冰蓄冷空调技术初探

人气指数:点发布时间:2013-11-25 15:20 来源：http://www.zgqkk.com 作者：陈武

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摘要：本文介绍了冰蓄冷空调的常用形式及工作原理，分析了冰蓄冷空调与常规空调系统比较的优缺点，并举例说明冰蓄冷空调的几种控制过程。

　　关键词：蓄冷空调技术移峰填谷低温载冷剂

　　引言

　　随着经济的高速发展和人民物质生活水平的不断提高，对电力的需求愈来愈大。夏季白天电力负荷较高，此时建筑物的空调系统也全面使用，促使电力负荷达到高峰。为了满足这种电力需求高峰，发电站必须增加装机容量。然而夜间电力负荷需求却急剧下降，形成电力负荷波谷，有电送不出，造成发电设备和电力的双重浪费。尤其过了夏季，建筑物的空调系统多数停止使用，浪费现象更为严重。蓄冷技术的应用能够实现电网电力的移峰填谷。即制冷机在夜间电力低谷时段运行，降低蓄冷剂温度（甚至冻结），贮存冷量；白天用电高峰时段，用贮存的冷量来供应全部或部分空调负荷，以少开或不开制冷机。这样既能保证制冷效果，又可降低电站的装机容量。另一方面，用冷场合与产冷场合的时间、空间发生矛盾时，也可使用蓄冷剂。如对于中、短途冷藏运输，随车又没有制冷设备，就可以采用在停车时蓄冷，开车时供冷的方法。

　　因此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。

　　1、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，蓄冷力一式种类比较多，如果按贮存冷能的力一式来划分的话，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，进血利用冰的相变潜热达到冷量贮存的效果妇的当白大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，进血在一定程度上满足生产需要。

　　2、冰蓄冷空调系统的优点

　　⑴合理使用能量，平衡城市的用电负荷，不浪费对发电厂的扩容投资。空调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。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。有利于提高发电效率、有效利用能污排放等。从全局而言，具有重大的社会和经济效益。

　　⑵空调蓄冷系统的制冷设备容量和装设供率小于常规空调系统。一般可减少30%～50%。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。

　　⑶由于制冷系统在夜间工作，冷却水温度较低，因此冷凝温度低，使制冷系统的效率提高。同时制冷系统在满负荷条件下的运行比例增大。

　　⑷如果电力部门实行分时电价政策，空调的运行费用将比常规李声系统要低，分时电价差愈大，用户得益愈多。

　　⑸空调系统工作的可靠性更高。由于夜间己蓄冷，白大在突然停电时，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。

　　⑹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。

　　⑺更适用于空调系统的扩容改造，可不增加制冷机组容量血达到增加供冷量的目的，只需在原系统中添加水蓄冷设备和所需的竹路即可，对原有系统没有仟何影响。

　　⑻解决了中、短途冷运中用冷场合与产冷场合的时间或空间矛盾。

　　要注意的是蓄冷系统并不一定节电，而是合理地使用峰、谷段的电能。

　　3、蓄冷常用使用形式

　　⑴冷藏用冷板：在四周封闭的夹层板中充人盐水或醇类、烯醇类溶液作为冷冻液，并在其中添人一定量的缓蚀剂。板内设有充冷的盘管，氟里昂、氨等制冷工质可在盘管中循环。这样就制成了所谓的“冷板”（又称“共晶冰板”）。充冷时，制冷机工作，冷板相当于制冷系统的蒸发器，冷冻液被盘管中的制冷剂吸取热量、在相应的冻结点冻结成共晶冰。如此，大量冷量被以共晶冰的形式贮存起来。在制冷机停止工作时。共晶冰吸热融化，为被冷却对象体提供冷量。将装有冷冻液的冷板安置在隔热的冷运工具里，就可以在运输途中释放很大的蓄冷量。

　　冷板用冷冻液通常分为高温和低温两大类。高温冷冻液（如硝酸钾）冻结，用来运输蔬菜水果等易腐货物；而低温冷冻液（如氯化钠）可用来运输肉类、冰激凌等货物。

　　⑵水蓄冷：从1960年代开始，发展了利用夜间廉价电力的水蓄冷技术它是利用显热蓄冷的一种方式。蓄冷剂水（即冷冻水）一般贮存的温度为4～7℃、，供、回水温差为5～11℃。使用常规的空调用冷水机组（制取7℃左右冷冻水）就可实现。可利用消防水池作蓄冷槽。

　　⑶冰蓄冷：冰蓄冷是潜热蓄冷的一种方式。充冷时，夜间电力驱动制冷机组运转，载冷剂乙二醇水溶液流经制冷机组中的蒸发器，获得冷量后流至蓄冷装置，使蓄冷装置内的冰球结冰，将冷量贮存起来，冰球的结构如下图所示。释冷时，通常制冷机组不运行，载冷剂乙二醇水溶液流经蓄冷装置，冰球内的冰融化，将贮存的冷带出，送往空调用户。为使蓄冷贮槽中的水结冰，制冷机组必须提供-3～-5℃的低温，这比常规空调用冷冻水的温度要低得多。因此，不能使用常规的空调用冷水机组制冰，需用能够制冰的制冷机。与利用显热蓄冷的水蓄冷相比，虽需要提供-3～-9℃的低温（蒸发温度），但由于释冷时能够获得低温载冷剂供空气处理系统使用，空调用户就可以采用低温送风。这样，不仅可减小送风系统和水系统的尺寸，而且能降低输送的耗电，减少管道尺寸和泵耗，从而节省空调系统的投资和运行费用。

　　⑷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。冰盘管蓄冰槽结构如下图所示。

　　4、冰蓄冷空调系统的应用

　　某办公楼采用冰蓄冷空调系统，空调使用面积5600m2，夏季最大冷负荷900kw，夏季全日冷负荷6870kw。采用水冷双螺杆双工况冷水机组和一套冰球蓄冰装置。槽蓄冰量3600kw/h，体积80m3，冰球70m3，载冷剂为乙二醇溶液。系统控制流程如下：

　　通过以上图可以看出，冰蓄冷空调系统由冷冻水系统、冷却水系统和乙二醇系统三个部分组成。而一般常规空调系统只有冷冻水系统和冷却水系统，因此，冰蓄冷空调系统的控制方式比常规空调系统要复杂。下面简单介绍冰蓄冷空调的几种控制方式的系统流程。

　　⑴机组制冰模式主要在夜间电费低时的运行方式。乙二醇初级泵运行，经过机组降温，将蓄冰槽内的冰球降温至球内的水结成冰，将冷量存储起来。

　　⑵融冰供冷模式夜间蓄冷完毕后白天利用蓄冰槽内冰球的冷量给末端设备供冷。此模式下次级泵开启，经过板式换热器、两通阀、蓄冰槽、三通阀等设备完成循环过程，三通阀的3支路主要是起到调节流量而调节板换的温度的作用，当板换出口温度达到设定值时，三通阀3支路开启度增大，乙二醇循环水不经过蓄冰槽降温直接回到次级泵。在融冰模式下主机不用开启只需给次级泵供电。

　　⑶联合供冷模式此种模式蓄冰槽内必须预先蓄冰，主机、蓄冰槽、初级泵、次级泵都开启，一起给板式换热器供冷，来降低冷冻水的温度。

　　⑷机组供冷模式机组供冷模式时主机、次级泵、三通阀开启，蓄冰槽关闭，主机直接通过板式换热器给冷冻水侧的末端设备降温。

　　5、结语

　　任何事物都有两面性，冰蓄冷空调同样也有其缺点。首先是其初投资比常规空调系统大，一般要大1/3以上；其次机房占地而积比常规空调大，蓄冰槽需要大量位置安置；再次，增加了设计、施上及调试难度，运行管理比较复杂，由于设备比常规空调系统复杂，增加了后期管理维护难度，维护费用较高。

　　尽管采用冰蓄冷空调系统增加了初投资，但是大大减少了运营期运行费用，且增加的投资额可以在一定的年限内通过运行费用的节省收回。

　　参考文献：

　　[1]严德降，张维君主编.空调蓄冷应用技术[M].北京：中国建筑工业出版社，1995，（5）.

　　[2]方贵银.蓄冷空调工程实用新技术，人民邮电出版社.

　　[3]于希明.冰蓄冷在办公建筑空调中的应用.西安：西安建筑科技大学，2006.

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