我國新型冰蓄冷空調技術

杜琳琳

深圳市燃氣集團股份有限公司，廣東深圳 518000

冰蓄冷空調是將蓄能技術應用到空調中使空調具有存儲冷能的功能，在夜間用電低谷時段將“便宜能源”有效的存儲起來，在白天用電量高峰時再將存儲的冷能釋放，滿足高負荷用電時的供冷需求，以達到減少制冷時間和節約用電高峰時段耗電量的目的[1]。目前我國已經逐漸將新型冰蓄冷空調技術的推廣和應用作為一項重要工程進行實施。在北京、上海、杭州、深圳等眾多城市，為了減少供電負荷政府已經將冰蓄冷空調作為實現節能減排的一項重要途徑。

1 蓄冷原理

蓄冷空調是將空調所需的冷量以顯熱或潛熱的形式存儲在水、冰或其他儲能介質中，在空調需要冷量時將這些蓄冷介質儲存的冷量釋放，以滿足空調系統的供冷需要。蓄冷空調根據冷能存儲介質的不同，可分為水蓄冷、冰蓄冷和共晶鹽蓄冷；根據蓄冷方式的不同，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行冷能存儲。通常利用4℃～7℃的低溫水進行蓄冷，其優點是技術要求低，可以使用常規空調制冷機組，維護費用少，冬季可用于蓄熱[2]。缺點是水的比熱容為4.18kJ/（kg·℃）,蓄冷密度較低，可以利用的溫差小，水顯熱蓄冷過程中冷損耗較大，系統占地面積大，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行冷能存儲。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體積比水蓄冷方式小很多。水蓄冷空調系統冷水供應溫度約為7℃，空調送風溫度約在13℃～15℃左右。冰蓄冷空調系統的冷水溫度可以降到0℃，送風溫度可以達到4℃～7℃。由于換熱溫差增大，系統送風量可以減少40%左右，還可實現低溫供冷[3]。冰蓄冷方式的特點是蓄冷密度大，蓄冷溫度穩定，蓄冷槽占用空間小。但其制冷機組的蒸發溫度較水蓄冷或常規空調底，一般在-3℃～-9℃，使得空調制冷機組的能效比（COP）減小。

冰蓄冷系統常見的有盤管外蓄冰系統、封裝冰蓄冷系統、冰片滑落式蓄冷系統、冰晶式蓄冷系統。盤管外蓄冰方式近些年在國內冰蓄冷空調市場上發展很快，利用乙二醇水溶液或載冷劑在盤管內循環運行，通過盤管管壁傳遞冷量，將盤管外側的水凝結成冰。空調用冷時將冰融化成水釋放冷量。

1.3 共晶鹽蓄冷

共晶鹽是由無機鹽、水、成核劑和穩定劑調配而成的蓄冷材料，利用共晶鹽的相變潛熱進行蓄冷，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，蓄冷時冷凍水流過蓄冷槽，共晶鹽由糊狀逐漸轉變成固態?？照{用冷時共晶鹽融化使水溫降低，為空調末端供冷。

2 冰蓄冷空調系統構成

冰蓄冷空調系統一般由蓄冷裝置、制冷機組、板式換熱器、中央自動控制系統構成。在空調的安裝工藝中，可以根據制冷機組與蓄冰裝置連接方式的不同，采用并聯連接和串聯連接兩種方式。

2.1 制冷機組與蓄冰裝置并聯

并聯連接的冰蓄冷空調系統空調運行中冷負荷由兩種并聯的裝置共同承擔，如圖1所示，供液和回液的溫度差一般控制在5℃以內[4]。在進行空調設計時，蓄冰裝置與制冷機組的進液溫度必須相同，使兩種裝置的功能可以更好的發揮，避免因為過冷或過熱導致不必要的運轉。

圖1 制冷機組與蓄冰裝置并聯連接

2.2 制冷機組與蓄冰裝置串聯

制冷機組與蓄冰裝置串聯連接，不論是空調處在滿負荷狀態還是處在部分負荷狀態，都可以讓空調的送風狀態保持穩定，并且能讓空調送出的風繼續保持恒溫，便于對空調系統進行控制[5]。圖2為制冷機組與蓄冰裝置串聯連接示方式。對于需要長時間大溫差送風或是長時間分量蓄冷運行的空調系統，適宜采用蓄冷裝置與制冷機組串聯連接方式。

圖2 制冷機組與蓄冰裝置串聯連接

3 冰蓄冷空調制冷機組裝機容量

冰蓄冷空調制冷機組的容量計算，應首先考慮制冷機組在空調運行中的作用。為了減少制冷機主機的裝機容量，應該盡量使其處于長期運行狀態。融冰優先的冰蓄冷空調系統可以比主機優先的冰蓄冷空調系統更充分的利用低谷電力，其制冷機組裝機容量可以由以下公式進行計算：

公式中具體參數如下：

Qmax 為空調系統峰值用冷設計負荷，單位kW；

R1為制冷機組在空調供冷工況下的制冷功率，單位為kW；

R2為制冷機組在制冰工況下的制冷功率，單位為kW；

D為制冷機組白天制冷工作時間，單位為h；

N為制冷機組夜間制冰工作時間，單位為h；

η為壓縮機容量變化率，一般為0.65～0.7。

4 冰蓄冷空調的優勢與不足

目前傳統電制冷空調在國內空調市場中仍然占據主導地位。傳統空調以強大的輸出功率為代價實現快速供熱或制冷，電力能源消耗問題嚴重，導致國家電網負荷量極大。在白天用電高峰時空調使用集中，電網處于嚴重的負荷輸出高峰。而在夜間電力負荷形成低谷，造成電力輸出峰谷過于不平衡。冰蓄冷空調作為新型空調與傳統空調相比具有很多優勢。

1）可以實現能源的合理劃分和利用。這也是冰蓄冷空調最核心的優勢。制冷機組利用夜間低谷電價將水冷凍成冰，以冰的形式存儲冷能。在白天電力緊張時釋放冷能供給空調用冷，實現“移峰填谷”，從而在一定程度上緩解電力緊張局面；

2）系統運行安全性提高。冰蓄冷空調運行原理決定其安全性與傳統空調相比大大提高，通過新型技術的開發，減少了制冷機組的裝機容量，即使使用一般功率發電機也能維持空調運轉；

3）系統整體操控智能性更高。空調機組與水泵共同運轉，整體操控智能性高，使用壽命比普通空調長，具有節能功效。

冰蓄冷空調可以緩解電力系統峰谷供電負荷不平衡問題，為用戶節約空調運行的電力成本。但由于增加了蓄冷設備，采用雙工況制冷機組，使得冰蓄冷空調的設備費用相對較高，且占用的空間較大，同時還要增加冷凍水管道的保溫費用。采用低溫送風的冰蓄冷空調可能產生水分凝結現象，導致送到空調區的空氣量不足或產生空氣倒灌現象。

5 國內冰蓄冷空調現狀與發展前景

峰谷電價的推行為促進我國冰蓄冷空調的發展和應用創造了良好的經濟環境，冰蓄冷空調正以高速發展之勢在空調市場中不斷發展與擴張。隨著峰谷電價比的加大，冰蓄冷空調可以大幅度減少用戶空調系統的運行能耗，降低用電成本，具有廣闊的發展前景和巨大的市場潛力。

冰蓄冷空調技術作為一項新型的空調技術，應積極創新，合理利用。我國政府推行電力供應峰谷時段不同電價政策，鼓勵發展冰蓄冷技術實現移峰填谷，緩解電力建設和用電需求間的矛盾，實現移峰填谷，有利于提高電網負荷率，提高電網的經濟性與安全性。

[1]盧鈞.冰蓄冷空調系統在工程中的應用[J].制冷空調與電力機械，2011，32(2)：40-44.

[2]王建民.冰蓄冷空調技術探討與應用[J].現代商貿工業，2012，24(6)：194-195.

[3]張燕俠，趙世明，王向陽，魏佳佳.冰蓄冷空調技術應用研究[J].安徽電氣工程職業技術學院學報，2010，15(3)：50-53.

[4]程群英，郭然.某冰蓄冷空調系統技術經濟分析[J].制冷與空調，2011，25(6)：594-598.

[5]葉英蘭，袁國安，段志成.冰蓄冷空調系統技術經濟性分析[J].節能，2011，30(11)：92-96.