张玉宝（合肥京东方显示技术有限公司，合肥　230011）

水蓄冷项目中斜温层控制要点综述

张玉宝
（合肥京东方显示技术有限公司，合肥230011）

目前水蓄冷项目中大都以控制斜温层厚度为目的，反而造成能增加、效率降低，本文通过对斜温层相对厚度的探究，提出水蓄冷控制的关键技术。

水蓄冷；斜温层；蓄冷；放冷；恒温控制

1　引言

目前国内水蓄冷工程的主流形式为温差分层式，该种形式适用于4m以上水槽，蓄冷效率较高。蓄冷期间，冷水从蓄冷槽底部流入，温水从上部流出；放冷期间，冷水从蓄冷槽底部流出，温水从上部流入，蓄冷与放冷期间，密度大的冷水始终在下边，密度小的温水始终在上边。蓄冷温度和放冷温度之间的过度温度带水层即形成斜温层。良好的水蓄冷工程，要求在保证水槽最大蓄冷效率前提下，控制斜温层以近似活塞流的形式流动。

为达到这一目的，存在两项技术难点：

（1）散水器设计，在蓄冷槽底部与上部设置散流器，控制水流速度0.5m/s以内，以使冷、温水进出蓄冷槽时尽量保持平稳、缓慢、均布、无扰动；

（2）斜温层厚度控制，斜温层越厚所占据的蓄冷空间浪费越大，造成蓄冷槽有效容积减少，反之，则对布水要求及水槽形状要求高，增大建设成本，增大低温冷水机组能耗。本文通过对斜温层相对厚度控制的探究，提出水蓄冷控制的关键技术。

2　斜温层相对厚度

以蓄冷温度7℃，放冷回水温度19℃，冷机7℃供水，14℃回水为例，系统正常蓄冷过程当监测斜温层温度为14.2℃时，设定蓄冷结束，控制主机停机，蓄冷结束时监测斜温层温度14.2℃，斜温层温度梯度即为7℃～14.2℃水带。

若允许主机卸载冗调，冷机始终7℃出水，只要时间足够长，理论上蓄水槽水温将达到统一7℃温度场，斜温层消失，由此造成冷机30%～40%的能耗浪费。显然，斜温层绝对厚度并不能说明分层布水的好坏，应以斜温层相对厚度（斜温层相对厚度/水槽高度）为指标进行综合判断，而蓄冷槽利用效率的高低将决定于斜温层相对厚度的控制水平。

斜温层相对厚度的控制核心是对蓄冷槽回水温度的恒定控制，下面通过蓄放冷模式分别讨论控制方案的实现过程。

2.1水槽监控模块模型建立

蓄冷槽有效水位高度为H，横截面积为S，假设沿竖直方向等距布置n个温度传感器（T1，T2，……，Tn），把水槽液面以下部分的高度均分为n层，则每个水层的厚度为h/n，在每个水层的中间高度处布置温度传感器，则每两个相邻传感器之间的距离也为h/n，其中最底部和最顶部两个传感器的布置原则如图1所示。在计算中都假定每个传感器在任何时候测出的温度就表示该传感器所在水层的当前平均温度。

由此可得，在任何时候，只要从温度传感器读取一组数据，就能计算出以下参数：

蓄冷槽内当前蓄冷量：

按7～19℃设计条件下的理论蓄冷量为：

QS0=ρcSH（Th0-Tl0）

则蓄冷槽的蓄冷率为：

蓄冷槽的放冷量（以理论满蓄状态为基准）：

蓄冷槽的放冷率为：

图1　蓄冷槽温度传感器布置示意图

表1

2.2蓄冷模式控制

图2为蓄冷系统流程图，在蓄冷模式下，蓄冷运行的主机保持全负荷运行状态，蓄冷主机的冷冻水温差为7℃，为了获得T2=7℃的目标必须控制T1=14℃恒定。

蓄冷开始时水槽上部水温达19℃（实际可能还会高于该值），此时系统控制功能不启动，冷机满载制冷，以达到快速降低水槽整体水温目的，当蓄冷水槽内上部出水端温度传感器检测温度达到16.5℃时启动系统控制功能，通过比例调节阀V1和V3组合调节，使水槽出水与冷机低温出水混合实现T1=14℃水温要求，控制送回水槽的水温T2在规定的范围内波动，该允许波动范围为：

图2

T20-ΔT20≤T2≤T20+ΔT20

上式中T20=7℃，ΔT20=0.2℃。

通过V1和V3的动态调节，T2恒定输入水槽，当水槽上端温度传感器监测到14.2℃，蓄冷结束。

2.3放冷模式控制

图3　放冷系统图

图3为放冷系统流程图，在放冷模式下，对T2的温度控制通过比例调节阀V2和V3实现，如T2低于设定值，则V2关小，V3开大；如T2高于设定值，则V2开大，V3关小。

通过V2和V3的动态调节，控制T2在规定的范围内波动，该允许波动范围为：

T20-ΔT20≤T2

上式中T20=19℃，ΔT20=0.2℃。

放冷过程中控制送回水槽的水温T2恒定，使得斜温层以近似活塞流的形式移动。

3　总结

通过对蓄冷、放冷过程中槽恒温回水，实现斜温层相对厚度的控制。该控制模式具有以下优点：

（1）斜温层相对厚度的控制稳定，实现了优异的蓄冷槽利用效率。

（2）蓄冷过程中冷机满载运行，避免了冷机卸载冗调，经济效益明显。

（3）控制精准，避免过度蓄、放冷，水槽温度分布均匀。

［1］高志宏.试论水蓄冷技术在空调工程中的应用［J］.辽宁高职学报，2000（06）.

［2］杨振东.水蓄冷空调方案的探讨［J］.国外建材科技，2007（07）.

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

张玉宝（1987-），男，安徽合肥人，自控工程师，主要从事电气自动化设备的运行管理工作。