冰蓄冷系统技术总结

冰蓄冷系统技术总结

第一讲应用概念

一、冰蓄冷空调

“冰蓄冷空调”一词大家都一目了解，英文为‘ICE STORAGE’，日文为[冰蓄热]，狭义的定义为[制冰蓄冷]的冷气系统。早期称谓[COOL STORAGE（蓄冷）]，此包含了[制冷水蓄冷]的冷气系统。但在寒带国家降了[蓄冷]外，还要[蓄热]，因此，广义的用语为[THERMAL （ENERGY）STORAGE AIR CONDITIONING SYSTEM （缩写为TES）]，可译为[蓄能式空调系统]。对于南方地区仅有夏季（冷气）电力过载的困扰，仅需[蓄冰空调]。

二、关于蓄冷系统的计量

在常规的空调系统设计时，冷负荷是按照计算出建筑物所需要的多少“冷吨”、“千瓦”、“大卡/时”来计量，但是蓄冰系统是用“冷吨·小时”、“千瓦·小时”、“大卡”来计量。

图1-1代表100冷吨维持10小时冷却的一个理论上的冷负荷，也就是一个1000“冷吨·小时”的冷负荷。图上100个方格中的每一格是代表10“冷吨·小时”。

事实上，建筑物的空调系统在全日的制冷周期中是不可能都以100%的容量运行的。空调负荷的高峰出现多数是在下午2：00--4：00之间，此时室外环境温度最高。图1-2代表了一幢典型大楼空调系统一个设计工作日中的负荷曲线。

如图可知，100冷吨冷水机组的全部制冷能力在10个小时的“制冷周期”中只有2个小时，在其它8个小时中，冷水机组只在“部分负荷”里操作，如果你数一数小方格的话，你会得到总数为75个方格，每一格代表10“冷吨·小时”，所以此建筑物的实际冷负荷为750“冷吨·小时”，但是常规的空调系统必须选用100冷吨的冷水机组来应付100冷吨的“峰值冷负荷”。

三、冷水机组的“参差率”

定义的“参差率”为实际“冷负荷”与“冷水机组的总制冷潜力”之比，即：

参差率（%）=（实际冷吨·小时数/总的冷吨·小时潜力）

*100%=750/1000*100

因此该冷水机组的“参差率”为75%，也就是冷水机组能提供1000“冷吨·小时”，而空调系统只要用750“冷吨·小时”。低的“参差率”，则系统的投资亦低。

将建筑物总的“冷吨·小时”被“制冷机工作小时”数除而得到的商，即为大楼在整个“制冷周期”中平均负荷。如果可以将空调负荷转移到峰值以外的时间去，或者与平均负荷相平衡，则只需选用较小制冷能力的冷水机组即可达到100%的参差率，而导致较好的投资效率。

四、全部蓄能与部分蓄能

采用蓄冷系统时，有两种负荷管理策略可考虑。当电费价格在不同时间里有差别时，我们可以将全部负荷转移到廉价电费的时间里运行。可选用一台能蓄存足够能量的传统冷水机组，将整个负荷转移到高峰以外的时间去，这称之为“全部蓄能系统”。图1-3表示了同一建筑物空调负荷的曲线，是采用了将全部冷负荷转移到“峰值时间”以外的14个小时中，冷水机组在夜间在蓄冷装置中进行制冷蓄冰。然后在白天将蓄存在0o C冰中的能量作为所要求的750“冷吨·小时”的制冷量用。平均负荷已进一步减少到53.6冷吨（750冷吨·小时/14=53.6冷吨），这导致大大地减少耗电量费用。

这种方式常常用于改建工程中利用原有的冷水机组，只需加设蓄冷设备和有关的辅助装置，但需注意原有冷水机组是否适用于冰蓄冷系统。这种方式也适用于特殊建筑物，需要瞬时大量释冷，如体育馆建筑物。

在新建的建筑中，部分蓄能系统是最实用的，也是一种投资有效的负荷管理策略。在这种负荷均衡的方法中，冷水机组连续运行，它在夜间用来制冷蓄存，在白天利用蓄存的制冷量为建筑物提供制冷。将运行时数从14小时扩展到24小时，可以得到最低的平均负荷（750冷吨·小时/24=31.25冷吨），如图1-4所示。需电量费用大大地减少，而是冷水机组的制冷能力也可减少50-60%或者更多一些。

五、蓄冰率

蓄冰率一般英文简写为IPF（ICE PACKING FACTOR），即蓄冰槽内制冰容积与蓄冰槽容积之比值。

IPF=蓄冰槽内制冰容积M3/蓄冰槽容积M3*100% （日本冷冻协会）一般用它来决定蓄冰槽的大小。目前各种蓄冰设备，其IPF约在20-70%范围内。

另一称之为制冰率，其英文简写也为IPF，即蓄冰槽中水的最大制冰量与全水量（槽中充水的容积）之比值。

IPF=槽中水的最大制冰量kg/全水量

kg*100% (日本电力空调研究会）

通过它可了解结冰多少，有的蓄冰设备，此值可达90%以上。

应注意，国外两个定义都用IPF表示。各种冰蓄冷设备的两种蓄冰率数据见表1-1。

表1-1 冰蓄冷设备的蓄冰率

美国多以Void(Space)Ratio[无效（空间）比]来表示，故蓄冰率

IPF=1-Void Ratio.

六、融冰能力 DISCHARGE CAPACITY

蓄冰槽中之冰，实际可溶解而用于空调的蓄冷量。

七、融冰效率 DISCHARGE EFFICIENCY

实际可用于应付空调负荷之[融冰能量]除以[总蓄冰能量]之值。

八、蓄冷效率 STORAGE（THERMAL）EFFICIENCY

指实际可用于应付空负荷之[融冰能量]除以[用以制冰蓄冷的能量]之值。此值与融冰效率不同，但有时蓄冷效率也定义为融冰效率。

九、过冷现象 SUPER COOLING

指超过流体的冻结点而仍不冻结的现象。例如：纯水的冻结点为0o C，但水温需先降至-7o C左右，才会形成[冰核]再冻结成冰，（一般水之过冷现象约为-5o C，此现象将增加制冰初期的耗能量。）如图1-5所示。如要设法提高成核温度，减少过冷度，就要添加成核剂，但使用不同的成核剂配方，效果也各不相同。有些单位在研究和试验。

十、蓄冷介质比较

表1-2

注：1RTH=12670KJ=3.516KWH=3024Kcal。

对于水蓄冷来说，如果加大蓄冷温度（如12o C-4o C水，Δt=8o C),就提高了蓄冷密度，则蓄冷水池的体积就可减少（这时第1000RTH需360M3）。

对于冰蓄冷来说，占有空间的大小，与蓄冰设备的构造和蓄冰率（IPF）的大小有密切关系，考虑桶和热交换设备占有的空间，每1000RTH需占有空间体积比全部是冰占有35.3M3的体积要大得多。

第二讲冰蓄冷设备

一、分类

美国制冷工业协会（ARI）1994年出版的《蓄冷设备热性能指南》将蓄冷设备广义地分为显热式蓄冷和潜热式蓄冷，见表2-1。

表2-1

*注：载冷剂一般为乙烯乙二醇水溶液。

最常用的蓄冷介质是水、冰和其他相变材料，不同蓄冷介质具有不同的单位体积蓄冷能力和不同的蓄冷温度。

二、冰盘管式（ICE-ON-COIL）

冷媒盘管式（REFRIGERANT ICE-ON COIL）

外融冰系统（EXTERNAL MELT ICE-ON COIL STORAGE SYSTEMS）

该系统也称直接蒸发式蓄冷系统，其制冷系统的蒸发器直接放入蓄冷槽内，冰结在蒸发器盘管上。