冰蓄冷器设计残余蓄冷量及其分析

对于冰蓄冷空调工程设计,无论其设计条件和设计参数如何,有一点是共同的,这就是,在空调过程中,冰蓄冷器应按照设计所要求的逐时释冷量进行释冷,即应满足:

Qj=Qzj+Qsj(1)

式中Qj———空调过程中j时刻空调目标需要的总冷量,kW;

Qzj———空调过程中j时刻制冷机供给空调目标的冷量,kW;

Qsj———空调过程中j时刻冰蓄冷器供给空调目标的冷量,kW。

其中,j1≤j≤j2。j1为空调过程的开始时刻,j2为空调过程的结束时刻。在空调过程j1≤j≤j2时间内,

冰蓄冷器释冷的结束时刻可能与空调过程的结束时刻相同,也可能不相同(本文假定时间相同),但是,在一个运行周期中,当冰蓄冷器释冷结束后,其内部所剩余的蓄存冷量就不会再为该运行周期所利用,而是与下一个运行周期冰蓄冷空调蓄冷运行所蓄存的冷量一起,成为冰蓄冷器在下一个运行周期的蓄冷量。我们把在设计工况(设计条件和设计参数)下,冰蓄冷器在一个运行周期内(或空调过程中)释冷结束时,其内部剩余的蓄存冷量叫做冰蓄冷器的设计残余蓄冷量,用符号Φys表示,单位kWh。

2.冰蓄冷器设计残余蓄冷量分析

众所周知,无论何种类型的冰蓄冷器,无论其释冷性能如何,在其释冷过程中,当不考虑其外在条件的变化时,冰蓄冷器的参数之间存在下面的关系:

Qksj=f(Φs(j-1))=f

j-1

j=j1

(6Qsj)(2)

并且有:

Qsj≤Qksj(3)

式中f———函数关系符号;

Qsj———空调过程中j时刻冰蓄冷器的逐时释冷量,kW;

Qs(j)———从空调过程开始时刻j1到空调过程

式中j时刻,冰蓄冷器释出的总冷量,kWh;

Qksj———空调过程中j时刻冰蓄冷器可以释出的最大逐时释冷量,也叫做冰蓄冷器的逐时可释冷量[1],kW。

式(2)表明,冰蓄冷器在j时刻的可释冷量Qksj是其在该时刻之前已经释出的总冷量Φs(j-1)的函

数,并且一般有:

Qksj>Qks(j+1)(4)

如果设Φ0为冰蓄冷器的额定蓄冷量,则式(2)

还可以写成:

Qksj=g(Φ0-Φs(j-1))=g(Φyj)(5)

式中g———函数关系;

Φyj———冰蓄冷器内在j时刻剩余的总蓄冷量,kWh。

式(5)表明,冰蓄冷器在j时刻的可释冷量Qksj(或Qsj)是其在该时刻所剩余的总蓄冷量Φyj的函数。根据式(5)的关系,冰蓄冷器j时刻的逐时(可)释冷量不同时,就需要不同的剩余总蓄冷量Φyj,按照冰蓄冷器设计残余蓄冷量的定义,在设计工况下,在一个运行周期内释冷结束时刻所要求的冰蓄冷器的释冷量不同时,冰蓄冷器一般就具有不同的设计残余蓄冷量Φys,而且有:

Φys=Φyj2(j2为冰蓄冷器释冷结束时刻)

也就是说,对于一个冰蓄冷空调工程,不管选用何种类型的冰蓄冷器,只要设计要求冰蓄冷器在释冷结束时刻j2的逐时释冷量Qsj2不同,为了保证冰蓄冷器在该时刻能够释放出所要求的冷量,所选用的冰蓄冷器一般就应具有不同的设计残余蓄冷量。如果设Φs为冰蓄冷器额定释冷量,则必有:

Φs<Φ0

并且有:Φ0=Φs+Φys

文献[2]指出,如果设Φx为冷蓄冷器的有效蓄

冷量,Φxu为其无效蓄冷量,则有:

Φx=Φs

Φxu=Φys

即冰蓄冷器的额定释冷量在数值上等于其有效蓄冷量,冰蓄冷器的设计残余蓄冷量在数值上等于其无效蓄冷量。对于上述几个蓄冷量,进一步解释如下,由于冰蓄冷器存在设计残蓄冷量或无效蓄冷量,冰蓄冷器在蓄冷过程中必须蓄存额定蓄冷量的总冷量,才能够在空调过程中按照设计要求的逐时释冷量为空调目标供出额定释冷量的总冷量。无效蓄冷量只需要冰蓄冷器在第一次蓄冷运行时蓄存,由于冰蓄冷器在以后运行时存在(设计)残余蓄冷量,其在数值上等于无效蓄冷量,如果不考虑冰蓄冷器等的冷量损失,这部分冷量将一直存在于冰蓄冷器中而占用冰蓄冷器的蓄冷空间。这是由冰蓄冷器的特点所决定的。通过以上分析可知,对于冰蓄冷空调设计,由于冰蓄冷器存在设计残蓄冷量,而冰蓄冷器的设计残蓄冷量与设计的具体方案有关。当设计要求冰蓄冷器在释冷结束时刻的释冷量不同时,为了保证冰蓄冷器在该时刻能够释放出所要求的冷量,即使设计所要求的冰蓄冷器的额定释冷量(或有效蓄冷量)相同,所选用的冰蓄冷器一般也应具有不同的额定蓄冷量。注意这一点对于冰蓄冷空调设计是非常必要的,也是非常重要的。否则,冰蓄冷空调工程设计就具有一些盲目性。作为一个简单例子,本文引用文献[3]中给出的Calmac1190A逐时可释冷量的关系式(改用本文的相应符号)来对上述讨论予以说明:

Qksj=177.8×[1-(1/563)×6

j-1

j=1

Qsj]

=177.8×[1-(1/563)×Φs(j-1)]

如果假定18时为冰蓄冷器释冷(或空调)过程结束时刻,如果取在18时的逐时释冷量Qs18=Qks18=0时,此冷蓄冷器在18时之前可获得的有效释冷量为563,加上18时的释冷量(为零),则此种情况下,该冰蓄冷器在释冷(或空调)过程的总有效释冷量为563+0=563(也是该冰蓄冷器的最大有效释冷量);如果取在18时的逐时释冷量Qs18=Qks18=15时,此冰蓄冷器在18时之前可获得的有效释冷量为51515,加上18时的释冷量15,则此种情下,该冰蓄冷器在释冷(或空调)过程的总有效释冷量为51515+15=53015;如果取在18时的逐时释冷量Qs18=Qks18=30时,此冰蓄冷器在18时之前可获得的有效释冷量为468,加上18时的释冷量30,则此种情况下,该冰蓄冷器在释冷(或空调)过程的总有效释冷量为468+30=498。通过该简例的几个简单计算数据,大家不难看出,对于同一台(Calmac1190A)冰蓄冷器,当设计要求其在释冷(或空调)过程结束时刻(或结束时刻前1小时内)供出

不同的释冷量时,其在释冷(或空调)过程中的有效释冷量分别为563,53015,498。而这三个数据之间的差值在定程度上表明了冰蓄冷器在三种情况下设计残余蓄冷量的差别。另一方面,如果要求冰蓄冷器在上面三种情况下的有效释冷量相同,由于设计残余蓄冷量不同,就应选择不同额定蓄冷量的冰蓄冷器(具体方法可参见文献[1]等)。

3.结论

综上所述,从冰蓄冷器的工作特点分析,冰蓄冷器存在设计残余蓄冷量,而且冰蓄冷器的设计残余蓄冷量与具体设计方案有关,在进行冰蓄冷空调工程设计时,这是一个不容忽视的问题。冰蓄冷器设计残蓄冷量的大小主要取决于冰蓄冷器在设计条件下的释冷性能和设计所要求的冰蓄冷器在释冷结束时刻的释冷量,所以,在进行冰蓄冷空调工程设计时,应根据所选用的冰蓄冷器在设计条件下的释性能和设计所确定的冰蓄冷器在释冷结束时刻的释冷量比较准确地确定其设计残余蓄冷量,才有可能比较准确地确定冰蓄冷器的额定蓄冷量,也才可能比较准确地选用冰蓄冷器。如果不清楚这些或忽视了这些,在选用冰蓄冷器时没有考虑冰蓄冷器的设计残余蓄冷量,而以冰蓄冷器的额定释冷量作为选择冰蓄冷器的依据,就会产生所选用的冰蓄冷器蓄冷量偏小的问题,而在设计时靠设计者的主观意志,在冰蓄冷器额定释冷量的基础上附加一个百分比后作为其额定蓄冷量,并据此来选用冰蓄冷器的做法,作者认为是不科学的,因而具有盲目性,此前的一些工程设计事例已经证明了这一点。