空調(diào)系統(tǒng)中天然冰雪的利用分析

孫浩洋等

摘 要：分析我國(guó)東北地區(qū)獨(dú)特的寒冷氣候環(huán)境，提出將天然的冰雪利用到空調(diào)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)天然冰雪"冬儲(chǔ)夏用"的構(gòu)想。介紹天然冰空調(diào)系統(tǒng)，并與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)和普通冰蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，體現(xiàn)天然冰系統(tǒng)的獨(dú)特性。對(duì)天然冰蓄冰槽及其工作原理、兩種儲(chǔ)冰技術(shù)進(jìn)行介紹，并總結(jié)天然冰系統(tǒng)的綜合效益。

關(guān)鍵詞：東北地區(qū)；天然冰；冬儲(chǔ)夏用；蓄冰槽；效益

豐富的冰雪資源是大自然給予我們?nèi)祟惖淖匀回?cái)富，我們要有效地把冰雪資源儲(chǔ)藏起來，在適宜的環(huán)境中充分地利用，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，實(shí)現(xiàn)天然冰雪"冬儲(chǔ)夏用"的構(gòu)想。

1 天然冰空調(diào)系統(tǒng)介紹

1.1 天然冰空調(diào)系統(tǒng)的獨(dú)特性

常規(guī)家庭分體式空調(diào)系統(tǒng)中主要的耗電元件是壓縮機(jī)、冷凝器的軸流式風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)器中的離心式風(fēng)機(jī)等等，其中壓縮機(jī)是主要的耗電元件，壓縮機(jī)的啟停及運(yùn)行性能是決定空調(diào)節(jié)電與否的關(guān)鍵因素。

通常意義上所講的"蓄冷"指的是在晚間電力谷荷階段，利用電動(dòng)制冷機(jī)制冷，把冷量以顯熱或潛熱的形式儲(chǔ)存在某種介質(zhì)中，到白天用電高峰期，把儲(chǔ)存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)工藝的需要[2]。普通冰蓄冷冰不能夠達(dá)到省電的目的，其涉及到能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，這就意味著能量的幾個(gè)環(huán)節(jié)浪費(fèi)，影響了空調(diào)的性能系數(shù)和效率。且冰蓄冷投資大，發(fā)展受到限制。

相比于上述兩種空調(diào)系統(tǒng)，天然冰空調(diào)系統(tǒng)以其充分利用自然資源的特點(diǎn)凸顯出獨(dú)特的優(yōu)越性。天然冰空調(diào)系統(tǒng)利用有專利技術(shù)并采用特殊工藝技術(shù)制作而成的天然冰蓄冰槽，與室內(nèi)的蒸發(fā)器配合，將天然冰雪融化產(chǎn)生的冷量釋放到需要降溫的空間，達(dá)到滿足空間冷負(fù)荷的作用。

1.2 天然冰蓄冰槽介紹

天然冰蓄冰槽是一種便攜式空調(diào)天然冰存儲(chǔ)器，以解決目前蓄冷空調(diào)的蓄冷器影響了空調(diào)的性能系數(shù)和效率的問題。蓄冰槽適用性強(qiáng)，可以適合多種環(huán)境的空調(diào)，通過盤管表面的測(cè)溫點(diǎn)傳感器能夠調(diào)節(jié)載冷劑溫度和流量。能夠?qū)崟r(shí)控制調(diào)節(jié)空調(diào)房間舒適溫度。槽體內(nèi)設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)融冰供冷均勻的功能。

工作原理：空調(diào)天然冰蓄冰槽將東北地區(qū)冬季的冰雪儲(chǔ)存到該容器的盤管外，盤管內(nèi)沖注載冷劑。然后將其放到一定的存放場(chǎng)所。空調(diào)負(fù)荷使用期間，將該存儲(chǔ)器和空調(diào)系統(tǒng)相連接，通過載冷劑循環(huán)將天然冰的冷量釋放出來，滿足空調(diào)負(fù)荷，從而節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)性能參數(shù)。在融冰釋冷過程中，為了融冰均勻，采用鼓風(fēng)機(jī)。

2 天然冰雪的存儲(chǔ)

實(shí)現(xiàn)天然冰雪的冬儲(chǔ)夏用，就要做好冰雪存儲(chǔ)工作。在東北地區(qū)冬季氣溫很低，最低氣溫在零下40℃左右，冰雪儲(chǔ)存起來相對(duì)簡(jiǎn)單。可以采集江河中冰雪然后進(jìn)行地下儲(chǔ)藏，亦可以建立儲(chǔ)冰罐，利用現(xiàn)澆冰冷凍的方法儲(chǔ)滿天然冰，然后進(jìn)行保冷處理。

2.1 地下存儲(chǔ)江河中采集的冰雪

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，保存期從三月到六月，冰雪的損失率為15%。由此可以建造地下儲(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。熱交換管是一種彎曲的波紋管，里面充有氟里昂R22冷媒，利用氟里昂冷凝放熱和蒸發(fā)吸熱的性質(zhì)，冬季把深土中的熱量散發(fā)到空氣中去，使土層中的水結(jié)成冰，形成一定厚度的凍土，當(dāng)天暖時(shí)這些凍土則可維持庫(kù)內(nèi)低溫，防止冰雪的融化。

2.2 建立儲(chǔ)冰罐現(xiàn)澆冰冷凍儲(chǔ)冰

儲(chǔ)冰罐利用鋼材焊接而成，當(dāng)投資建成一定規(guī)模的儲(chǔ)冰罐后，在冬天低溫的環(huán)境下，向罐內(nèi)噴水，水在低溫下逐漸凍結(jié)成冰，冰的溫度低于水，水和冰之間的相變是為了極大程度上的儲(chǔ)存冷量。這種噴水凍冰的方法是為了防止水的結(jié)冰凍脹現(xiàn)象造成罐體的損壞。當(dāng)把冬季儲(chǔ)存的冰用于夏季的空調(diào)供冷系統(tǒng)，相當(dāng)于不啟動(dòng)制冷劑的條件下獲得了冷量。在需要冷量的時(shí)候，通過一定的結(jié)構(gòu)將儲(chǔ)冰罐中的冷量引出。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)設(shè)計(jì)的儲(chǔ)冰罐足夠大時(shí)，儲(chǔ)冷量滿足一個(gè)油氣加工廠使用3～4 個(gè)月（5月1日～9月1日）是沒有問題的。以儲(chǔ)存0 ℃冰為使用開始時(shí)的儲(chǔ)冷狀態(tài)，即認(rèn)為冬季儲(chǔ)存的冰到5月1 日，溫度升高到0℃，但仍以冰的狀態(tài)存在[3]。

3 天然冰空調(diào)系統(tǒng)的效益分析

常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)利用電能驅(qū)動(dòng)各制冷元件工作，其電消耗量越來越受到重視，盡管不斷有節(jié)能的變頻空調(diào)問世，但是與天然冰空調(diào)系統(tǒng)相比，不節(jié)電的問題還是凸顯出來?？傮w來說，普通的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，即可削減制冷機(jī)組裝機(jī)容量，減少白天高峰負(fù)荷時(shí)的用電量，有效地實(shí)現(xiàn)電力的削峰填谷，又可利用峰谷分時(shí)電價(jià)和其他鼓勵(lì)調(diào)峰的優(yōu)惠政策，在較短時(shí)間內(nèi)收回增加的初投資。但從總的耗電量來看，蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的總耗電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)。

利用天然冰蓄能供冷設(shè)備系統(tǒng)替代蓄冷空調(diào)中耗電制冷設(shè)備，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；不用制冷劑，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)。從而最大限度地降低了冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的初投資，減少了投資回收期，更好的發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，提高冰蓄冷空調(diào)的競(jìng)爭(zhēng)力，有利于用戶的使用。從保護(hù)環(huán)境角度看，利用天然冰作為冷源，節(jié)省耗電，減少以火力發(fā)電為主的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。

4 結(jié)束語

天然冰系統(tǒng)充分利用自然資源，將天然的冰雪應(yīng)用到空調(diào)系統(tǒng)中，起到了節(jié)能環(huán)保的效果。但是也有很多制約發(fā)展的因素，例如地理氣候因素、天然蓄冰冷建筑用地的限制因素、維修管理復(fù)雜等因素。相信科技的發(fā)展會(huì)化解種種因素限制，實(shí)現(xiàn)天然冰系統(tǒng)的真正應(yīng)用，造福人類。

參考文獻(xiàn)：

[1]李杰主編.東北地區(qū)廢冰雪利用與開發(fā)的可行性研究，第七屆全國(guó)食品冷藏鏈大會(huì)論文集，2010.

[2]馬最良，姚楊主編.民用建筑空調(diào)設(shè)計(jì).北京化學(xué)工業(yè)出版杜，2003.

[3]高麗馥，王春許.天然冰儲(chǔ)冰技術(shù)及其應(yīng)用研究.應(yīng)用能源技術(shù).2001.（6）：14-15.

基金項(xiàng)目：哈爾濱商業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃省級(jí)一般項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：201310240025endprint