冰蓄冷系统的测量

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1、前言在冰蓄冷空调系统中，从制冰装置到空调末端之间有众多的设备，故需要测量的对象也很多。蓄冰槽内的蓄冰率（IPF，IcePackingFactor，定义：冰在冰槽内冰水混合物中的质量比率）标志着蓄冰槽单位体积内所贮存的冷量，故在蓄冰空调系统的运行管理与自动控制中，IPF是一个不可缺少的测量参数。本文以测量蓄冰率为焦点，介绍其各种测量方法及其原理。1冰蓄冷与蓄冰率冰蓄冷空调系统根据向末端设备输送和分配冷量过程中有无冰的移动可分为动态蓄冰和静态蓄冰两大类。在静态蓄冰系统中，有管外制冰、管内制冰、冰球制冰等方法，在动态蓄冰系统中，冰微粒有微粒状、

2、扁平状、正方体状冰。无论上述哪种情况，冰都是在水溶液中由清水（纯水）结晶出来的。至今为止，已经提出了多种多样的冰蓄冷系统方案。在静态制冰系统中，制冰时的冷机运转控制与融冰时的残冰量预测都必须检测蓄冰槽内的蓄冰率IPF；在动态制冰系统中，除需要把握蓄冰槽内的贮冰量外，还需避免冰浆输送过程中的管路阻塞、把握末端设备的冷量需求，也同样需要检测蓄冰槽和输送管路内的蓄冰率IPF。2蓄冰率的测量方法与测量原理针对上述冰的各种生成方法和性状，应用各种原理提出了相应的蓄冰率测量方法。由于冰为固体，水为液体，冰水混合物的流动为固液两相流，在现有的测量方法中

3、，也有直接将其它领域的固液两相流的测量方法应用于冰水混合物蓄冰率的测量方案；也有在其它领域没有采用的独特的冰水混合物蓄冰率测量方案的提出。但各种测量方法的提案均处于实验阶段，其精度、稳定性、简便性、普适性俱佳的测量方法还难以确立，有待于进一步研究提出更为优良的测量方法。本文介绍了到目前为止的各种蓄冰率测试方法和测量原理。表1给出了主要的测量方法、测量对象（基本原理）和适用场合。在各方法中，按适用于制冰槽与蓄冰槽、输送管、采样法进行分类，并在下文中顺序说明。2.1制冰槽、蓄冰槽内IPF的测量1）水位变化量在冰盘管的外侧和内侧表面结冰的静态制

4、冰系统中，通常采用测量水位的上升来计算槽内蓄冰率IPF，这是利用水结冰后体积膨胀原理所进行的直接水位测量方法。冰的密度为917kg/m3，1000kg冰其体积为1.090m3，即1000Kg(或1m3)的水，完全结冰后其体积增大至1.090m3。故，随着结冰过程的进行，冰槽内的水位逐渐上升，根据水位上升量则可换算出IPF。水位的测量直接采用简单的传统方法（如：浮子法、差压法、超声波法等）。但这些方法要求在制冰过程中冰槽内冰水混合物的总量必须恒定，如果出现冰槽泄漏或冰块上浮现象，将会导致很大的误差。2）探针型冰厚传感器在冰盘管表面设置探针型

5、冰厚传感器，以测量盘管表面的结冰厚度。探针型冰厚传感器的检测原理是：每单位时间内使可移动的冰厚检测探针紧贴冰面，根据探针的位移量或停止位置检测出冰的厚度，进而根据冰厚与盘管总长度计算出槽内结冰总量。这种方法要求各个位置上的结冰均匀。3）电极型冰厚传感器此方法与探针型冰厚传感器测量原理相似，是一种利用结冰厚度来推定结冰量的方法。冰厚传感器采用电极式，利用电极之间的电阻变化量来推测结冰厚度。此类传感器又有两种类型：①检测到达预设厚度与时刻；②利用电极间电阻值的变化，连续检测结冰厚度（电极垂直设置在冰盘管表面上）。后者的结构如图1所示。一般而言

6、，水中含有各种离子，具有一定的导电性能，与此相反，纯净的冰基本上可以视为绝缘体。故，冰层覆盖电极表面后电极间的电阻值会增加，根据电阻值的大小计算出冰层厚度。由于水质不同，其电阻值也不同，故在测量时，需在槽内增设辅助电极，同时测量水的电阻值，以消除水质不同对结冰厚度测量的影响。4）凝固点变化在水溶液冻结过程中，只有溶剂水冻结成冰，而溶质的浓度随着结冰量的增加而逐渐上升，由此导致溶液的凝固点逐渐下降。故利用温度传感器检测溶液(原文中为“载冷剂”)温度变化,并利用结冰率与溶液温度的对应关系来测量蓄冰率。由于只需测量温度,故检测装置简单。图2给出

7、了溶液温度与IPF对应关系的试验结果，其最大测量误差为2.5%。但这种方法只适用于冰水混合物停留在蓄冰槽内的结冰过程。5）蓄冰槽内电导率变化测量冰槽内水的导电率，根据导电率的变化计算蓄冰率。由于在水溶液冻结过程中,只有水溶剂冻结成冰,而溶质的浓度随着结冰量的增加而逐渐上升，这种溶质基本上都含有导电离子，溶质浓度增加使其导电率也增加，根据导电率的增加则可计算出冰的增加量。导电率一般由导电度计（或导电率计）来测定，故测量装置简单。这种方法也只适用于冰水混合物停留在蓄冰槽内的结冰过程。6）导电度法测量电导率变化的方法之一是导电度法。电阻与电导呈

8、倒数关系，利用测量电阻和电导构成了电阻法和电导法，二者的实质相同。利用水与冰的电导率不同，测量冰水混合物整体的导电率。两种导电率不同物质的混合物的导电率依赖于二者的混合比例。故，测量出混合物整