探讨蓄冷系统的设计及运行优化控制技术

探讨蓄冷系统的设计及运行优化控制技术

摘要：随着我国经济的不断发展，人们对居住及生活的舒适程度的要求也越为

越高，而空调蓄冷系统的设计使得人们在享受舒适环境的同时，也降低了电

力的使用成本。本文就通过空调蓄冷系统的设计及运行时的优化控制技术两个方

面对空调的蓄冷系统进行了分析。

关键词：蓄冷系统；设计；运行；优化控制

空调蓄冷技术，是在电力负荷很低的夜间用电低谷，采用电动制冷机制冷，

使蓄冰介质结成冰，利用蓄冷介质的显热及潜热特性，将冷量储存起来。在

电力负荷较高的白天，也是用电高峰期，使蓄冷介质融冰，把储存的冷量释放出

来以满足建筑物空调或生产工艺的需要。这样不仅实现了电力的“移峰填谷”，加强了电网负荷侧的管理，同时也大大提高了空调的制冷效果。以下我们就对蓄

冷系统的设计及运行时的优化控制技术进行分析。

1 蓄冷系统的设计

1.1 空调负荷的计算

采用“冷负荷系数法”，计算出围护设备、照明、结构及补充新风的逐时冷负

荷（每天24小时的逐时冷负荷），并提供准确的设计典型日负荷曲线。

1.2 蓄冰流程的选择

蓄冰空调系统在运行过程中制冷机可有两种运行工况，即蓄冰工况和放冷工况。在蓄冰工况时，经制冷机冷却的低温乙二醇溶液进入蓄冰槽的蓄冰换热

器内，将蓄冰槽内静止的水冷却并冻结成冰，当蓄冰过程完成时，整个蓄冰设备

的水将基本完全冻结。融冰时，经板式换热器换热后的系统回流温热乙二醇

溶液进入蓄冰换热器，将乙二醇溶液温度降低，再送回负荷端满足空调冷负荷的

需要。乙二醇溶液系统的流程有两种：并联流程和串联流程。并联流程：这

种流程中制冷机与蓄冰罐在系统中处于并联位置，当最大负荷时，可以联合供冷。同时该流程可以蓄冷、蓄冷并供冷、单溶冰供冷、冷机直接供冷等。串联流程：即制冷机与蓄冰罐在流程中处于串联位置，以一套循环泵维持系统内的

流量与压力，供应空调所需的基本负荷。串联流程配置适当自控，也可实现

各种工况的切换。其中并联流程在发挥制冷机与蓄冰罐的放冷能力方面均衡

性较好，夜间蓄冷时只需开启功率较小的初级泵运行，蓄冷时更节能，运行灵活。串联流程系统较简单，放冷恒定，适合于较小的工程和大温差供冷系统。

1.3 蓄冷主机的选择

使用所选择的蓄冷模式确定的蓄冷主机的容量。全蓄冷式在用电高峰期的总

冷负荷的都是有蓄冷主机提供，需要蓄冷主机的功率大。而局部蓄冷式是一

个容量小，同时也要充分考虑和分析蓄冷比例。较大的蓄冷主机，具有运行成本

高等特点，而较小的蓄冷比，那么蓄冷的优势不明显。所以，采用合适的蓄

冷比，最终会达到节能的最佳投资效果的。一般来说，最佳的在30%～70%。在

冰蓄冷空调系统设计的时候，要掌握在制冷机组在不同的情况运行的制冷量

的变化；制冷机容量也应该采取考虑5%～10%的剩余量。

1.4 蓄冰装置的选择

采用所选蓄冰主机容量和蓄冷比，根据以下计算式计算蓄冰装置的容量：

Q=Q×n×β

上式中：Q——为蓄冰装置容量，KW•h；

Q——为空调工况下主机容量，KW；

n——为蓄冰小时数；

β——为蓄冷比。

2 蓄冷系统的运行优化控制

2.1 冷却水系统的控制

根据主机（基载主机和双工况主机）的开启状态开启相应的冷却水泵，冷却

水泵、主机、冷却塔和电动阀门形成联锁。同时，通过电动阀门调节，冷却

水泵、主机和冷却塔能互为备用，即当其中二种设备同时发生故障时，可以自动

开起非对应的设备，通过阀门自动切换所需的工作回路。根据冷却水的回水

温度（冷凝器的进水温度）调节冷却塔风机、台数控制及冷却水旁通控制，以保

证冷却水的回水温度不低于主机所要求的最低冷却水供水温度，同时尽可能

使冷却水回水温度降低，以提高主机的制冷效率。

2.2 整个系统的控制与监视

2.2.1 系统的启停顺序控制

系统的启停顺序除考虑设备的保护外，还应充分利用主机停机后管道系统中

的冷量。主机，如果主机需要开启，则力求使主机处于满负荷运行状态，同

时当天冰必须能全部用完；同时以末端空调冷负荷。

开启顺序：阀门调节到相应的工况状态—冷却水泵—冷却塔—冷却水泵—（基载主机）—乙二醇泵—双工况主机。

停机顺序：双工况主机（基载主机）—冷却塔—冷却水泵—乙二醇泵—冷冻水泵。以上括号内的设备表示如果该设备需要开启，可在此阶段开启。系统的

启停顺序以及时间间隔在自控程序中编制完成，自控系统的实际操作中可以做到

根据工况预测开机。

2.2.2 系统运行模式的控制

储冰制冷系统的运行模式通常有三种：主机优先，融冰优先，优化控制。其中，融冰由现在负荷预测技术成熟后不再采用。系统运行模式的控制必须结

合优化控制软件，根据优化软件的判断结果调整系统的运行状态。

主机优先：在设计日工况下（冷负荷大），采用主机优先的模式，冷负荷高

峰时段内主机的容量不能满足冷负荷需求，通过融冰来补充能量。这时主机

在空调制冷工况下运行，满足部分冷负荷的需要，其他的冷负荷有融冰满足。

优化控制：优化控制的目标就是把有限的蓄冰量用在电价最高的时候，但在

一天必须把前一天夜间的制冰量用完。当空调负荷减小到某一数值时（测试

时寻找），当建筑负荷相对较大，储冰空调系统按优化控制方式进行，控制系统

根据当天的预测性负荷图来决定当天的运行策略，即每小时主机和融冰各自

所承担的负荷如何分配，尽量不开主机，如果主机需要开启，则力求使主机处于

满负荷运行状态，同时当天冰必须能全部用完；同时以末端空调冷负荷、主

机的出口温度、主机的部分负荷性能指标、电力高峰平峰时段分布来决定当天的

那一时段开启或关闭部分制冷主机，使主机的耗电量与水泵的总耗电量达到

最小。

当系统尚不能全融冰供冷即必须开启一台或多台主机补充冷量时，控制系统

根据测出的末端负荷（流量和冷冻水供回水温差的函数），判断出主机开启

的最少台数，使必须运行的主机尽可能在高负荷率下工作，提高整个系统的功率。避免所有主机都在低负载率下以很低的效率运行，造成系统效率降低。

2.2.3 板换的防冻保护

板换冻结的原因是系统处于制冰供况时，板换乙二醇侧的阀门关闭不严，低