浅谈冰蓄冷空调的设计及应用分析

浅谈冰蓄冷空调的设计及应用分析

萧炳辉

东莞市伟嘉空调设备工程有限公司

摘要：目前，社会上使用的中央空调系统形式种类较多，根据选用的供应冷源的形式，主要有如下几种：水蓄冷系统、冰蓄冷系统、常规系统等。由于不同种类的机组具有其不同的特性，在市场上均有使用，主要是根据建筑及当地的具体情况进行选择。本文结合参与工程的实践，浅谈冰蓄冷空调的设计及应用分析。

关键词：冰蓄冷，空调系统，移峰填谷

一、冰蓄冷中央空调系统原理

冰蓄冷中央空调，是指建筑物空调时间所需要冷量的部分或全部在非空调时间利用蓄冰介质的显热及其相变过程的潜热迁移等特性，将能量以冰的形式蓄存起来，然后根据空调负荷要求释放这些冷量，这样在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。将电网高峰时间的空调用电量转移至电网低谷时使用，达到节约空调运行费用的目的。

在一般大楼中，空调系统用电量占总耗电量的35%--65%，而制冷主机的电耗在空调系统中又占65%--75%。在常规空调设计中，冷水主机及辅助设备容量均按尖峰负荷来选配，使空调系统的电力容量增大，而且实际运行负荷变化范围大，使得主机等空调设备偏离最佳工况点运行，机组实际运行能效低。

采用冰蓄冷中央空调后，可以选择相对较小的主机，在夜间主机蓄冰，白天主机与蓄冰装置一起工作满足空调负荷，这样全日主机利用率将极大提高，用电负荷将非常平均，相应的配电设施及其他投资效益大幅度提高。

该系统供冷时，乙二醇溶液首先经过冷机在空调工况下降温以保持较高效的工作，再经冰槽的冷却使乙二醇溶液的温度进一步降低，这样板式换热器的进出口处乙二醇溶液有较大的温差，在相同的负荷条件下，串联系统乙二醇溶液的流量较小，因此在相同的条件时串联系统的乙二醇循环泵小于并联系统，从而使串联系统的设备投资和运行费用都优于并联系统，而且串联方式管路更加简单运行可靠。

二、冰蓄冷中央空调系统特点

1、平衡电网负荷，延缓电厂建设

据统计，空调高峰时用电量达到城市用电负荷的25%-30%，加大了电网的峰谷用电差。冰蓄冷中央空调之所以得到各国政府和工程技术界的重视，正因为它对电网有卓越的移峰填谷功能，是电力需求侧最有效的电能蓄存方法，全中国如果有300家3万平米商场采用空调，则相当于建设了一座30万千瓦的调峰电厂。

根据美国制冷协议以及加州能源组织统计，仅在加州过去10年内，全美国的冰蓄冷技术应用相当于减少了3个750MW的基载电厂或25个100MW级的削峰电厂。

2、提高电厂的发电效率、降低燃煤/燃气消耗量，减少CO2和NOx的排放在夜间低谷时段，由于用电负荷不足，发电厂为了避免将发电机组停机，需要将发电机组处于低效率运行，此时单位发电量所消耗的燃煤/燃气将远远高于发电机组在高负载率时消耗量。因此，如果可以充分利用低谷电，使得大部分发电机组在夜间处于相对较高的负载状态，从而大幅度提高发电效率；同时大幅度减少了CO2和NOx的排放。

3、冰蓄冷中央空调对于用户的一些优点：

1）、空调的出水温度低、制冷效果好，降温速度快。

2）、在主机出现故障或系统断电的情况下，冰蓄冷相当于应急冷源，增强了系统的可靠性。

3）、冷冻水温度可降低至1.0-3.0度，可以实现低温送风，节省水、风输送系统的投资和能耗。

三、冰蓄冷中央空调系统设计

冰蓄冷中央空调是一个系统工程，系统设计可根据各设备自有特性辅以控制系统将其有机地形成一个完整的体系。

系统设备的选择：系统设备选用成熟、可靠、性能好的优质产品，主机选用性能优良、可靠性更高的冷水机组。

蓄冷模式的选择：可采用负荷均衡的分量蓄冷模式，合理配置主机容量和蓄冰容量，使系统技术经济最优。

系统形式的选择：冰蓄冷系统可采用效率最高、控制最简单可靠、使用灵活的主机上游+冰槽下游的串联系统。

四、冰蓄冷工程中央空调系统的工况说明

1、主机制冰模式

关闭和开启相应电动阀，将双工况主机设定为制冰工况，系统转换为

“主机制冰”，开启乙二醇泵后，乙二醇溶液进入主机的蒸发器（蒸发器出水温度-5.5℃），经主机降温后的乙二醇溶液进入蓄冰装置，将盘管外的水结成冰。

2、主机与蓄冰装置联合供冷模式

关闭和开启相应电动阀，双工况主机设定为空调工况，系统转换为“主机与蓄冰装置联合供冷模式”，开启乙二醇泵后，从板式换热器热侧来的高温乙二醇溶液（12℃）进入主机的蒸发器降至约7℃后进入蓄冰装置进行融冰，融冰后产生的低温乙二醇溶液（4℃）送至板式换热器冷侧进行换热，根据冷负荷的变化通过相应电动阀调节进入蓄冰装置的乙二醇流量，以稳定4℃的乙二醇供液温度。从集水器回来的13.5℃冷冻水进入板式换热器冷却到5.5℃，然后进入分水器送到空调末端满足空调的需求。

3、融冰单独供冷模式

关闭和开启相应的电动阀，关闭制冷主机，系统转换为“融冰单独供冷模式”，开启乙二醇泵后，从板式换热器回来的高温乙二醇溶液（12℃）进入蓄冰装置进行融冰，融冰后产生的低温乙二醇溶液通过乙二醇泵送至板式换热器冷侧进行换热，进行融冰供冷，根据冷负荷的变化通过相应电动阀调节进入蓄冰装置的乙二醇流量，以稳定4℃的乙二醇供液温度。

4、主机单独供冷模式

关闭和开启相应的电动阀，将双工况主机设定为空调工况，系统转换为“主机单独供冷模式”，开启乙二醇泵后，乙二醇溶液分别进入对应的主机蒸发器，经过降温后通过乙二醇泵进入板式换热器进行供冷。该模式一般为非正常工作状态（如系统检修冰槽维护等）。

结束语

综上所述，采用冰蓄冷系统，需要增加的系统构成会增多，初投资会增加。而由于峰谷电价差大，且有国家政策支持电价差在不断调大，所以较常规中央空调系统每年均可节约24%左右的运行电费，静态回收期可达为3~5年，对于中央空调系统15~20年的设计寿命来说，长期的综合效益非常显著。选用冰蓄冷方案有效利用资源达到更好的制冷效果。

参考文献：

[1]东一.冰蓄冷技术在空调系统中的应用分析[J].邵阳学院学报，2005.

[2]吴和英.冰蓄冷技术及其发展方向的探讨.中国科技信息，2008.

[3]邹坚.某办公楼冰蓄冷空调的设计及应用.建筑节能.2012