冰蓄冷技術在空調系統中的應用前景分析

劉慧泉

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著社會經濟的不斷發展，人們對生活水平和生活質量的要求也在不斷提高。空調，由于其具有可改變房間及封閉區域內空氣溫度、濕度、潔凈度及空氣流速等參數，從而達到人體舒適和工藝過程要求的功能而越來越得到廣泛的應用。早在2000年相關統計數據表明，每百戶城鎮居民房間空調的擁有量為40臺，在經濟發達的地區，如北京、上海、廣州等一線城市，此比例更是高達78臺/百戶［1］。目前，空調已經成為現代化建筑不可缺少的設施，每戶城鎮居民家里的空調遠不止1臺，空調數量的增長帶來的耗電量的增加，給電力供應帶來了巨大的壓力。

由于我國長期的能源格局造成了過去、現在及未來幾十年內仍然依靠以煤炭為主的火力發電。雖然為應對能源和環境的雙重壓力，我國不斷調整能源結構，改變發電格局，但是據2011年數據統計，我國的火力發電依然擔負著全國發電總量71%的重擔。而現在隨著用電量的不斷增加，我國電力緊張的局面越發嚴重，電力狀況遠遠不能滿足用電高峰時段的需求，而在用電低谷時段由于用電負荷相對較小，電力總量較大，又造成了電網的“窩電”。眾所周知，電力是不能大量儲存的能源，這種晝夜用電峰谷的交替出現，不僅對發電方的調峰能力是個嚴峻的考驗，更嚴重影響到了電網的安全經濟運行。火力發電廠設備的頻繁啟停，對發電設備的壽命會造成較為嚴重的損害，所以大多數調峰都是通過部分發電廠降負荷運行，減少發電量來實現的。但是發電機組的設計是按照額定負荷的參數性能進行的，只有在額定負荷下，其經濟性才能達到最高，設備也能安全的運行。降負荷運行時，一方面整個發電機組的發電效率降低，耗能增加，污染物排放量也隨之增加，另一方面也會由此產生很多的問題，影響發電設備的安全，進而影響其使用壽命。調整用電格局，利用現有的發電設備滿足對電力的需求，改善電力供應緊張局面和電力負荷情況已成為電力企業的重要工作之一。

通過對電力需求側的管理，尋找移峰填谷的用電方式是實現對現有的電力資源充分有效利用的方式之一。在這種形勢下，蓄冷空調技術應運而生［2］。本文主要介紹蓄冷空調系統中常見的幾種蓄冷方式，重點探討冰蓄冷技術及其在空調系統中的應用，進而分析冰蓄冷空調的應用前景。

1 蓄冷空調系統

蓄冷技術就是采用電動制冷機將夜間用電低谷期的電量轉變成用物質的顯熱或潛熱儲存的冷量，在白天用電高峰期時再將儲存的冷量釋放出來，用于建筑內空調或者生產工藝中用冷［3］。制冷系統大部分耗電來自夜間低谷期用電，而在用電高峰期只有輻射設備消耗極少的電量，從而實現用電負荷的移峰填谷。蓄冷空調系統與常規空調的區別在于蓄冷空調除了有常規空調系統的制冷裝置外，還增設了蓄冷裝置。冷源部分不同是兩者的本質區別。

蓄冷空調常用的蓄冷介質有水、冰、共晶鹽和氣體水合物等。這幾種介質的蓄冷原理和優缺點如表1表示。

表1 蓄冷介質的蓄冷原理和優缺點對比

2 冰蓄冷技術

冰蓄冷空調系統與常規的空調系統相比，兩者的制冷系統及空調風系統基本相同，只是前者比后者多了1套蓄冰設備。冰蓄冷工作系統原理圖如圖1所示。

圖1 冰蓄冷工作系統原理圖

圖1（a）為充冷循環過程，圖1（b）為放冷循環過程。工作原理為在空調用電低谷期通過圖1（a）所示的制冰循環過程將機載冷劑的冷量傳給蓄冷槽中的水，將水凝結成冰。在空調用電高峰期時，冰蓄冷系統通過圖1（b）所示的放冷循環過程，載冷劑通過從蓄冷槽吸收冷量，給空調系統供冷。系統通過調節進出水量控制冰的融化速度，進而控制冷凍水的出水溫度。

冰蓄冷系統制冰方式主要有靜態制冰和動態制冰2種方法。靜態治冰是制冰機和蓄冰槽為一體結構，冰的制備和融化在同一位置進行。動態制冰的蓄冰設備和制冰設備相對獨立，冰的制備和儲存不在同一位置。

3 冰蓄冷空調特點和適用場所

冰蓄冷空調作為蓄冷空調的一種，具備蓄冷空調擁有的轉移電力用電負荷；用電低谷時電價低，運行費用低；用電低谷期可以保證制冷設備在滿負荷條件下運行，設備運行狀態穩定，設備利用率高等優點。此外，由于冰蓄冷空調獨特的優越性，單位容積蓄冷量大，貯存相同冷量，冰蓄冷所需要的容積僅是水蓄冷的1/4～1/3；冷水泵耗電量、維修費用較低，適宜工程應用等優點，使其成為目前應用最廣泛的蓄冷空調。

空調系統適用冰蓄冷系統的使用場所包括：（1）空調負荷在使用期內和非使用期內，差異大的場所，如大型購物商場、超市、賓館、飯店、辦公樓等白天人員集中的地方；（2）周期性使用，空調投入時間短、負荷大的場所，如體育館、展覽館、影院劇院等；（3）一些使用空調負荷大的工業企業，如紡織廠等［4］。

4 冰蓄冷空調的研究及應用現狀

早在1994年在鄭州召開的電力部會議上，冰蓄冷空調技術就被列入十大節能措施之一［5］；1997年國家經貿委辦公廳發布文件將冰蓄冷空調作為以后發展的重點項目；1998年我國政府又制定了鼓勵使用冰蓄冷空調的優惠政策，加快冰蓄冷空調等快速推廣；2004年國家發展和改革委員會、國家電網公司召開的全國電力需求側管理工作會議，又提出要推廣適用冰蓄冷空調技術［6］。目前我國已有20個省市成功建設冰蓄冷空調項目300余項。隨著國家對冰蓄冷空調技術重視程度的提高，國內眾多科研院校和設計院都加大了對冰蓄冷空調技術的研究開發工作。冰蓄冷技術在戶式中央空調、辦公樓建筑空調、民用空調、紡織廠的研究都有所開展，冰蓄冷空調技術不斷得到完善。尤其是低溫送風系統配合冰蓄冷空調系統，大大降低了冰蓄冷空調的能耗，降低了其運行成本。

5 結語

隨著人們對空調的依賴日益加強，人民生活水平的不斷提高，農村使用空調的數量也突飛猛進。空調用電必將快速增加，而由此造成峰谷的增大是我們不得不面臨和需要解決的問題。冰蓄冷系統以利用低谷電力、移峰填谷、縮小用電峰谷差、提高電網安全運行的突出優點，以及其自身獨特的系統優勢必將得到更加廣泛的應用，可以預計，冰蓄冷空調應用前景將十分廣闊。

［1］仵強.冰蓄冷在戶式中央空調系統中的應用及經濟分析［D］.西安科技大學，2011

［2］張文泰.冰蓄冷空調系統經濟性分析［D］.太原理工大學，2010

［3］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（2）

［4］葉水泉，韓云海.冰蓄冷空調技術在區域供冷系統中的應用［J］.制冷空調與電力機械，2004（6）

［5］于希明.冰蓄冷在辦公樓建筑空調中的使用［D］.西安科技大學，2006

［6］劉道平.蓄冷技術及其應用現狀［J］.暖通空調，1995（4）