我國(guó)新型冰蓄冷空調(diào)技術(shù)

杜琳琳

深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司，廣東深圳 518000

冰蓄冷空調(diào)是將蓄能技術(shù)應(yīng)用到空調(diào)中使空調(diào)具有存儲(chǔ)冷能的功能，在夜間用電低谷時(shí)段將“便宜能源”有效的存儲(chǔ)起來(lái)，在白天用電量高峰時(shí)再將存儲(chǔ)的冷能釋放，滿足高負(fù)荷用電時(shí)的供冷需求，以達(dá)到減少制冷時(shí)間和節(jié)約用電高峰時(shí)段耗電量的目的[1]。目前我國(guó)已經(jīng)逐漸將新型冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的推廣和應(yīng)用作為一項(xiàng)重要工程進(jìn)行實(shí)施。在北京、上海、杭州、深圳等眾多城市，為了減少供電負(fù)荷政府已經(jīng)將冰蓄冷空調(diào)作為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一項(xiàng)重要途徑。

1 蓄冷原理

蓄冷空調(diào)是將空調(diào)所需的冷量以顯熱或潛熱的形式存儲(chǔ)在水、冰或其他儲(chǔ)能介質(zhì)中，在空調(diào)需要冷量時(shí)將這些蓄冷介質(zhì)儲(chǔ)存的冷量釋放，以滿足空調(diào)系統(tǒng)的供冷需要。蓄冷空調(diào)根據(jù)冷能存儲(chǔ)介質(zhì)的不同，可分為水蓄冷、冰蓄冷和共晶鹽蓄冷；根據(jù)蓄冷方式的不同，可分為潛熱蓄冷和顯熱蓄冷。

1.1 水蓄冷

水蓄冷就是利用水的顯熱特性進(jìn)行冷能存儲(chǔ)。通常利用4℃～7℃的低溫水進(jìn)行蓄冷，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)要求低，可以使用常規(guī)空調(diào)制冷機(jī)組，維護(hù)費(fèi)用少，冬季可用于蓄熱[2]。缺點(diǎn)是水的比熱容為4.18kJ/（kg·℃）,蓄冷密度較低，可以利用的溫差小，水顯熱蓄冷過(guò)程中冷損耗較大，系統(tǒng)占地面積大，防水保溫量大等。

1.2 冰蓄冷

冰蓄冷是利用冰的相變潛熱進(jìn)行冷能存儲(chǔ)。常壓下0℃冰的蓄冷密度為334kJ/kg,因而冰蓄冷方式所需的蓄冷介質(zhì)體積比水蓄冷方式小很多。水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)冷水供應(yīng)溫度約為7℃，空調(diào)送風(fēng)溫度約在13℃～15℃左右。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的冷水溫度可以降到0℃，送風(fēng)溫度可以達(dá)到4℃～7℃。由于換熱溫差增大，系統(tǒng)送風(fēng)量可以減少40%左右，還可實(shí)現(xiàn)低溫供冷[3]。冰蓄冷方式的特點(diǎn)是蓄冷密度大，蓄冷溫度穩(wěn)定，蓄冷槽占用空間小。但其制冷機(jī)組的蒸發(fā)溫度較水蓄冷或常規(guī)空調(diào)底，一般在-3℃～-9℃，使得空調(diào)制冷機(jī)組的能效比（COP）減小。

冰蓄冷系統(tǒng)常見(jiàn)的有盤(pán)管外蓄冰系統(tǒng)、封裝冰蓄冷系統(tǒng)、冰片滑落式蓄冷系統(tǒng)、冰晶式蓄冷系統(tǒng)。盤(pán)管外蓄冰方式近些年在國(guó)內(nèi)冰蓄冷空調(diào)市場(chǎng)上發(fā)展很快，利用乙二醇水溶液或載冷劑在盤(pán)管內(nèi)循環(huán)運(yùn)行，通過(guò)盤(pán)管管壁傳遞冷量，將盤(pán)管外側(cè)的水凝結(jié)成冰?？照{(diào)用冷時(shí)將冰融化成水釋放冷量。

1.3 共晶鹽蓄冷

共晶鹽是由無(wú)機(jī)鹽、水、成核劑和穩(wěn)定劑調(diào)配而成的蓄冷材料，利用共晶鹽的相變潛熱進(jìn)行蓄冷，相變溫度一般在5℃～8℃左右。將共晶鹽材料充裝在具有一定形狀的容器內(nèi)，蓄冷時(shí)冷凍水流過(guò)蓄冷槽，共晶鹽由糊狀逐漸轉(zhuǎn)變成固態(tài)?？照{(diào)用冷時(shí)共晶鹽融化使水溫降低，為空調(diào)末端供冷。

2 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)一般由蓄冷裝置、制冷機(jī)組、板式換熱器、中央自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成。在空調(diào)的安裝工藝中，可以根據(jù)制冷機(jī)組與蓄冰裝置連接方式的不同，采用并聯(lián)連接和串聯(lián)連接兩種方式。

2.1 制冷機(jī)組與蓄冰裝置并聯(lián)

并聯(lián)連接的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)運(yùn)行中冷負(fù)荷由兩種并聯(lián)的裝置共同承擔(dān)，如圖1所示，供液和回液的溫度差一般控制在5℃以內(nèi)[4]。在進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)，蓄冰裝置與制冷機(jī)組的進(jìn)液溫度必須相同，使兩種裝置的功能可以更好的發(fā)揮，避免因?yàn)檫^(guò)冷或過(guò)熱導(dǎo)致不必要的運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 制冷機(jī)組與蓄冰裝置并聯(lián)連接

2.2 制冷機(jī)組與蓄冰裝置串聯(lián)

制冷機(jī)組與蓄冰裝置串聯(lián)連接，不論是空調(diào)處在滿負(fù)荷狀態(tài)還是處在部分負(fù)荷狀態(tài)，都可以讓空調(diào)的送風(fēng)狀態(tài)保持穩(wěn)定，并且能讓空調(diào)送出的風(fēng)繼續(xù)保持恒溫，便于對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制[5]。圖2為制冷機(jī)組與蓄冰裝置串聯(lián)連接示方式。對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間大溫差送風(fēng)或是長(zhǎng)時(shí)間分量蓄冷運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)，適宜采用蓄冷裝置與制冷機(jī)組串聯(lián)連接方式。

圖2 制冷機(jī)組與蓄冰裝置串聯(lián)連接

3 冰蓄冷空調(diào)制冷機(jī)組裝機(jī)容量

冰蓄冷空調(diào)制冷機(jī)組的容量計(jì)算，應(yīng)首先考慮制冷機(jī)組在空調(diào)運(yùn)行中的作用。為了減少制冷機(jī)主機(jī)的裝機(jī)容量，應(yīng)該盡量使其處于長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)。融冰優(yōu)先的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)可以比主機(jī)優(yōu)先的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)更充分的利用低谷電力，其制冷機(jī)組裝機(jī)容量可以由以下公式進(jìn)行計(jì)算：

公式中具體參數(shù)如下：

Qmax 為空調(diào)系統(tǒng)峰值用冷設(shè)計(jì)負(fù)荷，單位kW；

R1為制冷機(jī)組在空調(diào)供冷工況下的制冷功率，單位為kW；

R2為制冷機(jī)組在制冰工況下的制冷功率，單位為kW；

D為制冷機(jī)組白天制冷工作時(shí)間，單位為h；

N為制冷機(jī)組夜間制冰工作時(shí)間，單位為h；

η為壓縮機(jī)容量變化率，一般為0.65～0.7。

4 冰蓄冷空調(diào)的優(yōu)勢(shì)與不足

目前傳統(tǒng)電制冷空調(diào)在國(guó)內(nèi)空調(diào)市場(chǎng)中仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)空調(diào)以強(qiáng)大的輸出功率為代價(jià)實(shí)現(xiàn)快速供熱或制冷，電力能源消耗問(wèn)題嚴(yán)重，導(dǎo)致國(guó)家電網(wǎng)負(fù)荷量極大。在白天用電高峰時(shí)空調(diào)使用集中，電網(wǎng)處于嚴(yán)重的負(fù)荷輸出高峰。而在夜間電力負(fù)荷形成低谷，造成電力輸出峰谷過(guò)于不平衡。冰蓄冷空調(diào)作為新型空調(diào)與傳統(tǒng)空調(diào)相比具有很多優(yōu)勢(shì)。

1）可以實(shí)現(xiàn)能源的合理劃分和利用。這也是冰蓄冷空調(diào)最核心的優(yōu)勢(shì)。制冷機(jī)組利用夜間低谷電價(jià)將水冷凍成冰，以冰的形式存儲(chǔ)冷能。在白天電力緊張時(shí)釋放冷能供給空調(diào)用冷，實(shí)現(xiàn)“移峰填谷”，從而在一定程度上緩解電力緊張局面；

2）系統(tǒng)運(yùn)行安全性提高。冰蓄冷空調(diào)運(yùn)行原理決定其安全性與傳統(tǒng)空調(diào)相比大大提高，通過(guò)新型技術(shù)的開(kāi)發(fā)，減少了制冷機(jī)組的裝機(jī)容量，即使使用一般功率發(fā)電機(jī)也能維持空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)；

3）系統(tǒng)整體操控智能性更高?？照{(diào)機(jī)組與水泵共同運(yùn)轉(zhuǎn)，整體操控智能性高，使用壽命比普通空調(diào)長(zhǎng)，具有節(jié)能功效。

冰蓄冷空調(diào)可以緩解電力系統(tǒng)峰谷供電負(fù)荷不平衡問(wèn)題，為用戶節(jié)約空調(diào)運(yùn)行的電力成本。但由于增加了蓄冷設(shè)備，采用雙工況制冷機(jī)組，使得冰蓄冷空調(diào)的設(shè)備費(fèi)用相對(duì)較高，且占用的空間較大，同時(shí)還要增加冷凍水管道的保溫費(fèi)用。采用低溫送風(fēng)的冰蓄冷空調(diào)可能產(chǎn)生水分凝結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致送到空調(diào)區(qū)的空氣量不足或產(chǎn)生空氣倒灌現(xiàn)象。

5 國(guó)內(nèi)冰蓄冷空調(diào)現(xiàn)狀與發(fā)展前景

峰谷電價(jià)的推行為促進(jìn)我國(guó)冰蓄冷空調(diào)的發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，冰蓄冷空調(diào)正以高速發(fā)展之勢(shì)在空調(diào)市場(chǎng)中不斷發(fā)展與擴(kuò)張。隨著峰谷電價(jià)比的加大，冰蓄冷空調(diào)可以大幅度減少用戶空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，降低用電成本，具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場(chǎng)潛力。

冰蓄冷空調(diào)技術(shù)作為一項(xiàng)新型的空調(diào)技術(shù)，應(yīng)積極創(chuàng)新，合理利用。我國(guó)政府推行電力供應(yīng)峰谷時(shí)段不同電價(jià)政策，鼓勵(lì)發(fā)展冰蓄冷技術(shù)實(shí)現(xiàn)移峰填谷，緩解電力建設(shè)和用電需求間的矛盾，實(shí)現(xiàn)移峰填谷，有利于提高電網(wǎng)負(fù)荷率，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

[1]盧鈞.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2011，32(2)：40-44.

[2]王建民.冰蓄冷空調(diào)技術(shù)探討與應(yīng)用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2012，24(6)：194-195.

[3]張燕俠，趙世明，王向陽(yáng)，魏佳佳.冰蓄冷空調(diào)技術(shù)應(yīng)用研究[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，15(3)：50-53.

[4]程群英，郭然.某冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].制冷與空調(diào)，2011，25(6)：594-598.

[5]葉英蘭，袁國(guó)安，段志成.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J].節(jié)能，2011，30(11)：92-96.