冰蓄冷空调系统研究

张悦

（天津市房产供热公司，天津 300000）

冰蓄冷空调系统具有移峰填谷、均衡用电负荷、提高电力建设投资效益等优点,但这种宏观经济效益是就国家的全局利益而言的。若要建设冰蓄冷空调工程,还必须让建筑业主获得经济效益。设计人员应根据建筑物的使用功能要求、建筑物的冷负荷特性、当地的电价政策、对冰蓄冷装置与主机的选配及控制策略、与控制模式的组合等方面进行多种方案的经济比较与优化分析,得出科学的、实事求是的结论。

1 冰蓄冷空调系统原理及主要特点

1.1 冰蓄冷技术，即是在电力负荷很低的夜间用电低谷期，采用制冷机制冷，利用冰蓄冷介质的显热或者潜热特性，用一定方式将冷量存储起来。在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，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。

1.2 冰蓄冷空调系统具有以下主要特点:(1)降低空调系统的运行费用。(2)制冷机组的容量小于常规空调系统,空调系统相应的冷却塔、水泵、输变电系统容量减少。(3)在某些常规空调系统配上冰设备,可以提高30%~50%的供冷能力。(4)可以作为稳定的冷源供应,提高空调系统的运行可靠性。(5)制冷设备大多处于满负荷的运行状况,减少开停机次数,延长设备寿命。(6)对电网进行削峰填谷,提高于电网运行稳定性、经济性,降低发电装机容量。(7)减少发电厂对环境的污染。

1.3 冰蓄冷系统的主要优点有：（1）转移制冷机组用电时间，起到了转移电力高峰期用电负荷的作用；（2）冰蓄冷系统的制冷设备容量和装设供率小于常规空调系统；（3）冰蓄冷系统的运行费用由于电力部门实施峰、谷分时电价政策，比常规空调系统要低，分时电价差值越大，得益越大；（4）冰蓄冷系统中制冷设备满负荷运行的比例增大，状态稳定，提高了设备利用率。

1.4 冰蓄冷系统的主要缺点：是一次性投资比常规空调系统要高。如果计入共电增容费及用点集资费等，有可能投资相当或者增加不多。冰蓄冷技术是利用峰谷电价的差别将用电高峰时的空调负荷转移到电价较为便宜的夜间，从而节约运行费用，缓解目前“电力不足、电量有余”的状况。但是，传统的冰蓄冷空调系统只能节省运行费用而不节能，从能量利用角度来看，实际上是一种耗能系统。要想冰蓄冷技术真正得到推广，首先要实行峰谷电价政策，继续拉大峰谷电价差。其次，解决冰蓄冷系统较常规系统的能量损耗和减少增加的初投资问题。

2 系统的组成及制冰方式分类

2.1 系统组成：冰蓄冷空调系统一般由制冷机组、蓄冷设备(或蓄水池)、辅助设备及设备之间的连接、调节控制装置等组成。冰蓄冷空调系统设计种类多种多样,无论采用哪种形式,其最终的目的是为建筑物提供一个舒适的环境。另外,系统还应达到能源最佳使用效率,节省运转电费,为用户提供一个安全可靠的冰蓄冷空调系统。

2.2 制冰方式分类：根据制冰方式的不同,冰蓄冷可以分为静态制冰、动态制冰两大类。此外还有一些特殊的制冰结冰,冰本身始终处于相对静止状态,这一类制冰方式包括冰盘管式、封装式等多种具体形式。动态制冰方式在制冰过程中有冰晶、冰浆生成,且处于运动状态。每一种制冰具体形式都有其自身的特点和适用的场合。

3 冰蓄冷空调系统的设计、设备选型

3.1 制冷主机和冰蓄冷装置容量确定及设备选型

在系统冰蓄冷模式、运行策略及流程安排确定的情况下,设备的选型设计主要是指主机选择、冰蓄冷槽、附属设备(如泵及热置换器)选择等。在进行冰蓄冷空调设计时,应注意以下一些问题:

3.3.1 蒸发温度要高。因为冰蓄冷式空调系统在蓄冰时,蒸发温度每降低1℃,主机平均耗电量要增加3%,制冰的经济厚度以50mm为宜。

3.3.2 IPF要大。IPF值越大,其热损失越少,一般IPF在30%以上为可行。

3.3.3 价格要便宜。在6年内能收回投资视为可用,5年内回收应该采用,3年内回收绝对可用。

3.3.4 融冰及结冰速率要快。结冰时速度快,节省电能,融冰速率也要快,以适应负荷的变化。

3.3.5 系统必须安全可靠。维护要简单方便,最少要有15年以上的寿命期。主机要能直接提供冷量,其COP值不能低于2.6。

3.3.6 合理确定制冷机组、冰蓄冷设备和末端装置的容量大小制冷机组、冰蓄冷设备及末端装置三者之间的输入输出特性是相互影响的,确定制冷机组、冰蓄冷设备和末端装置的容量大小主要取决于最低蓄冷温度、最高取冷温度与最高使用温度(冷冻水)的高低。最低蓄冷温度值越低,则制冷系统的蒸发温度也越低,不利于制冷机组的运行,同时机组的耗电率也越高;最高取冷温度越高,蓄冷设备容量越小,但使用温度越高,所需末端装置的换热效果则越差。

4 评价标准

常规空调的主要评价标准为是否达到国标规定的空调设计参数要求,即所谓的空调“四度”(温度、湿度、气流速度、空气洁净度)要求。而冰蓄冷空调的评价标准除了要满足以上要求外,还要考虑:①是否达到预定的转移尖峰用电负荷目标;②全年运行费用是否超过常规空调系统;③全年运行电费是否超过常规空调系统。因此,要根据实际情况,综合考虑其经济性,这样在系统运行过程中才能尽量减少不经济现象的发生。

5 冰蓄冷空调变风量系统调节特性

变风量空调系统(VAV系统)是随着室内显热负荷的变化,由末端装置改变送风量来调节室温。与定风量空调系统相比,VAV系统不需要(或很少需要)末端再热,而且避免(或减少)了由冷热量抵消而引起的能量损失。在蓄冷空调系统中,采用变风量调节具有一定的节能效果。

5.1 室内负荷变化时的运行调节

VAV系统使用的末端装置不同,其运行调节方法也不同。当室内显热负荷变化时,根据室内温度调节器的指令,节流型末端装置改变节流阀通道断面积来调节送风量;旁通型末端装置使末端装置的调节阀门动作来调节送入室内的风量;诱导型末端装置是在一定的一次风量下,调节二次风阀门,改变二次风量来保持要求的室温。

5.2 全年运行调节

根据不同的室内负荷变化情况,VAV系统有3种全年运行调节方法。

5.2.1 全年各房间有恒定冷负荷,且变化较小。可以采用无末端再热的VAV系统全年送冷风,由室内温度调节器调节送风量,风量随冷负荷的减少而减少。

5.2.2 全年各房间无恒定冷负荷,且变化较大可以采用有末端再热的VAV系统,全年送冷风。由于室内的冷负荷变化大,因此,当室内送风量随冷负荷的减少而已减至最小值时,就需要使用末端再热器加热空气,向室内补充热量来保持室温不变。

5.2.3 各房间夏季有冷负荷,冬季有热负荷

可以采用有供冷和供热季节转换的VAV系统。夏季运行时,随着室内冷负荷的减少,先减少送风量,当减至最小送风量时,风量不再减少,而开始利用末端再热以补偿室内冷负荷的减少。

6 冰蓄冷技术的发展方向

冰蓄冷技术作为一种电力调荷方式已引起了人们的高度重视,许多国家和研究机构都在积极进行研究开发,主要表现在如下几个方面:

6.1 建立区域冰蓄冷空调供冷站

已经证明,区域供冷或供热系统对节能较为有利。相比单个供冷站而言,区域供冷不仅可以节约大量投资和运行费用,而且减少了电力消耗及环境污染。

6.2 建立与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统

冰蓄冷低温系统具有优越的经济特性。如推行冰蓄冷空调配合低温送风,将大大降低能耗,提高COP值,使资比常规空调更节省,进而提高了蓄冷空调系统的整体竞争力。

[1]潘雨顺.21世纪冰蓄冷空调技术发展方向探讨[J].通风除尘.1998.

[2]张爱芳.在冰蓄冷空调设计中应注意的问题[J].中国建设信息供热制冷.2005.

[3]李圣代.冰蓄冷低温送风空调系统的节能特点及应用[J].应用能源技术.1997.