天然冰節(jié)能在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

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1、天然冰節(jié)能在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用王增衛(wèi)　李功凌姚元元涂文俠羅平婭張玉茹摘要：從東北地區(qū)獨(dú)特的寒冷氣候以及對(duì)冰雪的使用方面對(duì)常規(guī)制冷空調(diào)與天然冰蓄冷空調(diào)相比在能源利用方面的差異，分別從經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)三個(gè)方面對(duì)天然冰蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行效益分析，并對(duì)地下儲(chǔ)冰技術(shù)與今后系統(tǒng)的研發(fā)和安裝改造方面進(jìn)行簡(jiǎn)述。.jyqkm。得天獨(dú)厚的地理位置和氣候條件使得東北地區(qū)冰雪資源豐富，假想利用天然冰蓄冷，將冬季的廢冰或者專門凍結(jié)的冰貯存起來(lái)，夏天高溫的時(shí)候集中用作空調(diào)的冷源，代替常規(guī)或蓄冷空調(diào)中耗電制冷設(shè)備，在當(dāng)今世界能源消耗逐年增加、環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)、大城市空調(diào)

2、負(fù)荷又快速增長(zhǎng)的情況下，不僅具有經(jīng)濟(jì)效益，還有生態(tài)效益和社會(huì)效益。天然冰蓄冷系統(tǒng)充分利用了自然資源，使天然冰雪融化產(chǎn)生的冷量釋放到所需制冷的空間，以滿足該空間的冷負(fù)荷。1、系統(tǒng)的特性和工作原理1.1天然冰的可利用性分析冰的融化溫度為0℃，1Kg冰在0℃融化成同溫度的水，可以吸收335kJ的熱量，即融化熱為335kJ/Kg[2]。1000Kg冰可使面積為108.81m2，冷負(fù)荷為6700.32左右計(jì)算，總冷負(fù)荷約為3750k3）的冰雪完全可以滿足需要。1.2天然冰的儲(chǔ)存據(jù)測(cè)算，深2m的類似于半球形的地下坑儲(chǔ)存15噸的冰雪，保存期從三月

3、到六月，冰雪的損失率為15％。因此可以建造地下儲(chǔ)冰場(chǎng)所，在冬天利用熱交換管將地下窖或山洞式貯藏庫(kù)周圍的土層凍成一層很厚的“永久凍土”以維持春暖后貯藏室的低溫。1.3天然冰制冷系統(tǒng)的元件試驗(yàn)階段是在正?？照{(diào)系統(tǒng)外并聯(lián)天然冰蓄冰槽裝置，在測(cè)試階段系統(tǒng)還包括壓力、溫度傳感器，壓力控制器，開(kāi)通閥門等設(shè)備。對(duì)蓄冰槽測(cè)試得到相關(guān)點(diǎn)的壓力和溫度，找出效率最高的融冰方式，并通過(guò)對(duì)比測(cè)試得出盤管的接觸面積與蓄冰槽體積的關(guān)系以及盤管的厚度與傳熱效率的關(guān)系，以此對(duì)蓄冰槽進(jìn)行性能改進(jìn)。最終采用盤管式蓄冰槽，利用靜態(tài)內(nèi)融冰的方法，它具有蓄冷速度快，取冷過(guò)程中

4、出口溫度保持恒定等優(yōu)良特性。試驗(yàn)的最終目的是達(dá)到天然冰系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行即可滿足整個(gè)房間的冷負(fù)荷。經(jīng)觀察和測(cè)算，掌握了蓄冰槽的特殊制作工藝，槽內(nèi)的換熱器（即換熱蛇形盤管）采用尺寸為DN16的紫銅管連續(xù)卷焊（或無(wú)縫鋼管焊接）焊接而成，為橫置蛇形盤管，不僅換熱面積大，同時(shí)防止內(nèi)外腐蝕。蓄冰槽外部用20mm厚的保溫板進(jìn)行保溫，確保冷量損失降到最低。1.4系統(tǒng)工作原理在天然冰蓄冷系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)混合進(jìn)行工作時(shí)，蓄冰槽中的盤管中通制冷劑R22。在蓄冰槽的兩端設(shè)有閥門，以控制天然冰系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)。蓄冰槽設(shè)在風(fēng)冷器與節(jié)流閥之間，當(dāng)溫度較高的制冷劑在盤管中流動(dòng)

5、時(shí)，盤管周圍的冰將于制冷劑發(fā)生熱量傳遞，制冷劑的熱量被冰吸收，使制冷劑的溫度大幅度下降，溫度降低的制冷劑進(jìn)入到蒸發(fā)器中，在風(fēng)機(jī)的作用下，使盤管中制冷劑的冷量釋放到房間中，達(dá)到降低室溫的效果。2、天然冰系統(tǒng)的運(yùn)用實(shí)例分析以在哈爾濱居住的某家庭為例：客廳使用面積為20㎡，日空調(diào)使用時(shí)間為5小時(shí)。已知哈爾濱地區(qū)平均電費(fèi)為0.51元／（k3的純冰釋放的冷量為417180000J因此一間20㎡的空間需要純冰的體積為：54000000J／417180000J=0.123m3可制成長(zhǎng)*寬*高分別為：0.5m*0.45m*0.6m的蓄冰槽。注：科研

6、階段的槽體體積比理想化模型體積略大。今后的科研過(guò)程中，力求在盤管的形狀，布局，以及槽體的保溫方面對(duì)蓄冰槽進(jìn)行改進(jìn)，使其逐漸接近理想化模型的體積大小。3、價(jià)值評(píng)估3.1經(jīng)濟(jì)效益天然冰是一種資源節(jié)約、環(huán)境友好的能源。用天然冰蓄能供冷設(shè)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冰的冬貯夏用，節(jié)省電能；不用制冷設(shè)備，節(jié)省銅、鋼材料；不破壞臭氧層；年運(yùn)行費(fèi)用低；維修簡(jiǎn)便；使用壽命長(zhǎng)。最大限度的降低了冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的初投資。1千噸（約1100m3）-10℃的冰變成16℃的水能吸收117161kWh電量（相當(dāng)于44.52噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)電量）的熱能，按1度電0.5元計(jì)算，價(jià)值5.5

7、85萬(wàn)元[4]，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。3.2生態(tài)效益天然冰蓄冷系統(tǒng)減少了火力發(fā)電等引起的環(huán)境污染，減少了CO2排放、減輕溫室效應(yīng)、熱島效應(yīng)、酸雨造成的災(zāi)害，在節(jié)約不可再生資源、保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，發(fā)展天然冰蓄冷對(duì)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展十分有利。季節(jié)性冰雪蓄冷系統(tǒng)的COP值可達(dá)到50～100[5]。天然冰蓄冷已成為一項(xiàng)促進(jìn)能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)用系統(tǒng)節(jié)能技術(shù).3.3社會(huì)效益天然冰蓄冷系統(tǒng)減少能源使用（特別是對(duì)于火力發(fā)電）引起的環(huán)境污染，充分利用不可再生資源，有利于生態(tài)平衡。減輕了國(guó)家電力事業(yè)的供應(yīng)負(fù)擔(dān)，緩解了用電緊張的現(xiàn)狀。近

8、年來(lái)人們對(duì)能源利用、環(huán)境保護(hù)、降耗減排、經(jīng)濟(jì)效益等方面的關(guān)注日益密切，使得對(duì)天然冰雪利用進(jìn)行了更廣泛的研究。研究天然冰雪蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行特性，可以說(shuō)具有很大的社會(huì)效益。4、安裝和改造方式以哈爾濱某小區(qū)作為試用觀察點(diǎn)。將該小區(qū)的空調(diào)系