冰蓄冷外融冰取冷特性研究
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摘要
蓄冷空调是对电网进行“移峰填谷”调节的有力措施，外融冰系统以其出水温度低、取冷速率高且稳定、可与低温送风系统相结合的优点已经越来越多地引起人们的重视。对于外融冰系统的研究，国内外研究学者大多集中于蓄冰过程的探索，对决定外融冰系统运行控制的取冷特性研究较少，因此可得到的取冷特性资料也相对较少，而掌握外融冰取冷特性对于系统的优化设计、性能的准确预测以及指导设计应用有着重要的作用。
为了更好的指导工程应用，本文在某外融冰空调系统实际工程以及前人所作研究的基础上，寻找水平流场外融冰取冷特性的规律，并尝试提出一种简便描述水平流场外融冰系统取冷特性的方法。
本文在ASHRAE-RP-459外融冰取冷数学模型的基础上建立了简化数学模型，并在此模型的指导下设计完成了取冷周期为8小时的水平流场外融冰系统取冷实验。通过对实验结果的分析研究，本文分析了外融冰系统的取冷特性；提出当量融冰半径的概念并确定当量融冰半径随融冰无量纲时间呈线性变化的趋势；通过计算机模拟结果与实验结果的比较，认为采用当量融冰半径描述外融冰取冷特性的问题具有一定的可行性，将此数学模型进一步改进应具有一定的实际应用价值；最后根据本课题研究过程的总结，分析了该模型需要改进的方向。
Because external-melt ice-on-coil thermal storage system could extract low-temperature water lastingly and steadily, it could achieve large difference in temperature water supply and combine with low temperature air supply, being paid much attention by engineers. However , many researchers have concentrated on the cooling-charging characteristics and few have focus on the cooling-discharging characteristics which have determined the operation of external-melt ice-on-coil thermal storage system.
In order to get materials which could guide engineering practice , the article try to find a simple way to describe the ice-melt characteristics of the external-melt system in the level flow field .Based on the ASHRAE-RP-459 external-melt math model, this article advances a simplified equation and builds the experiment platform which ice-melt period is 8 hours to validate this simplified model, then gets the discharging characteristics and the temperature changing condition of flow field for the external-melt ice-on-coil system in the level flow field under the agitation condition.
According to the results of the experiments , the article defined the equivalent radius of icicle and give the conclusion that the equivalent radius vary linearly with the ice-melt period .The article simulated the supply temperature and the cooling discharge rate using the method of equivalent radius,and compared to the values getting from the experiments. At last, this paper analyzed that the method has the feasibility but should be improved in future time.
为了更好的指导工程应用，本文在某外融冰空调系统实际工程以及前人所作研究的基础上，寻找水平流场外融冰取冷特性的规律，并尝试提出一种简便描述水平流场外融冰系统取冷特性的方法。
本文在ASHRAE-RP-459外融冰取冷数学模型的基础上建立了简化数学模型，并在此模型的指导下设计完成了取冷周期为8小时的水平流场外融冰系统取冷实验。通过对实验结果的分析研究，本文分析了外融冰系统的取冷特性；提出当量融冰半径的概念并确定当量融冰半径随融冰无量纲时间呈线性变化的趋势；通过计算机模拟结果与实验结果的比较，认为采用当量融冰半径描述外融冰取冷特性的问题具有一定的可行性，将此数学模型进一步改进应具有一定的实际应用价值；最后根据本课题研究过程的总结，分析了该模型需要改进的方向。
Because external-melt ice-on-coil thermal storage system could extract low-temperature water lastingly and steadily, it could achieve large difference in temperature water supply and combine with low temperature air supply, being paid much attention by engineers. However , many researchers have concentrated on the cooling-charging characteristics and few have focus on the cooling-discharging characteristics which have determined the operation of external-melt ice-on-coil thermal storage system.
In order to get materials which could guide engineering practice , the article try to find a simple way to describe the ice-melt characteristics of the external-melt system in the level flow field .Based on the ASHRAE-RP-459 external-melt math model, this article advances a simplified equation and builds the experiment platform which ice-melt period is 8 hours to validate this simplified model, then gets the discharging characteristics and the temperature changing condition of flow field for the external-melt ice-on-coil system in the level flow field under the agitation condition.
According to the results of the experiments , the article defined the equivalent radius of icicle and give the conclusion that the equivalent radius vary linearly with the ice-melt period .The article simulated the supply temperature and the cooling discharge rate using the method of equivalent radius,and compared to the values getting from the experiments. At last, this paper analyzed that the method has the feasibility but should be improved in future time.
引文
[1] 方贵银著，蓄冷空调工程实用新技术。人民邮电出版社，2000，p3～p6
[2] 胡仰耆译，ASHRAE蓄冷设计指南，华东建筑设计研究院有限公司，2001，p2～p5
[3] 严德隆、张维君主编，空调蓄冷应用技术，中国建筑工业出版社，1997，p3～p7
[4] 张寅平，邱国，冰蓄冷研究的现状及展望，暖通空调，1997年第27卷第6期
[5] 王立鑫，盘管式直接蒸发动态冰蓄冷制冰、脱冰过程的实验研究，哈尔滨建筑大学硕士论文，1999
[6] 方贵银，外融冰盘管蓄冷动态特性研究，制冷，998年第3期
[7] 刘业凤，王如竹，蓄冰设备对蓄冰率和运行费的影响，流体机械，2000年第28卷第10期
[8] 刘建，直接蒸发蓄冷过程动态模拟及实验研究，西安建筑科技大学硕士论文，2001
[9] 方贵银，蓄冷技术在空调系统中的应用，能源工程，1998，1
[10] 华泽钊、刘道平、吴兆琳，蓄冷技术及其在空调工程中的应用，北京：科学出版社，1997
[11] 张永铨，国内外蓄冷技术的现况与展望，天津大学
[12] 赵建利、牛利敏、许文发，外融冰．冰蓄冷为冷源的区域供冷系统，建筑科学，Vol．20，supplementl，2004．
[13] 李莉、朱彩霞、张建一，与冰蓄冷相结合的低温送风系统，低温工程，No．5，2004．
[14] 胡家喜，户式冰蓄冷空调的应用及经济分析，能源研究与利用，2004年第4期
[15] 孙纯武、胡彦辉、丁勇等，地源热泵户型蓄冰中央空调的探讨，重庆大学学报(自然科学版)，Vol．24．No．8，2004．
[16] 地源热泵蓄冰中央空调浅析，中国热泵论坛
[17] 赵庆珠、吕晓艳，闭式外融冰蓄冷设备和低温相变蓄冷技术，2004年第6卷第4期。
[18] 杜恩杰，闭式外融冰槽的蓄冷与取冷特性研究，天津商学院硕士学位论文
[19] 周俊凯、周伟坤、陈国邦，内外融冰技术相结合的蓄冷方式研究，低温与超导，Vol．31，No．3，2003．
[20] 国内蓄冷工程总汇，空调制冷网
[21] Milbitz, A.1987, A numerical model of an ice storage tank evaporator, .M. S. thesis. A ustin: University of Texas
[22] Silver, S. C., A. F. Milbitz, J. W. Jones, J. L. Prterson, and. D. Hunn. 1989. Component models for computer simlation of ice storage systems, ASHRAE Transactions95(1).
[23] Stovall, T. K. 1991, Baltimore Aircoil Company ice storage test peport, ORNL/TM-11324, Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory.
[24] R. E. Stewart, ASHRAE Trans.96(1), 400(1990).
[25] G. S. Shiddapur, Development and validation of a Simulation for an ice-on-coil type thermal energy storage system, MS thesis,The University of Texas at Austin(1993).
[26] Strand R. K., Pedersen C. O. and Coleman G. N. Development of Direct and Indirect ICE-STORAGE Models for Energy Analysis Calculation. ASHRAETransactions, v100 n1 1994, p 1230-1244.
[27] Saittoh. T. S.; Kato. H. Numerical analysis for combined natural-convection and close-contact melting in a horizontal cylindrical capsule, Heat Transfer - Japanese Research, (1994)198-213.
[28] Jerold W. Jones, Ph. D., P. E., G. S. Shiddapur, Evaluation of RP-459 Algorithms for Modeling External Melt, Ice-on-pipe Thermal Storage System Components, ASHRAE Transactions, v101, npt2, 1995.
[29] 钱以明、郑兵、顾建中，直接蒸发式管外结冰过程的数值求解和实验研究，同济大学学报，1998，26(5)：7-10
[30] 方贵银，直接蓄冰系统蓄冷过程动态模型研究，热能动力工程，14(80)：92-95，1999
[31] 李俊梅，李炎锋，直接蒸发冰盘管蓄冷系统特性的实验研究，四川制冷，5(1)：21-24，1999
[32] 赖建波，直接蒸发盘管外融冰系统蓄冰槽性能的研究，天津商学院硕士论文，2004
[33] 山羽基，中原信生等 冰蓄冷槽热特性的研究---Ⅰ 空气调和·卫生工学会论文集No．46，1991年6月
[34] 中原信生，山羽基等 冰蓄冷槽热特性的研究---Ⅱ 空气调和·卫生工学会论文集No．48，1992年2月
[35] 中原信生，山羽基等 冰蓄冷槽热特性的研究---Ⅲ 空气调和·卫生工学会论文集No．56，1994年10月
[36] 张茂勇、李先庭、赵庆珠，外融式冰盘管取冷特性的实验研究，暖通空调，V01．32，No．4，2002．
[37] 王宝龙、李先庭、吕先志等，盘管式外融冰槽融冰过程实验研究(Ⅰ)--取冷特性太阳能学报，Vol．24，No．5，2003．
[38] 王宝龙、李先庭、吕先志等，盘管式外融冰槽融冰过程实验研究(Ⅱ)--温度分布太阳能学报，Vol．24，No．6，2003．
[39] Mousa M. Mohamed*, Solidification of phase change material on vertical cylindrical surface in holdup air bubbles, International Journal of Refrigeration 28 (2005) 403-411
[40] 朱煜、陈国邦，外融式冰盘管取冷特性实验研究，暖通空调，Vol．36，No．3，2006
[41] Stovall, T. K. 1991, Baltimore Aircoil Company ice storage test peport, ORNL/TM-11324, Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory.
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[44] ASHRAE. 1985. Refrigerant tables and charts. ASHRAE handbook-1985 fudamentals, chapter17.
[45] 胡仰耆译，蓄冷设计指南(ASHRAE)，华东建筑设计研究院有限公司，2001年10月，P56
[46] 关治、陆金甫编，数值分析基础，高等教育出版社，1998，p422
[47] 章熙民、任泽霈、梅飞鸣编著，传热学，中国建筑工业出版社，P239
[48] 陈沛霖，岳孝芳，《空调与制冷技术手册(第二版)》，同济大学出版社，1990，p268．
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[50] ALEX H. W. LEE and JEROLD W. JONES, Modeling of an ice-on-coil thermal energy storage system, Energy convers, Mgmt, Vol.37, No.10, pp.1493-1507, 1996
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