水蓄冷項(xiàng)目中斜溫層控制要點(diǎn)綜述

張玉寶（合肥京東方顯示技術(shù)有限公司，合肥　230011）

水蓄冷項(xiàng)目中斜溫層控制要點(diǎn)綜述

張玉寶
（合肥京東方顯示技術(shù)有限公司，合肥230011）

目前水蓄冷項(xiàng)目中大都以控制斜溫層厚度為目的，反而造成能增加、效率降低，本文通過對(duì)斜溫層相對(duì)厚度的探究，提出水蓄冷控制的關(guān)鍵技術(shù)。

水蓄冷；斜溫層；蓄冷；放冷；恒溫控制

1　引言

目前國(guó)內(nèi)水蓄冷工程的主流形式為溫差分層式，該種形式適用于4m以上水槽，蓄冷效率較高。蓄冷期間，冷水從蓄冷槽底部流入，溫水從上部流出；放冷期間，冷水從蓄冷槽底部流出，溫水從上部流入，蓄冷與放冷期間，密度大的冷水始終在下邊，密度小的溫水始終在上邊。蓄冷溫度和放冷溫度之間的過度溫度帶水層即形成斜溫層。良好的水蓄冷工程，要求在保證水槽最大蓄冷效率前提下，控制斜溫層以近似活塞流的形式流動(dòng)。

為達(dá)到這一目的，存在兩項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)：

（1）散水器設(shè)計(jì)，在蓄冷槽底部與上部設(shè)置散流器，控制水流速度0.5m/s以內(nèi)，以使冷、溫水進(jìn)出蓄冷槽時(shí)盡量保持平穩(wěn)、緩慢、均布、無擾動(dòng)；

（2）斜溫層厚度控制，斜溫層越厚所占據(jù)的蓄冷空間浪費(fèi)越大，造成蓄冷槽有效容積減少，反之，則對(duì)布水要求及水槽形狀要求高，增大建設(shè)成本，增大低溫冷水機(jī)組能耗。本文通過對(duì)斜溫層相對(duì)厚度控制的探究，提出水蓄冷控制的關(guān)鍵技術(shù)。

2　斜溫層相對(duì)厚度

以蓄冷溫度7℃，放冷回水溫度19℃，冷機(jī)7℃供水，14℃回水為例，系統(tǒng)正常蓄冷過程當(dāng)監(jiān)測(cè)斜溫層溫度為14.2℃時(shí)，設(shè)定蓄冷結(jié)束，控制主機(jī)停機(jī)，蓄冷結(jié)束時(shí)監(jiān)測(cè)斜溫層溫度14.2℃，斜溫層溫度梯度即為7℃～14.2℃水帶。

若允許主機(jī)卸載冗調(diào)，冷機(jī)始終7℃出水，只要時(shí)間足夠長(zhǎng)，理論上蓄水槽水溫將達(dá)到統(tǒng)一7℃溫度場(chǎng)，斜溫層消失，由此造成冷機(jī)30%～40%的能耗浪費(fèi)。顯然，斜溫層絕對(duì)厚度并不能說明分層布水的好壞，應(yīng)以斜溫層相對(duì)厚度（斜溫層相對(duì)厚度/水槽高度）為指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷，而蓄冷槽利用效率的高低將決定于斜溫層相對(duì)厚度的控制水平。

斜溫層相對(duì)厚度的控制核心是對(duì)蓄冷槽回水溫度的恒定控制，下面通過蓄放冷模式分別討論控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。

2.1水槽監(jiān)控模塊模型建立

蓄冷槽有效水位高度為H，橫截面積為S，假設(shè)沿豎直方向等距布置n個(gè)溫度傳感器（T1，T2，……，Tn），把水槽液面以下部分的高度均分為n層，則每個(gè)水層的厚度為h/n，在每個(gè)水層的中間高度處布置溫度傳感器，則每?jī)蓚€(gè)相鄰傳感器之間的距離也為h/n，其中最底部和最頂部?jī)蓚€(gè)傳感器的布置原則如圖1所示。在計(jì)算中都假定每個(gè)傳感器在任何時(shí)候測(cè)出的溫度就表示該傳感器所在水層的當(dāng)前平均溫度。

由此可得，在任何時(shí)候，只要從溫度傳感器讀取一組數(shù)據(jù)，就能計(jì)算出以下參數(shù)：

蓄冷槽內(nèi)當(dāng)前蓄冷量：

按7～19℃設(shè)計(jì)條件下的理論蓄冷量為：

QS0=ρcSH（Th0-Tl0）

則蓄冷槽的蓄冷率為：

蓄冷槽的放冷量（以理論滿蓄狀態(tài)為基準(zhǔn)）：

蓄冷槽的放冷率為：

圖1　蓄冷槽溫度傳感器布置示意圖

表1

2.2蓄冷模式控制

圖2為蓄冷系統(tǒng)流程圖，在蓄冷模式下，蓄冷運(yùn)行的主機(jī)保持全負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，蓄冷主機(jī)的冷凍水溫差為7℃，為了獲得T2=7℃的目標(biāo)必須控制T1=14℃恒定。

蓄冷開始時(shí)水槽上部水溫達(dá)19℃（實(shí)際可能還會(huì)高于該值），此時(shí)系統(tǒng)控制功能不啟動(dòng)，冷機(jī)滿載制冷，以達(dá)到快速降低水槽整體水溫目的，當(dāng)蓄冷水槽內(nèi)上部出水端溫度傳感器檢測(cè)溫度達(dá)到16.5℃時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)控制功能，通過比例調(diào)節(jié)閥V1和V3組合調(diào)節(jié)，使水槽出水與冷機(jī)低溫出水混合實(shí)現(xiàn)T1=14℃水溫要求，控制送回水槽的水溫T2在規(guī)定的范圍內(nèi)波動(dòng)，該允許波動(dòng)范圍為：

圖2

T20-ΔT20≤T2≤T20+ΔT20

上式中T20=7℃，ΔT20=0.2℃。

通過V1和V3的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，T2恒定輸入水槽，當(dāng)水槽上端溫度傳感器監(jiān)測(cè)到14.2℃，蓄冷結(jié)束。

2.3放冷模式控制

圖3　放冷系統(tǒng)圖

圖3為放冷系統(tǒng)流程圖，在放冷模式下，對(duì)T2的溫度控制通過比例調(diào)節(jié)閥V2和V3實(shí)現(xiàn)，如T2低于設(shè)定值，則V2關(guān)小，V3開大；如T2高于設(shè)定值，則V2開大，V3關(guān)小。

通過V2和V3的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，控制T2在規(guī)定的范圍內(nèi)波動(dòng)，該允許波動(dòng)范圍為：

T20-ΔT20≤T2

上式中T20=19℃，ΔT20=0.2℃。

放冷過程中控制送回水槽的水溫T2恒定，使得斜溫層以近似活塞流的形式移動(dòng)。

3　總結(jié)

通過對(duì)蓄冷、放冷過程中槽恒溫回水，實(shí)現(xiàn)斜溫層相對(duì)厚度的控制。該控制模式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）斜溫層相對(duì)厚度的控制穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的蓄冷槽利用效率。

（2）蓄冷過程中冷機(jī)滿載運(yùn)行，避免了冷機(jī)卸載冗調(diào)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

（3）控制精準(zhǔn)，避免過度蓄、放冷，水槽溫度分布均勻。

［1］高志宏.試論水蓄冷技術(shù)在空調(diào)工程中的應(yīng)用［J］.遼寧高職學(xué)報(bào)，2000（06）.

［2］楊振東.水蓄冷空調(diào)方案的探討［J］.國(guó)外建材科技，2007（07）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.199

張玉寶（1987-），男，安徽合肥人，自控工程師，主要從事電氣自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行管理工作。