簡介： 本文介紹了外融冰蓄冷系統(tǒng)的技術特點和作用，說明了了目前國內外外融冰蓄冷取冷特性研究所采用的方法及其研究成果，總結了清華大學和清華同方在外融冰研究和應用方面的成果，對外融冰技術的進一步發(fā)展和應用進行了評估和預測。

　　關鍵字：冰蓄冷 外融冰

　　一、引言

　　冰蓄冷技術作為一類重要的能源利用技術，近來獲得了很大發(fā)展。冰蓄冷是指在用電低谷時用電制冰并暫時蓄存在蓄冰裝置中，在需要時（如用電高峰）把冷量取出來進行利用，由此可以實現(xiàn)對電網的“削峰填谷”，有利于降低裝機容量、維持電網的安全高效運行，所以包括我國在內的許多國家都采取了各種措施以鼓勵蓄能技術的發(fā)展和應用。

　　根據(jù)制冰方式的不同，冰蓄冷可以分為靜態(tài)制冰、動態(tài)制冰兩大類，此外還有一些特殊的制冰方式「1」。 靜態(tài)制冰方式，即在冷卻管外或盛冰容器內結冰，冰本身始終處于相對靜止狀態(tài)。這一類制冰方式包括冰盤管式、封裝式等多種具體形式。動態(tài)制冰方式，該方式制冰過程中有冰晶、冰漿（iceslurry）生成，且冰晶、冰漿處于運動狀態(tài)。每一種具體形式都有其本身的特點和適用的場合。

　　外融式冰盤管蓄冷在制冰方式上屬于靜態(tài)制冰方式，是由冷源將乙二醇溶液、鹽水溶液等栽冷劑冷卻到0℃以下并送入蓄冰槽內的冰盤管與管外的水進行熱交換，在管外結冰以蓄存冷量，需要時進行取用，從而蓄冷過程必須克服隨厚度增加越來越大的冰層熱阻。與內融冰方式在取冷時仍由管內的乙二醇溶液或鹽水作栽冷劑與管外冰進行二次換熱不同，外融冰方式是直接采用蓄冰槽內的水作為取冷介質送出，冰是從冰柱外表面開始向內進行融化的。其工作過程決定了外融冰方式與內融冰方式等需要二次換熱的冰蓄冷形式相比，取冷效率更高，而且取冷溫度更低，并可長時間保持低溫取冷，使取冷過程更加平穩(wěn)，并使得實現(xiàn)大溫差低溫送風成為可能；同時又比冰晶式、冰片滑落式等動態(tài)制冰技術設備的材料要求低，加工、使用、管理方便。例如一般空調用表冷器處冷凍水溫度約為7℃，如果采用外融冰方式，冷凍水溫度可長時間保持在1～2℃，可以更大幅度地降低送風溫度，增加送回風溫差，實現(xiàn)送風量的大幅度減少。這不但大大減少風管截面積及其占用空間，而且減少了風機、水泵、閥門等的設備容量、部件尺寸，減少材料使用和設備功耗，水路、風路的機電設備、材料的初投資和系統(tǒng)運行費用也都不同程度減少，達到整體上降低空調系統(tǒng)的費用，提高經濟效益。

　　二、外融冰蓄冷技術的發(fā)展概況

　　1.概況

　　與其它靜態(tài)蓄冷方式如內融冰方式的發(fā)展和應用相比，目前國內外外融冰蓄冷方面的研究尚不成熟，因而其文獻資料并不很多�；�于外融冰系統(tǒng)有很好的優(yōu)點，近幾年已經越來越引起人們的重視，國外在其蓄冷取冷性能方面的研究有了很大深入。由于這種蓄冷方式與其它蓄冷方式在一些方面存在相似性，因而完全可以借鑒其它蓄冷方式的研究成果或研究方法，并針對外融冰的具體特點進行研究；另一方面，也必須針對外融冰的特殊性采用一些新的研究思路，以求可以更準確、全面地了解其規(guī)律性。

　　目前美國、日本等國家在冰蓄冷研究方面已經處于領先地位，在我國包括清華大學在內的一些大學和科研單位也做了許多工作。國內外的研究者們普遍從實驗方法和數(shù)值計算模擬的方法兩方面進行研究，而且經常將兩類方法結合起來進行研究，特別是近期以來國外就實際使用的冰盤管蓄冷裝置的熱特性及蓄冷系統(tǒng)的性能評價進行了很多現(xiàn)場實測研究，用以對冰蓄冷技術進行分析與評估，同時也對實驗研究及模擬分析的研究成果進行驗證和評價。

　　2.蓄冷特性的研究

　　考察冰盤管蓄冷特性常常采用蓄冷/取冷特性曲線，即在蓄冷/取冷過程中，在冰槽進口溫度、出口溫度、蓄冷量/取冷量、蓄冷速率/取冷速率等參數(shù)隨時間的變化曲線來表示。

　�。�1）、實驗（實測）研究

　　國內外普遍利用實驗、實測的方法進行盤管式冰蓄冷特性的研究。

　　日本學者山羽基從蓄冰槽內水溫分布特性方面就盤管配置、蓄冷槽下部有無攪拌等因素影響對外融冰蓄冷方式進行了較為深入的研究「2」。研究發(fā)現(xiàn)：有攪拌時，蓄冰槽內水溫分布均勻，開始結冰時間比無攪拌時要晚一些，而總結冰時間短，管外結冰均勻一致，且蓄冷量大（相同結冰率）。無攪拌時，側部、中央配置時，無盤管部分按照水溫分層，而且蓄冰結束后，盤管上部結冰偏厚；下部、上部配置時也明顯的受到水的密度隨溫度變化而變化的特殊性的影響。配置方式對結冰時間基本無影響，有攪拌時中央配置最短，無攪拌時上部配置短；只攪拌至結冰而后停止攪拌，與全程攪拌效果幾乎相同。

　�。�2）、理論研究與模擬計算方法

　　根據(jù)有關理論建立數(shù)學模型，而后進行計算求解，或進而進行仿真，是研究冰蓄冷問題的重要方法。

　　美國的Abraham等人對于直接蒸發(fā)型冰盤管的蓄冷過程，在作了蓄冷過程中盤管傳熱系數(shù)為常數(shù)的假定下，以蓄冷過程中的壓縮機做功最小化為目標函數(shù)，以蒸發(fā)溫度和盤管尺寸為參量，建立了數(shù)學模型，并進行了模擬計算「3」。

　　山羽基基于蓄冷槽的分層特點，設定垂直方向溫度場為線性分布，忽略水平方向溫度分布的不均勻性，根據(jù)能量平衡關系，采用有限差分法，建立了溫度分層型數(shù)學模型，并對冰盤管出口溫度對冷機出力的影響進行了修正，由此可以計算出槽內水溫分布和制冰量「2」。

　　中國科學技術大學方貴銀根據(jù)蓄冷傳熱過程中的能量平衡關系在進行了一系列合理假設基礎上建立了非線性微分方程組，對其所建立的數(shù)學模型進行了求解，得到冰層厚度（蓄冷量）與蓄冰時間的關系，并用實測數(shù)據(jù)進行了驗證「4」。

　　可以看出，目前在對冰盤管蓄冷槽進行模擬計算時