1.1 水蓄冷
水蓄冷是采用水作为蓄冷介质，利用水在不同温度下具有不同显热量的特性蓄冷。蓄存的冷量取决于蓄冷槽储存冷水的数量和蓄冷温差。因此，水蓄冷最适合大温差供水的空调系统，这将大大增加蓄冷量。

1.1.1 水蓄冷的冷   水机组
由于水在 4°C 时的密度最大，有利于自然分层，因此可以采用常规冷水机组，直接制取 4C 的冷水来储存。也可以采用两台常规冷水机组串联，分两段将冷水降低到 4"C ，以此来提高机组的制冷效率。

1.1.2 水的蓄冷量计算

采用消防水池水蓄冷

蓄冷水槽有多种形式，如 : 水平串联式、水平并联式，但是以重力自然分层的形式蓄冷的效率最高，应用最多，下面的介绍均为自然分层式。

在民用建筑中常常是利用消防水池来做水蓄冷，这样就不需增加多少投资，比较适合蓄冷量不太大的工程，如酒店等，利用部分机组来承担夜间负荷，同时用另部分机组在夜晚低谷电价时来做水蓄冷。
利用消防水池来做水蓄冷需要在设计之初与给排水专业充分沟通，使得消防水池的形状、容量在满足消防要求的同时，也能方便于蓄冷的使用。这种蓄冷最有利的方式是采用自然温度分层。而多水池水平水平串联法、迷宫法及折流法，由于要增加水池内部分隔等措施，增加工程的造价和复杂性，在新建工程中不建议采用。

采用自然分层式水蓄冷，要求水池的面积与体积之比越小越好，    也就是搜间以心，或者通过分隔成几个水池，使每个水池变得瘦高。同时，水池内的水面净高要大于 5m 。水池最好是在冷水机组的上一层，这样蓄冷时冷水机组的蒸发器始终为满水状态，从而形成一个以水池定压的蓄冷循环系统。 在水池内部，通过设置上、下两个完全相同的布水器来控制水流，避免冷热水掺混。下布水器距池底的距离与上部水器距水面的距离相等。

斜温层

在水池底部的冷水与上部的温水之间，由于温差导热会形成温度过渡层，即斜温层 ( 见图 5-1) ，一般在 0.3 ~ 0.5m, 保证斜温层的稳定，能够防止冷温水的混合。为此，要沿高度方向设置多个间距小于或等于 0.3m 的温度传感器，来监控水温的变化。

工作原理 如图 5-2 所示的采用消防水池的水蓄冷系统，蓄冷时，冷水机组制取冷水直接送人水池，由于水在 4"C 时的密度最大，有利于自然分层，因此，冷水机组出水温度一般采用 4 ℃。 蓄冷时，低温水由下部的布水器进人水池，高温水由上部的布水器流出水池。释冷时，低温水由下部的布水器流出水池，高温水由上部的布水器进入水池。因此，需要一个转换阀组来实现这一转换。

联合供冷时，蓄冷水池与冷水机组一般采用并联的方式运行，而不采用串联的方式。因为如果采用主机下游的串联方式，主机会因为进水温度较低而效率降低。如采用主机上游的串联方式，电于水池出水温度不易稳定，从而导致系统供水温度不稳定。 释冷时，水池内 4C 冷水通过板式换热器交换成 7°C /12'C 的冷水，进入分集水器。如果有冬季内区冷负荷，该板式换热器可与冬季冷却塔供冷的板式换热器共用，设计时，分别计算两种板式换热器的面积，取其最大值。

蓄冷时，当 T≈4"C 时，蓄冷结束。 释冷时，释冷泵根据板式换热器二次侧出水温度变频运行，保证出水温度恒定在当释冷泵以最高转速运行时，如果出水温度高于 7C ，则释冷结束。

各种运行模式下设备、阀门状态如表 5-1 所示。

4. 消防水池水的保温    由于水池 - 般要求与建筑主体结构脱开，因此可花李池大印鸟程体的之周楼层挤塑聚苯板作为水池底部的外保温。   挤塑聚苯板是由聚苯乙烯树脂及其他添加剂，经挤压过程制造出的拥有连续均匀表层及闭孔式蜂窝结构的板材，这些蜂窝结构的厚板，完全不会出现空隙，同时拥有较低的导热系数 [ 仅为 0.028W/(M.K)] 和经久不衰的优良保温和抗压性能，抗压强度可达 220 ~ 500kP( 22 ~ 50t/m2) 。 水池的侧壁保温可采用普通的防火外墙保温做法。

5.布水器
布水器必须保证能够形成一个冷、温水混合程度最小的斜温层，还要保证斜温层不被以后发生的扰动所破坏，因此无论是在蓄冷还是在释冷过程中，水的流动都应以密度差为动力，而尽可能防止惯性力的影响。为此需要控制进水雷诺数在Re=400 ~ 800。

上部温水的布水器的进、出水孔应朝上，    下部冷水的布水器的进、出水孔应朝下，考虑到造价和防腐的要求，目前一般采用工程塑料管上钻孔，孔的流速应小于或等于 0.3m/s, 由于消防水池一般为矩形或方形，因此，布水器般采用 H 形布局 ( 见图 5-3 )

 6. 消防水池水蓄冷的注意事项
  (1) 消防水池一般在地下，    空调冷水系统定压高度远高于水池，在空调与蓄冷转换时，电动阀门的严密性很重要，否则，冷水就会漏到水池后而溢流掉。

(2)工程中，为了防止池水变质，给排水专业经常将会将消防水池内的水设计成冷却塔的补水，但在消防水池水蓄冷工程中就应避免这样的设计。水池的液位监控及补水、溢水由给排水专业设计。

采用水蓄冷的区域供冷

场地宽裕的项目可采用水蓄冷作为区域供冷，如某机场航站区采用水蓄冷的制冷站，采用 4 个蓄冷水罐，单罐水容积达 13800m3; ，罐体有效直径 26.5m, 有效高度 25.1m 。总蓄冷量可达 50.8 万 kWh, 工程造价远比同等规模的冰蓄冷低得多。由于蓄冷罐较高，水罐一般也兼作区域供冷一次侧的定   压补水膨胀水箱。

1. 采用两级泵的水蓄冷区域供冷系统 基于与消防水池蓄冷同样的原因，在联合供冷时，蓄冷罐与主机采用并联运行的方式。图 5-4 为采用大温差的水蓄冷区域供冷原理图，该项目采用两级泵系统，一级泵为定频泵，其扬程用来克服冷冻机房内及室外管网的阻力。 =  级泵为变频泵，其扬程用来克服末端用户内部阻力，根据末端用户室内管网供回水压差 OP 变频运行，保证室内管网压差恒定。蓄冷泵仅克服蓄冷罐的阻力。 该系统最大的特点是在夜晚低谷电、冷负荷较低时，可以实现边供冷边蓄冷，省去了机载主机，使系统得以简化。

蓄冷工况下，当 T≈4C 时，蓄冷结束。

联合供冷时，以释冷优先，释冷泵以工频额定转速运行，如果出水温度 T 高于 4C ，则释冷结束。 蓄冷罐单独供冷时，释冷泵根据远端最不利环路供回水压差 △ P2 调节转速，保证远端最不利环路供回水之间压差恒定。 △ P2   压差传感器应在各建筑人口设置，以便当某 - 建筑的空调系统关闭时，自控系统根据预先编好的程序重新选择确定最不利环路。 液位计的低水位信号、高水位信号分别控制补水泵的启动和停止。

各种运行模式下设备、阀广 ] 状态如表 5-2 所示。

二级泵系统管网的水压图如图 5-5 所示。

2. 采用三级泵的水   蓄冷区域供冷系统
当外网较长，阻力较大，该项目可以采用三级泵系统，如图 5-6 所示。
一级泵为定频泵，   其扬程用来克服冷水机房的阻力。

二级泵为变频泵，其扬程用来克服室外管网的阻力。二级泵的控制方法有如下 : 二级泵为变频泵根据远端最不利环路供回水压差 AP, 调节转速，保证供回水水之间的压差恒定。 AP, 压差传感器应在各个栋建筑人口设置，以便当某一建筑的空调系统关闭时，自控系统根据预先编好的程序重新选择确定最不利环路。

三级泵为变频泵，其扬程用来克服末端用户内部阻力，根据室内管网供回水压差 AP 变频运行，保证室内管网压差恒定。

蓄冷泵、释冷泵仅克服蓄冷罐的阻力。
该系统同样可以在夜晚低谷电、冷负荷较低时，实现边供冷边蓄冷。蓄冷工况下，当 T≈4C 时，蓄冷结束。
联合供冷时，以释冷优先，释冷泵以工频额定转速运行，如果出水温度 To 高于 4C  则释冷结束。
蓄冷罐单独供冷时，释冷泵根据回水温度 t 与设定值的差值，经 PID 运算后，调节变频器的频率，保证回水温度恒定，避免低温水回到蓄冷罐内。
蓄冷罐内液位计的低水位信号、高水位信号分别控制补水泵的启动和停止。三级泵系统管网的水压图如图 5-7 所示。

3. 采用一 - 次泵变流量的水蓄冷区域供冷系统
当室外管网阻力不大时可以采用一次泵变流量系统，这样可以使系统大大的简化，如果末端是高层用户，应采用分隔板式换热器进行换热，如图 5-8 所示。蓄冷时电动蝶阀 V1 开启，释冷时 V1 关闭。供冷时，变频冷水泵根据远端最不利环路供回水压差 NP2 调节转速，保证供回水之间压差恒定。释冷时，释冷泵同样根据供回水压差 △ P2 调节转速， 保证管网远端最不利环路供回水之间压差恒定。 AP2 压差传感器应在各建筑人口设置，以便当某 - 建筑的空调系统关闭时，自控系统预先编好的程序重新选择确定最不利环路。同时，各机组蒸发器进出口之间设置压差传感器 ap, 通过 AP 来监测蒸发器的最小流量，当达到最小流量时，开启 VT1, 调节旁通流量，使蒸发器的流量始终大于等于最小流量。为了防止蓄冷时布水器流速超出限值，在蓄冷管路上设置动态流量平衡阀，保证流量恒定。

       一 - 次泵变流量系统管网的水压图如图 5-9 所示。

4. 蓄冷水罐 蓄冷水罐采用温度分层法，控制释冷及蓄冷时罐中水流平稳，避免罐内水流无序扰动，最大限度减小斜温层厚度。 水流分配系统技术要求 : 在罐顶和罐底设置水流分配系统，并确保水流到达各水流分配口时流速和流量的稳定、均匀。水流分配系统各水流分配口的流速不大于蓄冷规范要求，进口雷诺数 Re 在 240 ~ 850 之间，流速均匀并小于 0.3m/s, 水流分配系统所用的材料必须采取必要的防腐措施。 超大型蓄冷水罐为完整产品，其技术性能指标须整体设计、制作及安装。罐体设计应满足《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》 GB 50341- -2014  的要求。 蓄冷罐及其组件包括 : 罐底、罐壁、罐顶、笼式直梯、操作平台、   防滑条 ( 罐顶的通气孔、测温孔、人孔及其准修通道 ). 进出水孔、罐顶栏杆及平台、排污管、补水管、人孔抗风圈、罐体立柱、罐体保温、被位计、双组温感探头 ( 每组间隔 .5m) 航空指示灯等。 罐体保冷设计要保证冷量损失最大不超过日。雄体保温 : 耆冷水罐体外保温采用聚区酯现场发泡，保温展度不低 2 的形蓄冷量的 5% 。外保护层采用 0.8mm 厚瓦楞彩 色钢板，并考虑罐底的绝热设计。

  防腐措施 : 罐内壁采用两道环氧防锈漆，    蓄水罐附件、直梯、栏杆等栏杆、两平台等预制钢构件加后采取油来环氧键够处理。的防腐为二底二面， 即二道防锈底漆，二道银粉面漆。

数据中心的水蓄冷

   高安全等级数据中心的水蓄冷与常规的水蓄冷完全不同，它是以保证安全为目的而不是以节省运行电费为目的。当市电出现故障，柴油发电机启动之前，稀冷泵、机房肉的不温恒湿空湖的风机由 uUPS  供电，蓄冷罐保证在最大负荷下持续供冷 1Smn, 由于要求程 2 速率非常高，一般的静   态冰蓄冷系统都无法满足这一一要求。 在图 5-10 中，数据中心的制冷系统为一级泵冷源侧变流量系统，该系统提供 12C /18C 的空调冷水，为了保证水系统的高可靠性，冷水系统为环状管网，能够保证在单点故障时系统能够正常运行。蓄冷水罐兼作定压补水膨胀水箱。系统不是在夜晚低谷电时蓄冷，而是时刻准备着蓄冷和释冷。   当蓄冷罐内竖向水温最高与最低相差 1C 时，机组开始蓄冷。蓄冷时，开启阀门 V1, 当罐内竖向温度均达到 12C 时，蓄冷自动停止，关闭阀门 V1 。供冷时，变频冷水泵根据供回水压差 △ P2 调节转速，保证供回水之间压差恒定。释冷时，释冷泵同样根据供回水压差 AP2 调节转速，保证供回水之间压差恒定。同时，各机组蒸发器进出口之间设置压差传感器 △ P, 通过 AP, 来监测蒸发器的最小流量，当达到最小流量时，开启 VT1, 调节旁通流量，使蒸发器的流量始终大于等于最小流量。

提高水蓄冷效率的方法

提高水蓄冷的效率，就是在一一个确定的水槽容积下，   提高其蓄冷量和释冷量，一般可以从以下几个方面着手 :
1. 由式 (5-1) 可知 : 加大水槽的供回水温差，可以显著提高蓄冷量，这就要求空调末端系统采用大温差技术。

2. 采用瘦高型水槽，提高水槽的完善度，在水槽内部会存在一一   些死水区，这部分水占据了水槽的容积却不参与换热，如图 5-11 所示，上布水器距水面的空间、下布水器距池底的空间、两个出水孔之间的区域、斜温层的区域。毫无疑问，当水槽为瘦高型时，上述区   域的体积会大量减少。
3. 采用高效的布水器，进一步提高水槽的完善度。
4. 释冷泵采用变频泵，避免出现大流量小温差的运行工况，从而导致回水温度降低。