冰蓄冷空调技术的浅析

冰蓄冷空调技术的浅析
本文通过对冰蓄冷空调技术在我国发展的现状、形式及自身优缺点分析，结合我国国情及实际情况，得出未来冰蓄冷空调技术在我国的发展方向及研究方向。

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一、冰蓄冷空调系统简介
冰蓄冷空调系统其实质是制冷主机在夜间用电低谷时间制冷，并由蓄冷设备将冷量储存起来，在白天用电高峰或冷负荷高峰时间再将冷量释放出来，为空调提供冷量，以达到降温的目的，对实现经济、能源和环境的协调发展具有十分重要的意义。

二、常见类型
1.冰蓄冷空调系统技术按是否使用载冷剂分为直接蒸发制冷和间接蒸发制冷直接蒸发制冷又按照制冷装置有无运动部件分为静态制冰和动态制冰两种。

静态制冰是指制冰的制备和融化在同一位置，蓄冰设备和制冰设备部件为一体结构。

动态制冰是指制冰的制备和融化不在同一位置，制冰机和蓄冰槽相对独立。

2.在盘管式冰蓄冷技术中，由金属或导热塑料制成的盘管置于蓄冰槽中盘管之间充满蓄冷介质水/冰。

在蓄冷运行时，经制冷主机冷却到0℃以下的不冻液流经盘管内部，从而逐渐将管外的水冻结成冰，实现蓄冷。

放冷运行时，流经盘管内部的不冻液把冰融化所释放的冷量带出以供空调末端，实现放冷。

3.按照融冰方式的不同，又分为外融式冰蓄冷系统、内融式冰蓄冷系统、封装冰蓄冷系统和冰晶式蓄冷系统
3.1外融冰式蓄冷系统是制冷系统的蒸发器直接放在蓄冰槽内。

蓄冷时，制冷剂在蒸发器盘管内流过，吸收槽中水的热量，直至盘管外表面形成冰层。

盘管外蓄冰过程中，开始冰层较薄，传热过程快，随着冰层上处于饱和状态，自动停止蓄冰过程，保护机组安全。

释放时，从空调或工艺设备回流的冷冻水进入蓄冷槽，將蒸发盘管外表面的冰融化成温度较低的冷冻水，经换热设备将冷量送入空调系统，或充冷温度为-4℃～-9℃。

为了防止槽内盘管表面冻结不均匀，用压缩空气向槽内鼓泡，加强水流扰动，使换热均匀。

3.2内融冰式系统是由沉浸在充满水的储槽中的盘管构成的换热设备。

当充冷时，从冷水机组制出的低温乙二醇水溶液进入盘管内循环，使管外的水结成冰。

释放冷量时，从空调负荷端回流的温度较高的二次冷媒也进入盘管内循环，将盘管外表面的冰逐渐融化；同时，其温度下降，重新供给用户使用。

3.3封装冰蓄冷系统是将蓄冷介质的蓄冷容器密集地放置在蓄冰槽中，由制冷机制出的二次冷媒流经蓄冷容器，使蓄冷容器内的蓄冷介质结冰来蓄存冷量。

封装式蓄冷的充冷温度为-3℃～-6℃，释冷温度为1℃～3℃，储槽多位密闭式钢槽。

3.4冰晶式蓄冷系统是将水与乙二醇的混合溶液降至冻结点温度以下，使用专门生产冰品的制冰机和特殊设计的蒸发器产生冰晶。

蓄冷时，从蒸发器出来的冰晶送至蓄冰槽内蓄存；释冷时，冰粒与水的混合溶液被直接送到空调负荷端使用，升温后回到蓄冰槽，将槽内的冰晶融化成水，完成释冷循环。

4.按照蓄冷介质的不同，可以分为水蓄冷、共晶盐蓄冷、气体水合物蓄冷和冰蓄冷四种
4.1.水蓄冷是利用显热来储存冷量，蓄冷温度在4℃～7℃之间，蓄冷温差6℃～11℃，单位体积的蓄冷量为
5.9-11.3Kwh/m3，需要蓄冷槽容积大，适用于现有常规制冷系统的扩容或改造，或有可利用的水池工程。

4.2共晶盐蓄冷是利用潜热蓄冷的蓄冷方式。

蓄冷介质主要是由无机盐、水、成核剂和稳定剂组成的混合物，也称优态盐，目前应用较广泛的和相变温度约8℃～9℃，相变潜热约为95KJ/Kg。

共晶盐蓄冷的主要优点是相变温度较高，可以使用普通空调冷水机组。

4.3气体水合物蓄冷是以R11、R12等沸点为工质的气体水合物蓄冷，其相变温度在5℃-12℃之间，溶解热约为302.4-464KJ/Kg。

蓄冷密度高，储-释冷过程的传热效率高，蓄冷系统的造价相对较低，被认为是一种比较理想的蓄冷方式。

但该方法还有系列问题有待解决，如制冷剂蒸汽夹带水分的清除，防止水合物膨胀堵塞等。

4.4冰蓄冷是潜热蓄冷，单位体积的蓄冷容量达334KJ/Kg，所需蓄冷的体积小，可提供较低的空调供水温度。

但冰蓄冷的制冰温度低于-5℃，使得制冷效率下降；设备与管路系统较复杂，造价较高。

三、冰蓄冷空调系统的优缺点
1.享受峰谷电价由于电力部门实行峰、谷分时电价政策，冰蓄冷中央空调系统又是利用低谷时段的电力进行工作，所以，就享受到谷段电价的优惠政策，从而大幅度降低了空调的运行费用，经济效益十分显著。

并且，分时电价差越大，得益越多。

2.充分使用设备冰蓄冷空调系统制冷设备满负荷运行的比例增大，从而提高了制冷设备COP值和制冷机组的经常运行效率，制冷机组工作状态稳定，提高了设备利用率并延长机组的使用寿命。

3.效率提高夜间冷水机组制冷工况运行时，由于气温下降带来的得益可以
补偿由蒸发器温度下降所带来的效率的损失。

再选择潜热蓄冷设备则可以大大减少介质的用量和设备的体积。

4.投资收益快通常在不计电力增容费的前提下，冰蓄冷空调系统的一次性投资比常规中央空调系统高。

但是，如果该地区分时电价差异较大，而且设计运行合理的话，冰蓄冷中央空调系统的投资回收期要高于常规空调系统。

5.环境保护现在我国的一些不能依靠自然清洁能源发电的地区，常常采用火力发电。

由于冰蓄冷空调系统均衡了电网的负荷，降低了发电装机容量。

所以，冰蓄冷空调系统在一定程度上还可以起到减少环境污染的环保作用。

四、现主要研究方向
1.冰蓄冷空调系统运行策略的研究
根据不同的分时电价政策及各工程实际负荷情况，制定最经济的运行策略。

其主要内容在于决定如何运行制冷机组，冰蓄冷系统所蓄存的冷量。

例如：一种是在负荷峰值时段内，全部冷量由蓄存冷量承担，其余时段开启部分机组制冷；一种是在高峰时段，由蓄存冷量和部分制冷机组共同承担，其余时段由部分制冷机组承担；一种是在非高峰时段由蓄存冷量承担全部符合，在高峰时段则由蓄存冷量和制冷机组工作承担等等。

运行策略有很多种，这要根据每项工程的实际情况及建筑负荷的大小共同考虑，详细计算后决定。

2.动态冰蓄冷空调系统的研究
动态冰蓄冷技术是针对传统静态冰蓄冷的各种缺陷而发展起来的，它相对于传统冰球式和盘管式冰蓄冷具有：制冷过程蒸发温度高，机组COP提高，能耗显著降低；传热效率高，治病速度快；融冰速度快，负荷响应灵敏；场地适应性强，冰槽空间有效利用率高，场地占用减小等显著优点，因此，动态冰蓄冷空调技术也是冰蓄冷空调技术的主要研究方向之一。

3.建立区域性冰蓄冷蓄冷站
随着各项技术的趋于成熟和完善，城市能耗问题将会不断凸现出来。

冰蓄冷技术由于其使设备处于满负荷运行状态，并能对城市电网实施“移峰填谷”，改善用电结构和电厂发电机组的运行状况；维持电网的安全高效运行；减小城市电网电力高峰负荷和电力设施投资；可以从很大程度上降低城市能耗，有很大的研究空间，因此，建立冰蓄冷区域性蓄冷站也是冰蓄冷技术的主要研究方向之一。

参考文献
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[2]苏汝铎. 冰蓄冷空调技术原理与市场前景.广东建材. 2009（第七期）：P277
[3]徐旭，王婧，钱必华，谭立民. 冰蓄冷技术在区域供冷中的应用与运行策略研究[J]. 建筑科学. 2010（12）：P50
[4]张小超，王冠春，杨中华. 我国冰蓄冷空调的发展前景及意义[J]. 科技向导. 2011（17）：P255
作者简介：董宇毅，男，（1982-），助教，研究生学位，现在咸阳职业技术学院建筑学院任教，主要研究建筑设备工程。