冰蓄冷系统的测量.pdfVIP

前言

在冰蓄冷空调系统中，从制冰装置到空调末端之间有众多的设备，故需要测量的

对象也很多。蓄冰槽内的蓄冰率（IPF，IcePackingFactor，定义：冰在冰槽内冰

水混合物中的质量比率）标志着蓄冰槽单位体积内所贮存的冷量，故在蓄冰空调

系统的运行管理与自动控制中，IPF是一个不可缺少的测量参数。本文以测量蓄

冰率为焦点，介绍其各种测量方法及其原理。

1冰蓄冷与蓄冰率

冰蓄冷空调系统根据向末端设备输送和分配冷量过程中有无冰的移动可分为动

态蓄冰和静态蓄冰两大类。在静态蓄冰系统中，有管外制冰、管内制冰、冰球制

冰等方法，在动态蓄冰系统中，冰微粒有微粒状、扁平状、正方体状冰。无论上

述哪种情况，冰都是在水溶液中由清水（纯水）结晶出来的。

至今为止，已经提出了多种多样的冰蓄冷系统方案。在静态制冰系统中，制冰时

的冷机运转控制与融冰时的残冰量预测都必须检测蓄冰槽内的蓄冰率IPF；在动

态制冰系统中，除需要把握蓄冰槽内的贮冰量外，还需避免冰浆输送过程中的管

路阻塞、把握末端设备的冷量需求，也同样需要检测蓄冰槽和输送管路内的蓄冰

率IPF。

2蓄冰率的测量方法与测量原理

针对上述冰的各种生成方法和性状，应用各种原理提出了相应的蓄冰率测量方

法。由于冰为固体，水为液体，冰水混合物的流动为固液两相流，在现有的测量

方法中，也有直接将其它领域的固液两相流的测量方法应用于冰水混合物蓄冰率

的测量方案；也有在其它领域没有采用的独特的冰水混合物蓄冰率测量方案的提

出。但各种测量方法的提案均处于实验阶段，其精度、稳定性、简便性、普适性

俱佳的测量方法还难以确立，有待于进一步研究提出更为优良的测量方法。

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本文介绍了到目前为止的各种蓄冰率测试方法和测量原理。表1给出了主要的测

量方法、测量对象（基本原理）和适用场合。在各方法中，按适用于制冰槽与蓄

冰槽、输送管、采样法进行分类，并在下文中顺序说明。

2.1制冰槽、蓄冰槽内IPF的测量

1）水位变化量

在冰盘管的外侧和内侧表面结冰的静态制冰系统中，通常采用测量水位的上升来

计算槽内蓄冰率IPF，这是利用水结冰后体积膨胀原理所进行的直接水位测量方

法。冰的密度为917kg/m3，1000kg冰其体积为1.090m3，即1000Kg(或1m3)

的水，完全结冰后其体积增大至1.090m3。故，随着结冰过程的进行，冰槽内的

水位逐渐上升，根据水位上升量则可换算出IPF。水位的测量直接采用简单的传

统方法（如：浮子法、差压法、超声波法等）。但这些方法要求在制冰过程中冰

槽内冰水混合物的总量必须恒定，如果出现冰槽泄漏或冰块上浮现象，将会导致

很大的误差。

2）探针型冰厚传感器

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在冰盘管表面设置探针型冰厚传感器，以测量盘管表面的结冰厚度。探针型冰厚

传感器的检测原理是：每单位时间内使可移动的冰厚检测探针紧贴冰面，根据探

针的位移量或停止位置检测出冰的厚度，进而根据冰厚与盘管总长度计算出槽内

结冰总量。这种方法要求各个位置上的结冰均匀。

3）电极型冰厚传感器

此方法与探针型冰厚传感器测量原理相似，是一种利用结冰厚度来推定结冰量的

方法。冰厚传感器采用电极式，利用电极之间的电阻变化量来推测结冰厚度。此

类传感器又有两种类型：①检测到达预设厚度与时刻；②利用电极间电阻值的变

化，连续检测结冰厚度（电极垂直设置在冰盘管表面上）。后者的结构如图1

所示。一般而言，水中含有各种离子，具有一定的导电性能，与此相反，纯净的

冰基本上可以视为绝缘体。故，冰层覆盖电极表面后电极间的电阻值会增加，根

据电阻值的大小计算出冰层厚度。由于水质不同，其电阻值也不同，故在测量时，

需在槽内增设辅助电极，同时测量水的电阻值，以消除水质不同对结冰厚度测量

的影响。

4）凝固点变化

在水溶液冻结过程中，只有溶剂水冻结成冰，而溶质的浓度随着结冰量的增加而

逐渐上升，由此导致溶液的凝固点逐渐下降。故利用温度传感器检测溶液(原文

中为载冷剂“”温)度变化,并利用结冰率与溶液温度的对应关系来测量蓄冰率。由

于只需测量温度,故检测装