图4，5都是在蓄冰过程中制冷机蒸发温度保持在-8℃条件下得到的。当蒸发温度不同时，冰槽满蓄耗时也不同。图6反映了蒸发温度对于蓄冰周期的影响。由图中可能看出随着蒸发温度的不断上升，冰槽蓄满所需的时间呈指数形式上升。在蒸发温度-8℃附近，若蒸发温度上升1℃，蓄冰周期就增加1h。
图6 不同蒸发温度下冰槽蓄满所用时间 图7 不同盘管间距蓄冰所需时间
以上分析是针对盘管间距为7cm的冰槽而言，在盘管间距不同时冰槽满蓄耗时也不同。在蓄冰总体积不变的条件下，不同盘管间距的冰槽满蓄耗时如图7所示。蓄冰时冰在盘管上连续形成，冰层厚度不断增加，理论上冰蓄满时盘管上冰层厚度即为盘管间距离的一半，所以盘管间距也就反映了冰蓄满时的冰层厚度。当盘管间距较大如9cm时，则间距每缩短10%满蓄耗就可减少1h；而当盘管间距较小如4cm时，则间距每缩短10%满蓄耗时仅减少约15min。盘管间距离越大，其间距的缩短使蓄冰满所花费时间减少得就越多。
由上可知，冰层越薄制冷速率越快。因此当保持制冷机蒸发温度不变、维持冰层较薄时就可以缩短制冷的时间；或者说，当要求冰槽蓄满所用时间不变，维持冰层较薄时就可以使蒸发温度提高和制冷机效率上升，从而减少能耗。
4 再冷式冰蓄冷系统
4．1 再冷式蓄冰系统的设计分析
再冷式蓄冰系统与传统系统的模型储换热分析相似。为了便于比较，对再冷式系统进行模拟计算时所采用的参数（包括制冷机性能、蓄冰槽总蓄冰体积、蓄冰槽总传热面积、载冷剂流量）与传统系统相同。下面从以下几个方面分析。
4．1．1 单个蓄冰槽
再冷式系统蓄冰槽的制冷--脱冰工况在不断切换，因此蓄冰槽的载冷剂进出口温度在两个工况下变化。图8所示的就是制冷机蒸发温度在-6℃时，蓄冰槽一个循环周期内冰槽载冷剂进出口温度的变化。在整个蓄冰过程由制冷机制冷周期不断循环且每个循环均很相似，所以用一个循环就可以代表整个蓄冰过程冰槽载冷剂进出口温度的变化。
图8 蓄冰槽入口及出口温度随时状态的变化
当冰槽处于制冷过程和脱冰过程时，蓄冰槽内分别流通的是经蒸发器冷却的载冷剂和经再冷器加热过的载冷剂。从图8中看到蓄冰过程冰槽载冷剂入口温度低于出口温度，冰槽在制冰。而脱冰过程冰槽载冷剂入口温度高于出口温度，载冷剂放出热量进行融冰。
如何确定通过再冷器的载冷剂流量是很重要的。因为若将流量设计得较小会导致融化冰的热量不够，而使在脱冰期内冰无从蓄冰介质表面上脱离，这样就会严重影响下一个循环的制冰过程。而若流量设计得过大，则会导致泵耗的增大和能源的浪费。
图9 冰槽内蓄冰最随时间变化图
图9所示的是整个蓄冰过程中蓄冰率的变化。由图中显见整个蓄冰过程的蓄冰率呈波浪型上升，每个波浪的上升部分对应的即是制冷过程，而下降的部分即是脱冰过程，蓄冰过程是在制冷机蒸发温度为-6℃的条件下完成的，比静态蓄冰系统蒸发温度提高了2℃。查R12的 lgp-h图，夜间制冷机的效率提高了7%左右。
4．1．2 循环周期的选择
循环周期是指蓄冰槽完成一个制冷和脱冰周期所需的时间。当选择循环周期时，首先要考虑处于脱冰工况时的时间是否满足使冰脱落的条件。当计算得到冰脱落所需的时间后，可将脱冰的时间选择比需要的稍微长一些。所有蓄冰槽都是循环脱冰，为控制简便，将每一个蓄冰槽的脱冰循环周期都设计为相同。一般只有一个蓄冰槽在脱冰，则一个蓄冰槽的制冰时间就是其它蓄冰槽脱冰时间之和。例如图1所示系统有5个蓄冰槽，每个蓄冰槽制冰板上冰层平均厚度 融化掉1mm即可视为脱冰。再冷器所释放的热量使1个蓄冰槽脱冰的时间为12min，则可选择脱冰阶段为15min，制冷阶段为60min，这个蓄冰槽的循环周期为75min。
4．1．3 蓄冰槽的个数
蓄冰槽的个数会影响再冷式系统的能耗的节省。图1所示的系统有5个蓄冰槽，总面积与传统蓄冰系统中的蓄冰槽总面积相同。因为在蓄冰的每一时刻均有4个蓄冰槽在制冷而一个蓄冰槽在脱冰，制冷机的蒸发器就对应了蓄冰槽总面积的4/5，充分地利用了蓄冰槽的面积。而若此系统仅有两个蓄冰槽的时候，那么必然一个蓄冰槽制冷另一个脱冰，制冷机就仅仅对应蓄冰槽总面积的1/2，蓄冰槽没有被充分利用，从而会使制冷机的出力不足而减慢蓄冰速度。
选取多个蓄冰槽对缩短制冷周期有很大的好处。但过多的蓄冰槽将增加设备的投资，而且每增加一个蓄冰槽就需增加4个阀门，会使控制更为复杂而不利于此系统的应用。所以再冷式系统蓄冰槽的选取应视情况而定，在蓄冰槽总面积不变的条件下，出于节约初投资的考虑就可以选取2个蓄冰槽，节能效果略差，只提高5左右。而若出于节能的考虑就可以选择多个蓄冰槽。
4．2 取冷方案的选择
以上分析了提高蓄冰时制冷机效率的办法。而若选择适当的取冷方案，则可以进一步提高制冷机的效率。最佳的取冷方案是当开始取冷时，采用传统的取冷方式进行取冷，而当释冰过程结束水池内的温度上升至0℃以上后，再采用从再冷器取冷的方式。
以图1中的蓄冰槽1（制冷介质浸在水中）为例，所谓的传统取冷方式是将阀门（1，2，3，23打开，阀门21关闭，载冷剂经过制冷机和蓄冰槽后将制冷机制得的冷量和蓄冰槽释放出的冷量直接通过换热器供给用户。再冷器取冷是将阀门2，3关闭而将阀门1，4打开，这样流过蓄冰槽的载冷剂就只经过再冷器，并将蓄冰槽内剩余的冷量传递给再冷器。同时阀门23，21均打开，制冷机直接向用户供冷而不通过蓄冰槽。
再冷器取冷方式可以一直运行到水池内的温度上升至20～25℃无法再进行冷却为止。通过使用再冷器取冷的方式可以利用蓄冰槽内剩余的冷水来提高制冷机白天的制冷效率。而到了夜间，制冷机首先冷却蓄冰槽内的水到0℃，然后再把蒸发温度降到较低的温度制冰。
这种方案的优点在于可以充分利用蓄冰槽。它不仅利用冰的相变热蓄冷，而且利用水的显热蓄冷。由于夜间对蓄冰槽内的水进行冷却时制冷机的蒸发温度在0℃左右，且这时的室外温度较低，就使制冷机的制冷效率与白天正常制冷时大致相当。把这部分折合到夜间的制冷机运行里，就相当于将制冷机的效率又提高了5%～10%。
5 总结
与传统蓄冰系统相比再冷式蓄冰系统可减少运行能耗。它的优势是由于制冰介质上的冰达到一定厚度后就会脱离，所以使制冰介质上的冰不会增加到较大的厚度而减少冰层热阻对蓄冰的影响。同时比起传统的动态蓄冰系统，它在融冰时没有消耗掉任何的能量，这样就为减少运行能耗打下了良好的基础。再冷式系统中制冷机夜间的COP提高7%左右，再加上采用良好的取冷方案COP提高的7%，再冷式系统可有效地提高COP14%左右，从而达到良好的节能效果。虽然这种蓄冰系统复杂一些，初投资高于传统的冰蓄冷系统，但从节能的角度分析，仍具有研究价值。
1 章熙民，主编，传热学，北京：中国建筑工业出版社，1993。
2 张寅平，邱国亻全，冰蓄冷研究的现状与发展，暖通空调，1997，27（27）。
3 彦启森，主编，空气调节用制冷技术，北京：中国建筑工业出版社，1984。
4 Chen Zeshao, Cheng Wenloung, Ito Takehiro. A new scheme of air-conditioning with cold storage by water through the method of super-cooling refrigerant. In: 1997 China-Japan Joint Symposium on Advanced Energy and transportation Engineering, Huangshan City, China. 1997.
5 Zhu Yingqiu, Zhang Yinping, Jiang Yi. Thermal storage and heat transfer in phase change material outside a circular tube with axial variation of the heat transfer fluid temperature. Journal of Solar Energy Engineering, Transactions of the ASME, 1999, 121 (3): 145-149.
