水蓄冷項目中斜溫層控制要點綜述

張玉寶（合肥京東方顯示技術有限公司，合肥　230011）

水蓄冷項目中斜溫層控制要點綜述

張玉寶
（合肥京東方顯示技術有限公司，合肥230011）

目前水蓄冷項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，本文通過對斜溫層相對厚度的探究，提出水蓄冷控制的關鍵技術。

水蓄冷；斜溫層；蓄冷；放冷；恒溫控制

1　引言

目前國內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。

為達到這一目的，存在兩項技術難點：

（1）散水器設計，在蓄冷槽底部與上部設置散流器，控制水流速度0.5m/s以內，以使冷、溫水進出蓄冷槽時盡量保持平穩、緩慢、均布、無擾動；

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

2　斜溫層相對厚度

以蓄冷溫度7℃，放冷回水溫度19℃，冷機7℃供水，14℃回水為例，系統正常蓄冷過程當監測斜溫層溫度為14.2℃時，設定蓄冷結束，控制主機停機，蓄冷結束時監測斜溫層溫度14.2℃，斜溫層溫度梯度即為7℃～14.2℃水帶。

若允許主機卸載冗調，冷機始終7℃出水，只要時間足夠長，理論上蓄水槽水溫將達到統一7℃溫度場，斜溫層消失，由此造成冷機30%～40%的能耗浪費。顯然，斜溫層絕對厚度并不能說明分層布水的好壞，應以斜溫層相對厚度（斜溫層相對厚度/水槽高度）為指標進行綜合判斷，而蓄冷槽利用效率的高低將決定于斜溫層相對厚度的控制水平。

斜溫層相對厚度的控制核心是對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現過程。

2.1水槽監控模塊模型建立

蓄冷槽有效水位高度為H，橫截面積為S，假設沿豎直方向等距布置n個溫度傳感器（T1，T2，……，Tn），把水槽液面以下部分的高度均分為n層，則每個水層的厚度為h/n，在每個水層的中間高度處布置溫度傳感器，則每兩個相鄰傳感器之間的距離也為h/n，其中最底部和最頂部兩個傳感器的布置原則如圖1所示。在計算中都假定每個傳感器在任何時候測出的溫度就表示該傳感器所在水層的當前平均溫度。

由此可得，在任何時候，只要從溫度傳感器讀取一組數據，就能計算出以下參數：

蓄冷槽內當前蓄冷量：

按7～19℃設計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（以理論滿蓄狀態為基準）：

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為蓄冷系統流程圖，在蓄冷模式下，蓄冷運行的主機保持全負荷運行狀態，蓄冷主機的冷凍水溫差為7℃，為了獲得T2=7℃的目標必須控制T1=14℃恒定。

蓄冷開始時水槽上部水溫達19℃（實際可能還會高于該值），此時系統控制功能不啟動，冷機滿載制冷，以達到快速降低水槽整體水溫目的，當蓄冷水槽內上部出水端溫度傳感器檢測溫度達到16.5℃時啟動系統控制功能，通過比例調節閥V1和V3組合調節，使水槽出水與冷機低溫出水混合實現T1=14℃水溫要求，控制送回水槽的水溫T2在規定的范圍內波動，該允許波動范圍為：

圖2

T20-ΔT20≤T2≤T20+ΔT20

上式中T20=7℃，ΔT20=0.2℃。

通過V1和V3的動態調節，T2恒定輸入水槽，當水槽上端溫度傳感器監測到14.2℃，蓄冷結束。

2.3放冷模式控制

圖3　放冷系統圖

圖3為放冷系統流程圖，在放冷模式下，對T2的溫度控制通過比例調節閥V2和V3實現，如T2低于設定值，則V2關小，V3開大；如T2高于設定值，則V2開大，V3關小。

通過V2和V3的動態調節，控制T2在規定的范圍內波動，該允許波動范圍為：

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。

3　總結

通過對蓄冷、放冷過程中槽恒溫回水，實現斜溫層相對厚度的控制。該控制模式具有以下優點：

（1）斜溫層相對厚度的控制穩定，實現了優異的蓄冷槽利用效率。

（2）蓄冷過程中冷機滿載運行，避免了冷機卸載冗調，經濟效益明顯。

（3）控制精準，避免過度蓄、放冷，水槽溫度分布均勻。

［1］高志宏.試論水蓄冷技術在空調工程中的應用［J］.遼寧高職學報，2000（06）.

［2］楊振東.水蓄冷空調方案的探討［J］.國外建材科技，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，主要從事電氣自動化設備的運行管理工作。