建筑节能与冰蓄冷空调的研究与应用李开树

建筑节能与冰蓄冷空调的研究与应用李开树

李开树

深圳市嘉力达节能科技股份有限公司

摘要：近年来，随着城市迈向现代化，城市用电结构不断发生变化，电力消费结构数据表示白天用电量远远大于夜晚，导致夜间电网的利用率很低，为此，国家公布用电政策和峰谷分时电价，以经济手段推动电力“削峰填谷”的实现。

关键词：建筑节能；冰蓄冷空调；技术分析；技术优势；技术应用

冰蓄冷空调是在晚间电力谷阶段，利用电动制冰机制冰，把冷量按显热或潜热形式储存在某种介质中，到白天用电高峰期，把储存的冷量释放出来，以满足建筑物空调或生产工艺的需要。这样，制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低谷期，而在白天高峰期只有部分设备或辅助设备在运行，从而实现电网负荷的移峰填谷。

一、冰蓄冷空调的优势分析

（1）冰蓄冷空调于建筑节能的必要性

空调系统是现代建筑与商业不可缺少的设施，其主要作用是调节室内环境温度，提升工作环境的舒适性。空调系统一般在白天使用，耗电量大而且基本处于电负荷峰值期。若是通过改造空调系统，降低空调系统在白天的运行耗能，提高其夜间的运行效率，就可以很好的解决当前白天电力供应不足、夜间电力供应过剩问题，提高电力的利用率。冰蓄冷系统运行特性决定具有很大的削峰填谷潜力。因此国家将冰蓄冷空调作为重点节能技术措施之一在全国推广。

（2）冰蓄冷空调优势

与传统的空调系统相比，采用空调蓄冷系统可以有效地做到合理用电，缓解电力负荷的峰谷差现象。其优点是，第一，用户安装蓄冷装置后，空调供冷的制冷机装机容量可以得到减小，可以相应减少变配电设备的配置，同时，利用峰谷电价可获得较好的经济效益；第二、冰蓄冷空调可以利用夜间的低温条件进行快速散热，其夜间的运行效率更高；第三，空调蓄冷系统以谷补峰，减少地区的电力装机容量，可以做到少建电厂，提高燃煤发电机组夜间低谷运行时段的发电效率，因而，实现燃煤发电环节的节能减排；第四，采用大型冰蓄冷装置，提供大温差冷水资源，可以促进实现区域供冷的能源项目得到发展。

二、冰蓄冷技术应用场合

凡处于执行分时电价，且峰谷电价差较大的地区，同时，建筑物自身空调用电负荷又不均衡的用户。经过技术和经济比较，可以采用冰蓄冷空调技术。一般下列场所可以推广使用空调蓄冷技术：

（1）使用时间内空调负荷大，空调负荷高峰段与电网负荷高峰段相重合，且在电网低谷段时没有空调负荷或较小的场所。（如：办公楼、大型商业等）

（2）周期性使用或间歇性使用，使用时间较短，使用时间内空调负荷大的场所。（如：影剧院、体育馆、大会堂、学校等）

（3）空调逐时负荷峰谷差悬殊，使用常规空调会导致装机容量过大，且经常处于部分负荷下运行的场所。（如一些工业性空调使用场所）

（4）电力增容或电力供应受到限制的空调工程。

（5）有避峰限电要求或必须设置应急备用冷源的场所。

（6）要求供应低温冷水或采用低温送风的空调工程。

（7）区域性集中供冷的空调工程。

三、冰蓄冷空调系统构成与运行原理

目前，在国内工程中应用较多的是间接式蓄冰系统，该系统主要包括：制冷机组、循环水泵、板式换热器以及蓄冰装置等几个部分。制冷机组采用的是双工况主机，可以在制冷工况和制冰工况下运行，制冰时可以制取-6.5℃乙二醇溶液温度。蓄冰装置采用较多的是蛇形钢盘管式，盘管利用钢板连续卷焊而成，外表面热镀锌，管外径26.67mm。盘管放置在蓄冰水槽内，蓄冰槽体可为钢制名钢筋混凝土制，槽体壁面覆有80~100mm厚保温层，此种盘管可内融冰也可外融冰，取冷均匀，温度稳定。载冷剂一般为空调专用、加有缓蚀剂和泡沫剂的25％～30%乙烯乙二醇水溶液。

运行原理是当充冷时，从冷水机组制出的低温乙二醇水溶液（或称载冷剂）进入蓄冰盘管内循环，使管外的水结成冰。释冷时，从空调负荷端回流的温度较高的乙二醇水溶液进入蓄冰盘管内循环，将盘管外表面的冰逐渐融化；同时，乙二醇水溶液的温度下降，重新供给用户使用。常见的运行模式有以下几种：第一、双工况主机蓄冰；第二、主机单独供冷；第三、蓄冰装置单独供冷、；第四、双工况主机与蓄冰装置联合供冷。

四、冰蓄冷系统控制策略分析

部分负荷蓄冰方式的条件下，运行模式为制冷机与蓄冰装置联合供冷时，从经济运行角度出发，宜根据系统效率、运行费用及系统流程，采用下列控制方式：制冷机优先、蓄冷装置优先和优化控制。

（1）制冷机优先

该方式是尽量让制冷机满负荷运行。由制冷机优先运行，设定制冷机出口温度，使其满负荷运行或限定制冷量运行；当空调系统的负荷超出制冷机的制冷量时，调节蓄冰装置的流量，以实现供水温度的恒定。因此，如能满足要求，蓄冰装置处于旁路；只有当制冷机不能满足负荷时，才用蓄冰装置补充，冷负荷直接反馈到制冷机，使制冷机优先，通过对蓄冰装置和制冷机的控制达到理想的供液温度。这种系统比较简单，运行可靠，但蓄冷装置使用率低，不能有效地削减高峰电负荷和用户电费。

（2）蓄冰装置优先

该方式是由蓄冰装置先承担冷负荷，设定蓄冰装置的进、出水流量，使其满负荷运行或限定释冷量运行。当空调系统的负荷超出释冷量时，按设定的出口温度开启并运行制冷机，以实现供水温度的恒定。该方式能最大限度地利用蓄冰装置。由于蓄冰装置先承担负荷，又要求能保证承担每天的最大冷负荷，蓄冰装置中冰的融化速率就需要按负荷预测来决定各时刻的最大融冰量，所以该控制方式实现较为复杂。蓄冰装置优先控制方式适合于低温送风系统，此时出口较低的冷水温度可由制冷机保证。蓄冰装置优先控制方式可从电力低谷的电量中获得最大的节约。

（3）优化控制

优化控制是通过控制一个经济的目标函数，使得该目标函数达到极值的方法。它的具体实现，按以下四个步骤进行：外温预测→负荷预测→系统能耗模型→最优化的控制策略求解。优化控制得到的结果是各个时刻制冷机和蓄冰装置应分别承担的冷负荷，实现最大限度地节约运行费用的目的。优化控制已有开发的软件，可供选用。

优化控制的实施，宜具备以下功能：

1）融冰能够满足高峰冷负荷的需求；

2）融冰作业于电力高峰时段完成，节约运行费用；

3）夜间电力低谷段的蓄冰，应在次日用完，充分利用低谷电；

4）满足以上条件，使系统内设备处于高效率点运行，实现能耗最小；

5）有对限电和设备故障的应急预案。

五、冰蓄冷空调的经济性与节能性分析

目前，依据用电峰谷段征收不同价位电费已经推广到了各个城市中，按照现行的峰谷电费征收方式进行计算，采用冰蓄冷空调的经济性如下：

时段时间电价（元/kW.h）

峰时段（7小时）：1.1488

平时段（7小时）：0.8616

谷时段（8小时）：0.2872

如果一台双工况制冷机组制冷量为915冷吨，蓄冰工况制冷量为614冷吨，蓄冰槽蓄冰量为4920冷吨。在规格同等的情况下，冰蓄冷空调全年的电力消耗量为925680.00KW•h，电力成本是265855.29元；而普通空调全面的电力消耗量为999600.00KW•h，电力成本是1148340.48元，经济成本高出了77%。因此，无论是从经济性上来讲，还是从节能性上来讲，冰蓄冷空调于建筑节能都有着非常大的优势。

结束语：

从当前很多的应用案例来看，冰蓄冷空调技术非常适用于办公楼、大型商场、影剧院、体育馆、大会堂、学校、工业厂房等大型建筑空间。从目前国内电力能源利用率情况来看，发展冰蓄冷空调技术，建设节能性建筑是势在必行的趋势。未来，冰蓄冷空调在建筑节能当中还将发挥更大优势，进一步降低建筑耗能。

参考文献：

[1]陈力；康璐洋；崔金兰；王娟；司瑞芹；赵全胜.冰蓄冷技术在商业建筑项目中的典型应用[J].河南电力，2015（01）：142-143.

[2]张萍萍.基于冰蓄冷空调系统建筑节能与可持续发展的探讨[J].四川水泥，2015（03）：126-127.

[3]张微；殷尧其；徐越；汤海兵.带有热回收的冰蓄冷集中式空调系统在空调节能改造中的应用[J].能源技术，2016（06）：137-138.