冰蓄冷空调技术探讨与应用

冰蓄冷空调技术探讨与应用

从冰蓄冷空调工作的原理，蓄冷方式，系统的流程配置等方面对冰蓄冷空调技术进行了一定的探讨，同时就其在北京周边的华北地区的应用进行了一定的分析。

标签：冰蓄冷空调；蓄冷系统；应用

1 引言

在夏季，我国各省市电力供应紧缺的形势日益严峻，特别是在大城市，白天时空调负荷量很大，在这种情况下，大城市应用蓄冷空调技术便是必不可少的。因为蓄冷空调技术不仅可以很好地转移尖峰用电至低谷用电的时间段，也能在一定程度上改善城市峰谷供电平衡，减少电站新建数量和输配电的损失量，同时，采用蓄冷空调技术也可以起到削峰的作用。现如今大部分的国家都在研究开发区域性蓄冷空调供冷站，冰蓄冷低温送风空调系统，开发新型的蓄冷空调机组等。

2 冰蓄冷空调工作的原理

空调蓄冷的原理就在于其是将电网低谷时间段“便宜能源”储存起来，当处于需要用大量能量的峰值时段时，将事先贮存的冷能释放出来，满足峰值时期负荷的要求。目前，由于各国着力研究空调工程的蓄冷，蓄冷方式种类比较多，如果按贮存冷能的方式来划分的话，则可以分为显热蓄冷和潜热蓄冷。

在夜间，由于电力负荷程度很低，则可以采用电动制冷机制冷，以使水结冰，进而利用冰的相变潜热达到冷量贮存的效果；而当白天电力达到高峰负荷时期时，便可以利用空调在工作时发出的热量将冰释冷，进而在一定程度上满足生产需要。

3 蓄冷常用方式

3.1 水蓄冷系统

水蓄冷系统的工作原理在于利用水的显热进行冷量蓄存，现如今这种方式的主要缺点在于：由于利用的是水显热进行冷量蓄存，但是水的蓄冷密度较低，所以可以利用的温差小，同时冷损耗大。

3.2 冰盘管式蓄冷系统

冰盘管式蓄冷系统的工作原理在于采用载冷剂间接冷却，在冷却的过程中，低温载冷剂将从冷水机组进入盘管内循环，以使得管外的水转化为冰。在释冷这个过程中，将空调系统的回水送入到蓄冰槽中去，与管道外部的冰接触，以使得

冰融化，进而达到制冷的效果。

3.3 冰晶式蓄冷系统

冰晶式蓄冷系统的工作原理在于将水与乙二醇或丙二醇的混合溶液的温度降至冻结点温度以下，以使其产生冰晶。在蓄冷阶段，将冰晶送至蓄冰槽内储存；在释冷阶段，将冰粒与水的混合溶液送至空调，随后将糟内的冰晶融化成水，进而完成释冷循环，达到制冷的效果。

4 蓄冰装置的选择

在选择蓄冰装置时需要考虑到的几方面如下：（1）确定蓄冰系统本身的型式、制冷剂和蓄冰槽的温度情况；（2）应该做到逐时计算蓄冰槽进、出水的温度，以便更好地调节空调的运行；（3）根据现有蓄冰系统本身的型式和一些数据进一步确定蓄冰槽的具体型号和具体台数。

5 流蓄冷空调装置容量确定

在实际中确定蓄冷空调装置容量时，应该充分的考虑制冷机的作用，为了使得制冷主机装机的容量尽可能的小，则应该让其全天处于工作状态。经过不少专家的深入研究，制冷机制冷量可以用如下的公式进行求解：

Q1=Qn1+βn2=24i=1Qin1+βn2

Q2=n2×β×Q1

上述式子中字母的具体含义如下：

Q1—制冷机制冷量（是以空调工况为基点进行计算的）；

Q2—蓄冰槽容量；

n1—白天制冷主机运行的小时数，当制冷机在白天运行时没有以满载的情况运行时，则需要去一个系数，系数的取值范围为（0.8—1）；

n2—夜间制冷主机在蓄冷工况下实际的运行小时数；

β—容量系数，实际指的是制冷机蓄冰工况制冷能力与空调工况制冷能力的比值，一般取决与工况的温度条件和机组型号；

Q—设计日空调总冷负荷；

Qi—空调在第i时刻的冷负荷。

实际中可以利用上述的公式得到制冷主机的最优制冷能力和最优蓄冰槽的容量配套，以便节约开支。

6 冰蓄冷空调系统的流程配置

现如今比较成熟的冰蓄冷空调系统，其一般包含的主要设备有：制冷机组、自动控制系统、蓄冷装置以及板式换热器等。在系统的流程中，可以按照制冷机组与蓄冷装置的相对位置不同而设置为不同的连接，分为并联连接或串联连接。

6.1 制冷机组与蓄冰装置处并联连接

由研究人员的数据表明该流程一般是在供回液温度差约为5℃时使用，该配置方式的特点如下：（1）制冷机组与蓄冷装置的入口溶液温度相同，在设计时为了能够更好的发挥制冷机组和蓄冷装置的效率，入口温度应该适当，一方面不致过低，另一方面也不能过高，而导致增加不必要的费用；（2）鉴于这种配置方式中冷负荷的变化是由制冷机组及蓄冷装置并联分担的，便使得所采用的温度控制及流量分配方法比较复杂；（3）并联流程中，在释冷供冷时，由于溶液泵的运行功率一般较小，所以这种方式可以应用于全量蓄冷运行策略，尤其是作为备用冷源。

6.2 制冷机组与蓄冷装置串联

当制冷机组与蓄冷装置串联连接时，无论是满负荷还是部分负荷运行方式，都可以保持恒定的供冷温度，使得系统可以比较稳定地运行，同时也可以比较容易实现对系统运行的自动控制。经研究表明在大温差及分量蓄冷运行策略时，制冷机组与蓄冷装置串联连接比并联连接更好，更适宜于低温空调的供冷。

7 冰蓄冷空调系统经济评价方法

对于冰蓄冷空调系统经济的评价有多种方法，本文利用比较简单的静态经济评价方法，其对应的评价指标为投资回收期。投资回收期定义为增加的投资费与每年节约的运行费用的比值，冰蓄冷空调系统在投资回收期以后，其每年节省的运行费用即为用户实得经济效益。

（1）冰蓄冷空调系统增加的初投资费用计算公式如下：

w=c-s

述式子中:c表示冰蓄冷空调系统的初投资（元）；

s表示为常规空调系统的初投资（元）；

w表示为冰蓄冷空调系统增加的初投资（元）。

（2）冰蓄冷空调系统整年节省的运行费用计算公式如下：

w1=c1-s1

上述式子中c1表示为冰蓄冷空调系统全年运行总电费（元）；

s1表示为常规空调系统全年运行总电费（元）；

w1表示为冰蓄冷空调系统年运行电费的节省量（元）。

（3）资回收期计算公式如下：

简单静态经济评价方法作为一种最为简单和直观的评价方法，由相关研究人员表明投资回收期少于5年则可以认为其是经济可行的。

8 冰蓄冷空调系统的应用

（1）有效节省运行费用。有相关研究表明当峰谷电电价差达到3∶1时，利用冰蓄冷空调系统可以使得中央空调的投资和运行的综合效益更好。鉴于北京周边一些地区的电价差接近4∶1，冰蓄冷空调系统在该些地区进行了大量的应用研究。冰蓄空调系统在酒店得到了普遍的应用，从得到的数据等分析可知，在六月份至九月份，冰蓄空调系统平段电量比谷段电量少，但是发生在平段电费要比谷段电费多，而在其它的月份中虽然谷段用电量在一定程度上高于平段时的用电量，但是其相应的谷段电费却小于平段电费。酒店冰蓄冷空调工程可以起到不错的“削峰填谷”的作用，大量节省运行费用。

（2）节约电能。年总的开机台时数少于常规系统，而且当夜间蓄冷时，气温降低，冷却效果提高，机组处于高效运转，效率可提高6-8％，但整体来说节约电能还是非常有限。

（3）投资回收。通过资料分析，北京地区冰蓄冷设备投资约增加15-30％，但相应运行费用可节省19-40％，设备规模越大，电价差越大，设备投资增幅越小，节省费用越多，相应投资回收越快，一般冰蓄冷空调比常规空调超出的费用，在3-5年内即可回收。

（4）空调系统工作的可靠性更高。由于夜间已蓄冷，白天在突然停电时，只需较少的动力驱动水泵和末端空调马达，即可维持空调系统供冷，系统运行稳定、安全。

（5）提高了空调的品质，即需即供，供冷速度快。空调空间的温度波动更小，更加提高了空调参数的精度等级和舒适性。

（6）更适用于空调系统的扩容改造，可不增加制冷机组容量而达到增加供