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基于CFD的区域供冷外融冰系统完全融冰后利用 冰池低温冷水供冷方式模拟研究
）
陶嘉楠，香港华艺设计顾问（深圳）有限公司高龙
摘要盘管外融冰系统因具有换热效果好、出水温度低、释冷速度快、融冰能耗小等优点，被广泛应用到区域供冷系统中.然而系统融冰释冷结束后冰池内还存在着冰蓄冰池结构及布水器蓄融冰策略，来充分挖掘融冰后冰池内低温冷水供冷潜力的方 大量的低温冷冻水（约1.5℃）无法继续供冷.本文提出一种通过改变常规盘管外融法，并以深圳某集中供冷站为案例，采用CFD方法进行供冷效果的模拟分析.研究结果表明，通过设计蓄冰池分隔及过流孔，能够延长蓄水池出水温度保持在低温状态的时长，从而充分挖掘释冷后冰池供冷潜力，提高供冷系统的能效比.
关键词区域供冷：盘管外融冰：布水器：过流口：数值模拟
CFD simulation of thecoolingmethod using low-temperature waterfrom ice
By Li Xuesong* Tao Jianan Gao Long
Abstract: Ice-on-coil storage system has been widely used in district cooling system and it has alot of advantages such as excellent heat transfer ability low outlet water temperature rapid cooldischarge speed and low energy consumption of ice melting.However affter the cool discharge proces1.5′’C in the ice tank which can not continue to be used for cooling. This paper proposes a method to of extemal ice melting there is still a large amount of low-temperature chilled water remaining aroundmaximize the cooling potential of the low-temperature chilled water remaining in the ice storage tankafter ice melting by modifying the conventional structure of extermal ice on-coil storage tank and thestudy this article employs CFD method to simulate and analyze the cooling ability. According to the icing and melting strategy of water distributor. Taking a district cooling station in Shenzhen as a caseresearch results by designing the separation of the ice storage tank and the position of the overflow holes it could enable the outlet water in the ice storage tank to stay at a low temperature state for a longer time.This approach can fully exploit the cooling potential of the ice storage tank affer ice melting and alsocnhance the energy efficiency ratio (EER) of the cooling system.
Keywords: district cooling ice-on-coil storage water distributor overflow holes numericaluonejnus
★ Hong Kong Hua Yi designing consultants(S.Z.) LTD Shenzhen Guangdong province China
0引言
1项目概况及模型建立
1.1项目概览
源，使空调系统的能耗更低，同时可以降低管，融冰释冷进出水布水器均独立设置，每冷方式的新兴选择3].区域供冷系统通常与蓄冰池平面及剖面图见图1、2.此外，设置 污染物排放量，逐渐成为我国城市建筑群供个冰池融冰工况布水器的流量为2400m/h.蓄冷技术相结合，具有利用峰谷电价差、降4台双工况冷水机组及4组水-乙二醇板式换低运行费用，同时对电网具有“削峰填谷”的消纳能力，提高电网稳定性，实现电网的减排效益等优势.
常见的冰蓄冷技术包括：外融冰式、内融冰式及动态制冰式等.其中，外融冰系统由于温度较高的空调冷水回水与冰直接接触，融冰释冷速度快，能够快速制取大量的低温冷水，且可以更灵活地安排运行策略、域供冷系统中68.外融冰系统融冰释冷温度 最大限度地降低运行费用，被广泛应用到区一般在1.5℃以下9.
区域供冷系统的服务对象主要为办公、余的低温冷水继续利用，一方面可以实现冷何模型如图3所示.水的梯级利用，另一方面也可以提升主机蓄冷的能效，实现进一步节能减排.
用CFD模拟的方法，提出一种区域供冷外融式进行了三维非结构网格划分，对细小结构冰完全融冰后利用冰池低温冷水供冷的方进行网格加密，如图3所示.法，充分挖掘区域供冷系统外融冰释冷后冰边界条件和初始条件：布水器水流入口采用程项目的设计及使用提供参考.
深圳某区域集中供冷站附建于主体建筑万RTH（147714kWh），共设置4个独立蓄文李雪松，男，1968年生，大学，教授级高级工程师冰池，每个蓄冰池的尺寸为32.0m（长）×6.7m518031香港华艺设计顾问（深期）有限公司：（宽）x6.5m（初始状态液面高度）.每个冰13802225698池内分3层布置36台294RTH（问题：换算Erml:229371530@qq
为标准单位）的蓄冰盘管，每层在宽度方向区域供冷系统因其可以有效地利用能上布置3台盘管，长度方向每列布置4台盘热器与蓄冰池匹配蓄冰及融冰工况.
图1蓄冰池平面图
图2蓄冰池剖面图
1.2计算模型及参数设置
物理模型：本项目每个冰池设置单独进商业、酒店等公共建筑，融冰释冷的结束时水器开66个p100圆孔，布水器开孔高度约 出水布水器，采用2根DN450立管，每个布间一般在18：00左右，融冰释冷结束后冰池5500mm，布水器流速为0.5m/s，每组冰池布内还存在着大量1.5℃左右的低温冷水可以继水器流量为2400m2/h.单个冰池容积为32.0m续供冷，同时18：00之后办公建筑仍然有部（长）x6.7m（宽）x6.5m（初始状态液面高分加班冷负荷，商业和酒店建筑也会有供冷度），通过布水器进水流量及冰池尺寸可计的需求.此时，如果将融冰结束后冰池内剩算出冰池截面平均流速为0.015m/s，冰池几
网格划分：根据平面图的冰池结构及轮廊作相应的简化处理，采用ANSYSMeshing本文以深圳市某区域供冷项目为例，采划分网格.整个计算区域采用了多面体的方
池的供冷潜力，以期能为其他冰蓄冷系统工速度边界，其流入速度为0.5m/s，温度为12.5℃：布水器水流出口的边界条件采用压力边界，为101325Pa：冰池壁面考虑为绝热壁 面，冰池上界面为水面，采用刚盖模型假设：冰池内设置初始条件设置为1.5℃冷水：滥流地下室内，总供冷建筑面积约100万m²，供模型选用标准的k-c模型.另外，本模拟中 冷峰值负荷约为2.0万RT（70340kW）.采所采用的水的物性参数需要考虑水的密度随
V1s为融冰后冰池内1.5℃冷水的体积（近似认为等于冰池中水的体积）.假设整个蓄冰池内的水在供冷过程中没有任何掺混，即冷水都能够1.5℃供冷，供冷末期全部冷水均为12.5℃，此时总的供冷量是71538kWh.
为定量分析单一冰池横向布水释冷系统融冰末期继续供冷冰池内剩余冷量的利用率，对该系统冰池进行CFD模拟，结果表明，在融冰释冷末期，若高温回水继续进入冰池，速掺混形成4℃的高密度水沉入池底，并从池 12.5℃的高温回水和1.5℃的池水混合后，快底快速回流到冰池取水口位置，冰池水温出现上下分层，最终导致出水温度迅速升高（3C左右）而停止释冷，出现“温度短路”12.5℃，冰池水温变化过程云图如图5所示. 现象.若继续释冷，则出水温度最终将达到在此过程中布水器出水温度维持在1.5℃的时式地融冰释冷，低温水从布水器取水口流出，出水温度随时间的变化如图6所示.通过式11%，冰池上方还有大量低温冷水无法有效利 （1）计算得到此种情况下冷量利用率Y仅为用.文献通过对冰池整体设置温度传感器分析冰池温度分布特性发现，在冰池后半段水深5.5m位置（水面高度约为6.0m）测点的 温度长时间处于4℃，表明高温水进入冰池后与冰池内的低温水快速掺混形成4C的高密度水，并从池底快速回流到冰池取水口位置，形成池底“温度短路”现象.和本文的模拟结果一致.
图3蓄冰池几何模型及网格划分
2常规单一冰池横向布水释冷系统分析
现有技术中区域供冷系统盘管外融冰的冰池一般设置为大尺寸长方体冰池，布水方式为横向布水，如图4所示.其融冰过程分为2个阶段：当融冰初、中期冰池内的冰未 完全融化时，供冷高温（如12.5℃）回水通过布水器3进水口进入冰池，高温回水与冰的水保持在低温状态，并沿着水流方向推进间约为200s，维持在3C的时间约为500s， 池的冰水混合物混合，冰吸热融化使冰池内此时取水口水温一般维持在1.5℃左右：当融冰末期冰池内的冰几乎完全融化后，若高温水继续进入冰池与冰池内的低温水快速掺混形成4C的高密度水，并从池底快速流到冰水温升高，则当出水温度到达一定值（假设 池取水口位置，使布水器取水口所在位置的3℃左右）后冰池融冰释冷结束.
1为水平管道：2为电动阀：3为进水布水器：4为水流方向：5为出水布水器
图4现有外融冰融冰释冷示意图
融冰末期继续供冷，冰池内剩余冷量利用率7采用冰池出水温度在1.5~3℃范围累计的冷水体积占冰池内1.5℃冷水体积的比例进行计算：
a融冰释冷
(1)
式中为出水温度为1.5℃的时刻：为出水温度为3C的时刻：v为i时刻冰池平均水流速度：A为冰池融冰液面以下横截面积；
b维续供冷图5冰池温度云图
