冰蓄冷中央空调系统应用中载冷剂的选择

冰蓄冷空调系统应用中载冷剂的选择

在蓄冰空调系统应用中,盘管热交换器的流体温度经常降到水的冰点以下。在这种

情况下就不能再使用纯水作为载冷剂，这时，冰蓄冷空调系统普遍采用的载冷剂是水和防冻液的混合物。这种混合物降低了载冷剂溶液的冰点,从而保证系统在运行过程中, 载冷剂温度在冰点以上不会发生冻结。除了一些特殊的情况外，最常用的防冻液是乙烯乙二醇（ethylene glycol）和丙烯乙二醇(propylene glycol)。

图1：

如图1所示,丙烯乙二醇提供的防冻保护稍逊于乙烯乙二醇.因此,丙烯乙二醇需要采用较高的浓度来获得与乙烯乙二醇相同的冰点.

当我们使用乙烯乙二醇的时候,防冻液和水的混合物的浓度只需要达到乙烯乙二醇质

量浓度的25%,此时所获得的冰点可以保证整个冰蓄冷空调系统安全的运行。如果采

用丙烯乙二醇则需要30％的质量浓度才能满足要求。

除了冰点温度的区别以外，载冷剂混合物的其他物理特性也都与水的物性有很大的

区别。

表1：表中载冷剂流体温度是 4.4℃

解决方案冰点比热粘度

水0°C) 4.20 kJ/kg-°K 1.5 mPa-sec

乙烯乙二醇(25%) -11.7°C 3.77 kJ/kg-°K 3.2 mPa-sec

丙烯乙二醇(30%) -12.8°C 3.85 kJ/kg-°K 5.2 mPa-sec

如表1所示，因为丙烯乙二醇比乙烯乙二醇的比热大，所以在保证系统制冷量的

前提下，丙烯乙二醇需要的流量会小。但这并不表示会降低泵功率或者改善传热，因

为丙烯乙二醇的粘度比乙烯乙二醇要大的多，这也就意味着，使用丙烯乙二醇的冰蓄

冷空调系统需要一个更大功率的水泵。甚至因为传热的损失导致系统需要一个更大的

制冷盘管。

对于大多数的冰蓄冷空调系统，首选的载冷剂应该是25％的乙烯乙二醇和75％

水的混合物。它提供给系统较高性能的防冻保护，对系统各个部件的传热影响也是最

小的。乙烯乙二醇的运行寿命长，而且性能稳定，无腐蚀性。合理的使用这种载冷剂

对系统盘管，系统管路，冷水机组的各个部件都很安全。

考虑载冷剂的口服毒性的时候（例如，食品安全或者药品安全）丙烯乙二醇较普

遍的采用。因为丙烯乙二醇是食品安全级产品，仅仅是所要求的载冷剂温度下传热效

果较差，因此，丙烯乙二醇不能完全被乙烯乙二醇替代。在这种应用中也可以考虑其

他的一些载冷剂，例如甲酸钾。

表2：

解决方案进水温度盘管排数制冷量空气侧压力降流量流体侧压力降℃kw kPa L/S kPa

水7.2 6 133 160 4.76 20.6

水

乙烯乙二醇(25%) 7.2 6 116 154 5.45 23.5 乙烯乙二醇

在载冷剂中增加防冻液的负面的影响可以通过测试变风量空调器的制冷盘管的性

能来获得。表2所示的性能是该冰蓄冷系统中制冷盘管的性能。该盘管为6排管，翅

片数为118片/英寸,这个盘管通过风量5663L/S，在进水温度7.2℃,总制冷量133KW。

如果单独用水做载冷剂（不含任何防冻液），这个盘管需要流量为 4.76L/S温度

7.2℃的载冷剂水提供所需的制冷量。在这个流量下，载冷剂通过管道的压力降是

20.6kPa。

如果在系统中加入乙烯乙二醇作为载冷剂，则系统的制冷量为116KW，系统的

制冷量下降了13％。载冷剂流体在空气处理机盘管的压力降为23.5kPa，比先前增加

了14％。

载冷剂混合液体较低的比热和较高的粘度是导致制冷量的损失和压力降的增大

的直接原因。通过盘管的选型和系统设计可以使损失的制冷量得到一定程度的恢复。

表3:

解决方案进口温度盘管排数制冷量空气侧压力降流量流体侧压力降℃kPa l/s kPa

水7.2 6 133 160 4.76 20.6

乙烯乙二醇（25％）7.2 6 116 154 5.45 23.5

乙烯乙二醇（25％）7.2 8 133 208 5.45 29.3

乙烯乙二醇（25％）7.2 6 133 162 7.62 42.8

乙烯乙二醇（25％） 4.4 6 133 160 5.31 22.5

乙烯乙二醇（25％） 3.3 6 133 160 4.22 19.2 如果选一个新的盘管来安装，增加新盘管的面积可以获得所需要的制冷量。在表

3 所示的这个例子中，把盘管的排数从 6 排增加到 8 排，系统的制冷量达到设计的

133kw 的制冷量。当然，空气侧的阻力也同时增加了，这会导致风机功率的增加，风

机电机也要选大了。还有，水侧的阻力也会增加，这会导致水泵功率的增加，水泵也

要选大。

还有一个方案是增大通过盘管的载冷剂的流量来获得所需要的制冷量。在如表3的例

子中，制冷剂的流量增大到了7.62L/S,这个方案的运用，避免了空气侧阻力的增加，

但是却导致了一个更高的水侧阻力，需要比前一个方案选择更大功率的水泵。

实际上，最好的方法是降低进入盘管载冷剂的温度来获得设计的制冷量。使用最初的盘管，把进入盘管载冷剂的温度从7.2℃降低到 4.4℃就能获得的设计的制冷量。这种方案没有影响空气侧的压力降，载冷剂的流量比前三种方案都要低。较低的载冷剂流量弥补了在载冷剂中增加冷冻液的影响。降低了液侧的压力降和水泵的功率。为了产生一个更低的载冷剂温度，需要使冷水机组工作更长的时间，消耗的功率也会增加。关键是要平衡好各个方面的关系。不仅要获得设计的制冷量，而且要降低安装成本和系统能耗，最省钱的办法是降低进入盘管的载冷剂温度。

尽量的降低进入盘管的载冷剂的温度，例如表3所示，把温度降低到3.3℃.能够获得更大的收益。传热性能的改善使得流量比最初的盘管设计要低，液体侧压力降也降低了。这比纯粹用水做载冷剂的系统，泵所消耗的功率也更低。

从另一个方面讲，进盘管的载冷剂温度较低，使得盘管选型时的翅片数减少来替代降低载冷剂的流量的收益，这样的话，盘管的成本降低了，空气侧的阻力也降低了。风机功率也随之降低。

最后，降低进入盘管的载冷剂的温度导致送风温度降低，空气处理机组，变风量末端，和送风管道都会相应的减小，风机的功率消耗也相应减小了。

在载冷剂中增加冷冻液造成的传热损失对冷水机组的制冷量和制冷效率都会产生负面的影响。系统性能的降低是由于载冷剂混合物较低的比热和较高的粘度。如表 1 所示,应该在系统选型过程中选择较低粘度的载冷剂，在系统普遍采用的温度下，乙烯乙二醇的粘度比丙烯乙二醇的粘度要小。

另外，保持载冷剂中防冻液的浓度最小，正如先前所提到的，最好使用质量浓度25 ％的乙烯乙二醇作为防冻液，因为如果使用丙烯乙二醇，载冷剂的质量浓度要30％才能达到设计的冰点。