冰球式蓄冷系统运行能耗的分析

　　0 前言

　　文献[1]介绍了一个冰球式蓄冰罐数值计算模型的建立和求解，本文利用此计算模型，并综合考虑蓄冷时间、泵运行功率和制冷机COP 等因素，通过应用所建立的冰球式蓄冷系统模型，得到了不同冰球尺寸和载冷剂流量下整个系统的蓄冷能耗变化规律，并以系统蓄冷运行能耗最低为目标，进行冰球尺寸和载冷剂流量最佳值的选取。

　　1 蓄冷系统模型的建立和验证

　　蓄冷系统的计算模型，主要由蓄冰罐模型和制冷机模型组成。文献[1]建立了蓄冰罐模型。本文在建立制冷机模型时，根据某制冷机样本中提供的制冷机性能数据，可以用最小二乘法拟合得到制冷机的性能表达式：

式中：0——制冷量，W;

　　P ——输入功率，W;

　　T0——蒸发温度，℃。

　　由制冷机向乙二醇传递的冷量为：

式中：K0——蒸发器的传热系数，W/(m².K);

　　A0——蒸发器的传热面积，m²;

　　Tin——蒸发器入口乙二醇温度，℃;Tout——蒸发器出口乙二醇温度，℃。

　　乙二醇得到的冷量为：

式中：G ——乙二醇流量，m³/h;

　　ρf——乙二醇密度，kg/m³。

　　根据某时刻进入制冷机的乙二醇温度和流量，求解式(1)-(4)可以得到该时刻制冷机的蒸发温度、制冷量、输入功率以及出口乙二醇温度。

　　蓄冷系统的模拟计算需要将蓄冰罐和制冷机模型联合求解。在蓄冷系统计算程序中设置与实验台相同的参数进行计算，模拟结果与实验结果的对照，如图1 所示。可以看出，不同初始温度下，模拟得到的蓄冷时间的增长斜率略小于实验测得的，但相对误差不超过±10%，因此，可以认为模拟计算和实验较为吻合。

　　2 系统的运行能耗分析

　　2.1 蓄冷时间的变化规律

　　设定蓄冰罐内初始温度为10℃，载冷剂采用体积比为25%的乙二醇溶液，入口温度为-6℃，相同蓄冷量时，冰球直径分别采用80mm、100mm 和120mm，其所对应的冰球数分别为977，500 和289个。乙二醇流量分别采用1.1m³/h、1.6m³/h、2.1m3/h、2.7m³/h、3.3m³/h。经计算可得不同尺寸和流量下蓄冷时间的变化规律。如图2 所示，随着尺寸的减小和流量的增大，蓄冷时间逐渐缩短。

　　2.2 乙二醇泵能耗的变化规律

　　泵消耗能量的计算公式为：

式中：Wpump——泵耗能，J;