冰蓄冷空調技術探討

陳 武武漢商學院，湖北武漢 430056

冰蓄冷空調技術探討

陳 武
武漢商學院，湖北武漢 430056

本文主要介紹了冰蓄冷空調的工作原理、工作形式及與常規空調相比的優缺點。冰蓄冷空調系統控制方式比常規空調系統控制方式要復雜，可以提供多種蓄冰方式實現最大的經濟和社會效益。選擇適當的控制方式可以滿足用戶不同的供冷需要。

冰蓄冷空調；潛熱蓄冷；顯熱蓄冷

隨著經濟的高速發展和人民物質生活水平的不斷提高，電力的需求愈來愈大。夏季白天電力負荷較高，此時建筑物的空調系統也全面使用，促使電力負荷達到高峰。為了滿足這種電力需求高峰，發電站必需增加發電容量。然而夜間負荷卻急劇下降，形成電力負荷波谷，有電送不出，造成發電設備和電力的雙重浪費。尤其過了夏季，建筑物的空調系統多數停止使用，浪費現象更為嚴重。蓄冷技術的應用能夠實現電網電力的移峰鎮谷，即制冷機在夜間電力低谷時段運行，降低蓄冷劑溫度（甚至凍結），儲存的冷量來供應全部或部分空調負荷，以減少或不開制冷機。這樣既能保證制冷效果，又可降低電站的裝機容量。另外，用冷場合與產冷場合的時間、空間發生矛盾時，也可使用蓄冷劑。如對于中、短途冷藏運輸，隨車又沒有制冷設備，就可以采用在停車時蓄冷，開車時供冷的方法。

因此蓄冷空調技術不僅可以很好地轉移尖峰用電至低谷用電的時間段，也能在一定程度上改善城市峰谷供電平衡減少電站新建數量和輸配電的損失量，同時，采用蓄冷空調技術也可以起到削峰的作用，防止用電負荷高時供電壓力大。

1 冰蓄冷空調工作的原理

空調蓄冷的原理就在于其是將電網低谷時間段“便宜能源”儲存起來，當處于需要用大量能量的峰值時段時，將事先儲存的冷能釋放出來，滿足峰值時期負荷的要求。目前，由于各國都在大力研究空調工程的蓄冷，蓄冷形式種類比較多。如果按貯存冷能的形式來劃分的話，則可以分為顯熱蓄冷和潛熱蓄冷。

2 冰蓄冷空調系統的優點

1）合理使用能量，平衡城市的用電負荷，不浪費對發電廠的擴容投資。空調蓄冷系統的運行費用由于電力部門實施峰、谷分時電價政策，比常規空調系統要低，分時電價差值越大，得益越大。轉移制冷機組用電時間，起到轉移電力高峰期用電負荷的作用。有利于提高發電效率、有效利用能源排放等。從全局而言，具有重大的社會和經濟效益。

2）與常規空調相比，空調蓄冷系統的制冷設備容量小于常規空調系統，一般可減少30%～50%，系統中制冷設備運行的比例增大狀態穩定，提高了設備利用率，也降低了制冷劑的消耗量和泄漏量，對于使用氟利昂制冷劑的機組會減輕對大氣臭氧層的破壞。同時，主機的容量減少也降低了噪音，改善了工作環境等。

3）由于制冷系統在夜間工作，冷卻水溫度較低，因此冷凝溫度低，使制冷系統的效率提高。同時制冷系統在滿負荷條件下的運行比例增大。

4）解決了中短途冷運途中用冷場合與產冷場合的時間或空間矛盾。

要注意的是蓄冷系統并不一定節電，而是合理地使用峰、谷段的電能。

3 蓄冷常用的形式

1）冷藏用冷板：在四周封閉的夾層板中充入鹽水或醇類、烯醇類溶液作為冷凍液，并在其中添加一定量的緩蝕劑。板內設有充冷的盤管、氟利昂、氨等制冷劑工質可在盤管中循環。這樣就制成了所謂的“冷板”（又稱共晶冰板）。充冷時，制冷劑工作，冷板相當于制冷系統的蒸發器，冷凍液盤管中的制冷劑吸收熱量在相當的凍結點凍結成共晶冰。如此，大量冷量被以共晶冰的形式存儲起來。在制冷機停止工作時，共晶冰吸收融化，為被冷卻對象提供冷量。將裝有冷凍液的冷板安裝的隔熱的冷運工具里，就可以在運輸途中釋放很大的蓄冷量。

冷板用冷凍液通常分為高溫和低溫兩大類。高溫冷凍液（如硝酸鉀）凍結，用來運輸蔬菜水果等易腐爛貨物；而低溫冷凍液（如氯化鈉）可用來運輸肉類、冰激凌等貨物。

2）水蓄冷：從1960年代開始，發展了利用夜間廉價電力的水蓄冷及時。它是利用顯熱蓄冷的一種方式。蓄冷劑水（即冷凍水一般存儲的溫度為4℃～7℃，供水、回水溫度差為5℃～11℃，使用常規空調冷水機組制取7℃左右冷凍水就可實現。也有些地方可利用消防水池做蓄冷池。

3）冰蓄冷：冰蓄冷是潛熱蓄冷的一種方式，冰蓄冷每公斤蓄冷量比水蓄冷每公斤蓄冷量高16倍。在提供同樣容量冷量的條件下，蓄冰槽的容積是徐水草的1/3。法國的西亞特是最早將蓄冰球商業化的公司。它的蓄冷裝置是一個小的獨立冰球，將冰球放在充滿乙二醇溶液的蓄冰槽內，通過乙二醇溶液的流動來進行冰球的換熱，充冷時，夜間電力驅動制冷機組運轉，載冷劑乙二醇溶液流經制冷機組中的蒸發器，獲得冷量后留至蓄冷裝置，使蓄冷裝置內的冰球結成冰晶，將冷量儲存起來，冰球的結構如圖1所示。釋放冷量時，通常制冷機組不運行，載冷劑乙二醇水溶液流經蓄冷裝置，冰球內的冰晶融化，將儲存的冷量帶出，送往空調用戶。蓄冰球的特點是一般使用PE材料為外殼，耐腐蝕，使用壽命可以達到20年以上；球內使用了專業配方的添加劑，可以使冰球內的水結冰適度快，快速形成晶核，過冷溫度低，提高了蓄冰時的效率；在使用中如果發生個別冰球破損不會影響系統運行；由于乙二醇溶液在冰球外循環，與傳統的制冷系統類似，蓄冰容量主要看蓄冰槽的大小，系統改造方便；在結冰和融冰的過程中，蓄冰球一直處在懸浮狀態，適用于整地面、地上、開式、閉式、鋼制、混泥土制的蓄冰槽中維護方便。

另外，使蓄冷槽中的水結成冰制冷機組必須提供-3℃～-5℃的低溫，這比常規空調用冷凍水的溫度要低10℃左右。因此。不能使用常規的空調用冷水機組制冰，需用能夠制冰的制冷機組。與利用顯熱的水蓄冷相比，雖需要提供-3℃～-5℃的低溫（蒸發溫度），但由于釋放冷時能夠獲得低溫載冷劑供空氣處理系統使用，空調用戶就可以采用低溫送風。這樣不僅可以減少送風系統和水系統的尺寸，而且能降低輸送的耗電減少管道尺寸和水泵電量消耗，從而節省空調系統的投資和運行費用。

4 冰蓄冷空調系統的應用

冰蓄冷空調系統控制方式比常規空調系統控制方式要復雜，可以提供多種蓄冰方式提供最大的經濟和社會效益。選擇適當的控制方式可以滿足用戶不同的供冷需要。某辦公樓采用冰蓄冷空調系統，空調使用面積5 600m2，夏季最大冷負荷900kW，夏季全日冷負荷6 870kW、采用水冷雙螺桿雙工況冷水機組和一套冰球蓄冰裝置：槽蓄冰量3 600kW/h，體積80m3，冰球70m3。載冷劑為乙二醇溶液。系統控制流程如圖2。

通過上圖可心看出，冰蓄冷空調系統由冷凍水系統，冷卻水系統和乙二醇系統3部分組成。而一般常規調系統只有冷凍水和冷卻水系統。因此，冰蓄冷系統比常規空調系統的控制要復雜。下面簡便介紹冰蓄冷空調的幾種控制方式的系統流程：

1）機組制冰模式：主要在夜間電費低時運行方式。乙二醇初級泵運行，經過機組降溫，將蓄冰槽內的冰球降溫至球內的水結成冰，將冷量存儲起來。

2）融冰供冷模式：夜間蓄冷完畢后白天利用蓄冰槽內冰球的冷量給末端設備供冷。此模式下次級泵開啟，經過板式換熱器，兩通閥、蓄冰槽、三通閥等設備完成循環過程，三通閥的3支路主要是起到調節流量而調節板換的溫度的作用，當板換出口溫度達到設定值時，三通閥2支路開啟度增大，乙二醇循環水不經過蓄冰槽降溫直接回到次級泵，在融冰模式下主機不用開啟只需給次級泵供電。

3）聯合供冷模式：此種模式蓄冰槽內必須預先蓄冰。主機、蓄冰槽、初級泵、次級泵都開啟，一起給板式換熱器供冷，來降低冷凍水的溫度。

4）機組供冷模式：機組供冷模式時主機、次級泵、三通閥開啟、蓄冰槽關閉。主機直接通過板式換熱器給冷凍水側的末端設備降溫。

5 結論

任何事物都有兩面性，冰蓄冷空調同樣也有其缺點，首先是其初投資比常規空洞系統大，一般要大1/3以上，其次機房占地而積比常規空調大，蓄冰槽需要大量位置安置；再次，增加了設計、施上及調試難度。運行管理比較復雜，由于設備比常規空調系統復雜，增加了后期管理維護難度，維護費用較高。

通過以上分析，盡管采用冰蓄冷空調系統增加了初投資，但是大大減少了運營期運行費用，且增加的投資額可以在一定年限內通過運行費用的節省收回。

［1］嚴德隆，張維君.空調蓄冷應用技術［M］.北京：中國建筑工業出版社，1997（5）.

［2］莊友明.冰蓄冷空調的運行模式及制冷主機容量確定［J］.流體機械，2003（2）：56-59.

［3］李先庭，張雁.冰蓄冷串聯系統節能力法研究［J］.制冷技術，2001（1）：26-28.

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A

1674-6708（2016）168-0177-02

陳武，實驗師，武漢商學院機電工程系，研究方向為制冷與空調。