1 前言
冰蓄冷作为一项成熟技术，在大型中央空调系统中的应用越来越广泛，它不仅使电力负荷"削峰填谷"，提高发电设备的年利用率，也保证制冷机组满负荷高效率运行，降低空调系统的运行费用，带来了显著的社会效益和经济效益。
但是，随着人们生活水平的提高和全球气候变暖的影响，小型家用空调器近几年的增长速度是相当惊人的。椐统计，1995年全国每百户城镇居民平均拥有8台房间空调器，到2000年每百户居民房间空调器的拥有量已达40台；而在部分经济发达地区，如北京、上海和广州，这一比例已由1995年的15台/百户猛增至2000年的78台/百户<1>。家用空调器的耗电量在总空调耗电量中也占据着相当大的份额，2000年北京地区为60%，日本的统计数据为80%<2>，而且其运行特点又进一步加大了电力负荷的峰谷差异，给电力供应造成更大的压力。
本文提出将冰蓄冷技术应用到家用空调器等小型空调设备上，并对该冰蓄冷系统进行了全面的实验研究，结果表明，家用空调器配以适当的冰蓄电池冷系统，能够达到提高机组出力、降低设备容量、减少运行费用的目的，同时它起到的"削峰填谷"作用也是很可观的。
2 实验装置和实验过程
2.1 系统组成
家用冰蓄冷空调应具备以下特点：结构简单紧凑、蓄冷取冷方便、控制灵活有效等。图1给出了该冰蓄冷空调的系统组成，它将直接蒸发制冰蓄冷，制冷剂内融冰取冷及大温差过冷有机的结合为一体，从而大幅度提高制冷量和制冷效率。
该冰蓄冷空调系统有以下三种运行工况：
1） 蓄冷运行，阀门V1、V2、V3为开，其余为关，循环依次由压缩机1、冷凝器3、蓄冷用储液器4、双阀机构5、蓄冰槽6等部件组成：
2） 取冷供冷运行，阀门V4、V5、V6、V7为开其余为关，循环依次由压缩机1、冷凝器3、蓄冷用储液器4、蓄冰槽6、双阀机构5、蒸发器7等部件组成；
3） 常规空调运行，阀门V1、V4、V7为开，其余为关，循环依次由压缩机1、冷凝器3、双阀机构5、蒸发器7等部件组成。
2.2 系统设计
首先分析一下家用冰蓄冷空调系统的原理，
常规空调机组在标准运行工况下：蒸发温度为2℃，过热度为5℃；冷凝温度为50℃，过冷度为3℃，R22的单位制冷量为151kJ/kg;当利用蓄冰槽使制冷剂过冷后，其冷凝温度会有所降低，而过冷度却大幅度增加（可达35℃以上），单位制冷量可达到205 kJ/kg,约为35%。
系统设计的关键是蓄冰槽的设计，它的设计思路是这样的：首先确定系统白天运行进需取冷的小时数，根据大温差过冷多提供35%制冷量这一指标，得到系统的总蓄冷量和蓄冰量；然后建立直接蒸发蓄冰过程的传热模型<3>，据此算出蓄冰盘管的尺寸和长度，合理设计蓄冰槽形成状和布置蓄冰盘管；最后匹配设计其它部件，诸如储液器、膨胀阀等。
2.3 实验方法
本实验基于清华同方人环设备公司生产的制冷量为12kW的户式中央空调，增加蓄冷、取冷系统部分，也就是说，在取冷运行过程中，机组提供的额定制冷量为16Kw，而不取冷时机组仍可提供12Kwr 制冷量。同时设计白天��行时可取冷10小时，那么总蓄冷量为9.8冷吨时（127X103kJ），蓄冰槽的尺寸为1.35X0.6X0.8m3。
在实验过程中，针对蓄冰运行、冷机取冷供冷运行和常规空调运行三种不同方式，利用该系统中布置的温度和压力传感器，采集到以上三种工况的运行参数，据此考查该冰蓄冷空调的运行情况，给出制冷量、性能系数COP和过冷度，蓄冷量和取冷量随时间的变化关系，以及蓄冰槽内的温度分布等等，最后得到设计家用冰蓄冷空调系统的几点建议。
3 实验结果和分析
3.1机组运行情况
取冷运行时的蒸发温度te平均为4℃，冷凝温度tc平均为41℃，机组运行正常：
蓄冷运行时系统产生振荡，调节膨胀阀后可得到确认，系统振荡是由于膨胀阀特性与系统不匹配产生的，因此，蓄冷特环和制冷循环要使用不同的热力膨胀阀。
2 取冷供冷与常规运行结果比较
基本上可以反应出家用冰蓄冷空调系统和常规空调之间的差别。在10小时的运行过程中，取冷供冷运行制冷量平均为15.6kW，常规空调平均为12 kW，平均增加约30%，性能系数COP前者平均为3.7,后者为3.0，提高约0.7；过冷度前者平均可达37 ℃，而后者仅为2℃，可增加约35℃。这些指标者进一步说明该冰蓄冷方案是十分可行的。
3.3 蓄冷和取冷特性
首先蓄冷量和取冷量随时间基本上呈线性变化。
在蓄冷过程中，蓄冷率平均为7.2kW,是冷机额定制冷量12 kW的60%；但冷机所提供的冷量并没有随冰层厚度的增加而显著减少，这说明设计冰层厚度（20mm）远小于临界冰层厚度，因此蓄冰盘管间距还可以相应增大，从而减少盘管长度。
在取冷过程中，取冷率平均约为3.6 kW，但在取冷初期和末期较小，因为防出的冷量为冰和水的显热，而中期取的是冰的潜热，这也是可以从过冷度的变化中看出。
实验过程中，还记录了蓄冰槽内由上至下冰水混合物的温度分布。在蓄冷过程中槽内温度分布不均匀，存在分层现象，这与很多有关直接蒸发蓄冰过程建模的假设不相符合，因此以后建模时必须适当考虑这种温度不均匀性的影响。在取冷过程中，槽内温度分层现象更加明显，这是因为取冷运行时制冷剂和管外冰水混合物的换热温差很大，所需换热面积远远小于蓄冷时的需要所至。
4 结论
4.1 采用直接蒸发制冰蓄冷，制冷剂内融冰取冷及大温差过冷的方案，把冰蓄冷技术应用到家用空调器等小型空调设备上，是行之有效的。
4.2 蓄冷量的确定是系统设计的关键，它关系到制冷系统的匹配运行，系统的外形尺寸、以及初投资和运行费等技术经济问题；
4.3 常规空调系统的膨胀阀和储液器不适用于蓄冷嘲热讽系统，必须重新设计，才能确保各种工况（蓄冷、取冷、常规供冷）的正常运行；
4.4 家用冰蓄冷空调系统能否被推广使用，归根到底是用电政策方面的问题，如果民和电也能够实行分时计价，且峰谷电价差进一步拉大，这必将有助于该项技术的产品化，同时为解决电力供应高峰不足而低谷过剩的矛盾作出很大贡献。
参考文献
1． 翟超勤，"全国家用空调器年耗电量的估算"，全国暖能空调制冷2000年学术年会论文集，2000.10
2． 刘顺波等，"冰蓄冷柜式空调器技术"，家用电器科技，1998.6
3． 方贵银，"直接蓄冰系统蓄冷过程动态模型研究"，热能动力工程，1999.3
4． 彦启森，赵庆珠，《冰蓄冷系统设计》，全国蓄冷空调节能技术工程中心，1999.7
5． 严德隆等，《空调蓄冷应用技术》，中国建筑工业出版社
6． Chen Sih-Li etc., "Theoretical and experimental investigations of a packaged ice-storage air-conditioning system", Transactions of the Chinese Institute of Engineers, v18 n5 1997, p445-457
7． 张华等，"冰蓄冷空调系统的评价方法"，节能技术，1997.4