水蓄冷

它具有投資小，運行可靠，製冷效果好，經濟效益明顯的特點，每年能為用戶節省可觀的中央空調年運行費用，還可實現大溫差送水和應急冷源，相對於冰蓄冷系統投資大，調試複雜，推廣難度較大的情況來說，水蓄冷具有經濟簡單的特點，可利用大型建築本身具有的消防水池來進行冷量儲存，所以水蓄冷技術具有廣闊的發展空間和應用前景，其社會效益體現在可以平衡電網負荷，減少電廠投資，凈化環境，符合國家產業政策發展方向。

水蓄冷技術利用峰谷電價差，在低谷電價時段將冷量存儲在水中，在白天用電高峰時段使用儲存的低溫冷凍水提供空調用冷。當空調使用時間與非空調使用時間和電網高峰和低谷同步時，就可以將電網高峰時間的空調用電量轉移至電網低谷時使用，達到節約電費的目的。目前使用最成熟和有效的蓄冷方式是自然分層。

水蓄冷設計須綜合考慮影響初投資及運行成本的各種因素，詳盡研究系統的電費，峰谷電價結構及設備初期投資等因素，以期達到最佳的經濟效益，在降低初期投資的同時節約更多的運行電費，轉移更多的高峰用電量。

進行水蓄冷設計時，須準確分析建築空調負荷特點，並計算建築物的逐時負荷，然後根據設計負荷的特點和運行策略來確定系統選型和控制策略，目標是儘可能地減少各種設備的裝機容量，並達到滿足各工作時段的負荷需求，並保證主機效率，充分利用蓄冷裝置的優勢，盡量減少系統的能耗。進行系統設計時，須結合系統的運行特點，從系統全局的觀點來考慮各設備的匹配和綜合效能，在設計建模的過程中，需要在滿足建築空調需求的約束條件下，實現運行費用目標函數最小的目標。

水蓄冷設計需要實現滿足經濟、可靠、靈活、高效的設計要求。評價水蓄冷系統品質的最重要依據是系統的整體效率及運行穩定性。

水蓄冷是利用水的顯熱實現冷量的儲存。因此，一個設計合理的蓄冷系統應通過維持儘可能大的蓄水溫差並防止冷水與熱水的混合來獲得最大的蓄冷效率。在水蓄冷技術中，關鍵問題是蓄冷罐的結構形式應能防止所蓄冷水與迴流熱水的混合。為實現這一目的，目前常用的有以下幾種方法：

將冷水和熱水分別儲存在不同的罐中，以保證送至負荷側的冷水溫度維持不變，多個蓄水罐有不同的連接方式，一種是空罐方式。如圖1a，它保持蓄水罐系統中總有一個罐在蓄冷或放冷循環開始時是空的。隨著蓄冷或放冷的進行，各罐依次倒空。另一種連接方式是將多個罐串聯連接或將一個蓄水罐分隔成幾個相互連通的分格。如圖1b，圖中示出蓄冷時的水流方向。蓄冷時，冷水從第一個蓄水罐的底部入口進入罐中，頂部溢流的熱水送至第二個罐的底部入口，依次類推，最終所有的罐中均為冷水；放冷時，水流動方向相反，冷水由第一個罐的底部流出。迴流熱水從最後一個罐的頂部送入。由於在所有的罐中均為熱水在上、冷水在下，利用水溫不同產生的密度差就可防止冷熱水混合。多罐系統在運行時其個別蓄水罐可以從系統中分離出來進行檢修維護，但系統的管路和控制較複雜，初投資和運行維護費作較高。

採用隔板把水蓄水槽分成很多個單元格，水流按照設計的路線依次流過每個單元格。圖2所示為迷宮式畜水罐中水流的路線。迷宮法能較好地防止冷熱水混合。但在蓄冷和放冷過程中有一個是熱水從底部進口進入或冷水從頂部進口進入。這樣易因浮力造成混合；另外，水的流速過高會導致擾動及冷熱水的混合；流速過低會在單元格中形成死區，降低蓄冷系統的容量。

利用水在不同溫度下密度不同而實現自然分層。系統組成是在常規的製冷系統中加入蓄水罐，如圖3a所示。在蓄冷循環時，製冷設備送來的冷水由底部散流器進入蓄水罐，熱水則從頂部排出，罐中水量保持不變。在放冷循環中，水流動方向相反，冷水由底部送至負荷側，迴流熱水從頂部散流器進入蓄水罐。圖3b是蓄冷特性曲線圖。縱坐標為溫度，橫坐標為蓄水量的百分比。A、C分別為放冷循環時製冷機的回水和出水特性曲線；B、D分別為蓄冷循環時製冷機的回水和出水特性曲線。一般用蓄冷效率來描述蓄水罐的蓄冷效果。蓄冷效率的定義是蓄冷罐實際入冷量與蓄冷罐理論可用蓄冷量之比，即：蓄冷效率=（曲線A與C之間的面積）/（曲線A與D之間的面積）

一般來說，自然分層方法是最簡單，有效和經濟的，如果設計合理，蓄冷效率可以達到85%-95%。

圖四所示為蓄冷罐和斜溫層內溫度變化簡圖。斜溫層是冷水與熱水之間的溫度過渡層。明確而穩定的斜溫層能防止冷水與熱水的混合，但斜溫層的存在降低了蓄冷效率。蓄冷系統能否在高效率下保持正常而穩定的工作主要取決於頂部和底部散流器的設計和蓄水罐的設計。散流器用於均布進入罐中的水流，減少擾動和對斜溫層的破壞。

在蓄水罐內部安裝一個活動的柔性膈膜或一個可移動的剛性隔板，來實現冷熱水的分離，通常隔膜或隔板為水平布置。這樣的蓄水罐可以不用散流器，但隔膜或隔板的初投資和運行維護費用與散流器相比並不佔優勢。