天利用热交换管将地下窖或山洞式贮藏库周围的土层冻成一层很厚的“永久冻土”以维持春暖后贮藏室的低温。1.3天然冰制冷系统的元件试验阶段是在正常空调系统外并联天然冰蓄冰槽装置，在测试阶段系统还包括压力、温度传感器，压力控制器，开通阀门等设备。对蓄冰槽测试得到相关点的压力和温度，找出效率最高的融冰方式，并通过对比测试得出盘管的接触面积与蓄冰槽体积的关系以及盘管的厚度与传热效率的关系，以此对蓄冰槽进行性能改进。最终采用盘管式蓄冰槽，利用静态内融冰的方法，它具有蓄冷速度快，取冷过程中

4、出口温度保持恒定等优良特性。试验的最终目的是达到天然冰系统单独运行即可满足整个房间的冷负荷。经观察和测算，掌握了蓄冰槽的特殊制作工艺，槽内的换热器（即换热蛇形盘管）采用尺寸为DN16的紫铜管连续卷焊（或无缝钢管焊接）焊接而成，为横置蛇形盘管，不仅换热面积大，同时防止内外腐蚀。蓄冰槽外部用20mm厚的保温板进行保温，确保冷量损失降到最低。1.4系统工作原理在天然冰蓄冷系统与常规系统混合进行工作时，蓄冰槽中的盘管中通制冷剂R22。在蓄冰槽的两端设有阀门，以控制天然冰系统的开关。蓄冰槽设在风冷器与节流阀之间，当温度较高的制冷剂在盘管中流动

5、时，盘管周围的冰将于制冷剂发生热量传递，制冷剂的热量被冰吸收，使制冷剂的温度大幅度下降，温度降低的制冷剂进入到蒸发器中，在风机的作用下，使盘管中制冷剂的冷量释放到房间中，达到降低室温的效果。2、天然冰系统的运用实例分析以在哈尔滨居住的某家庭为例：客厅使用面积为20㎡，日空调使用时间为5小时。已知哈尔滨地区平均电费为0.51元／（k3的纯冰释放的冷量为417180000J因此一间20㎡的空间需要纯冰的体积为：54000000J／417180000J=0.123m3可制成长*宽*高分别为：0.5m*0.45m*0.6m的蓄冰槽。注：科研

6、阶段的槽体体积比理想化模型体积略大。今后的科研过程中，力求在盘管的形状，布局，以及槽体的保温方面对蓄冰槽进行改进，使其逐渐接近理想化模型的体积大小。3、价值评估3.1经济效益天然冰是一种资源节约、环境友好的能源。用天然冰蓄能供冷设备系统实现冰的冬贮夏用，节省电能；不用制冷设备，节省铜、钢材料；不破坏臭氧层；年运行费用低；维修简便；使用寿命长。最大限度的降低了冰蓄冷空调系统的初投资。1千吨（约1100m3）-10℃的冰变成16℃的水能吸收117161kWh电量（相当于44.52吨标准煤的发电量）的热能，按1度电0.5元计算，价值5.5

7、85万元[4]，经济效益相当可观。3.2生态效益天然冰蓄冷系统减少了火力发电等引起的环境污染，减少了CO2排放、减轻温室效应、热岛效应、酸雨造成的灾害，在节约不可再生资源、保护环境的同时，发展天然冰蓄冷对建设节约型社会、保持经济持续发展十分有利。季节性冰雪蓄冷系统的COP值可达到50～100[5]。天然冰蓄冷已成为一项促进能源、经济和环境协调发展的实用系统节能技术.3.3社会效益天然冰蓄冷系统减少能源使用（特别是对于火力发电）引起的环境污染，充分利用不可再生资源，有利于生态平衡。减轻了国家电力事业的供应负担，缓解了用电紧张的现状。近

8、年来人们对能源利用、环境保护、降耗减排、经济效益等方面的关注日益密切，使得对天然冰雪利用进行了更广泛的研究。研究天然冰雪蓄冷空调系统的运行特性，可以说具有很大的社会效益。4、安装和改造方式以哈尔滨某小区作为试用观察点。将该小区的空调系