水蓄冷、冰蓄冷空调系统浅析

水蓄冷、冰蓄冷空调系统浅析
发表时间：2019-03-21T15:47:56.907Z 来源：《防护工程》2018年第34期作者：丁岳峰
[导读] 在白天用电高峰时释放该冷量提供空调服务，从而缓解空调高峰电力的矛盾。

目前较为流行的蓄冷方式有二种，即水蓄冷、冰蓄冷。

中冶华天南京工程技术有限公司江苏南京 210000
引言
蓄冷技术，简而言之，是利用夜间电网多余的谷荷电力继续运转制冷机制冷，并通过介质将冷量储存起来，在白天用电高峰时释放该冷量提供空调服务，从而缓解空调高峰电力的矛盾。

目前较为流行的蓄冷方式有二种，即水蓄冷、冰蓄冷。

正文
随着现代工业的发展和人民生活水平的提高。

中央空调的应用越来越广泛，其耗电量也越来越大，一些大中城市中央用电量已占其高峰用电量的20%以上，使得电力系统峰谷负荷差加大，电网负荷率下降，电网不得不实行拉闸限电，严重制约着工农业生产，对人们正常的生活带来不少影响。

解决该问题的有效办法之一是应用于蓄冷技术，将空调用电从白天高峰期转移到夜间低谷期，均衡城市电网负荷，达到多峰填谷的目的，蓄冷技术的原理，简而言之，是利用夜间电网多余的谷荷电力继续运转制冷机制冷，并以冰的形式储存起来，在白天用电高峰时将冰融化提供空调服务，从而避免中央空调争用高峰电力，最常用的蓄冷方式主要有两大类：冰蓄冷和水蓄冷。

一、冰蓄冷
顾名思义蓄冷介质以冰为主，不同的制冰开式，构成不同的蓄冷系统。

蓄冷系统的思想通常有两种，完全蓄冷与部分蓄冷。

因为部分蓄冷方式可以削减空调制冷系统高峰耗电量，而且初投资夜间比较低所以目前采用较多，在确定部分负荷蓄冷系统的装置容量时，一般有两种情况，
1、空调系统夜间不运行，仅白天运行，或者夜间运行的空调负荷较小，在这种情况下，选择制冷机的最佳平衡计算公式应为
qc=Q/（N1+CfN2） Qs=N2Cfqc，
式中qc：以空调工况为基点时的制冷机制冷量，kw，Qs：蓄冰槽容量，KWH；
N1：白天制冷主机在空调工况下的运行小时数，由于白天制冷机不一空均为满载运行，计算时该值可取（0.8-1.0）n. N2：夜间制冷主机在蓄冷工况下的运行小时数。

Cf：冷水机组系数，即冷水机组蓄冰工况制冷能力与空调工况制冷能力的比值，一般活塞式与离心式冷水机组约为0.65，螺杆式冷水机组约为0.7.它取决于工况的温度条件和机组型号。

根据这个公式，我们结合具体的工程，就可得出应配置的冷水机组的制冷能力与蓄冰槽容量。

2、空调系统部分夜间运行，而且所需的冷负荷比较大。

在这种情况下，我样一般以夜间所需的冷负荷为依据。

选择基载主机。

然后从总负荷中扣除基载主机所承担的负荷，再按第一种情况合理配制冷水机与蓄冰槽。

二、水蓄冷
水蓄冷是利用3-7°C的低温水进行蓄冷，可直接与常规系统区配，无需其它专门设备。

其优点是：投资省，维修费用少，管理比较简单。

但由于水的蓄能密度低，只能储存水的显热，故蓄水槽上地面积大。

如若利用高层建筑内的消防水池，在确定制冷机容量与蓄冷槽的容量时，可根据消防水池的容量来计算出蓄冷量，然后根据剩余负荷量来确定制冷机组的制冷量。

最后校核一下冷水机组能否满足夜间蓄冷的需要。

三、冰蓄冷与水蓄冷的对比
水蓄冷系统不仅从节能而且从节省初投资方面都具有很大的优越性，它充分利用了建筑的消防水池，不再占用建筑面积，节省了机房面积，但我们不能因此而完全肯定水蓄冷，否定冰蓄冷，他们各用各自的适用范围，下面我们来分析一下：根据公式qc=Q/（N1+CfN2） Qs=N2Cfqc
我们可得出蓄冷比率：
η=Qs/Q=（N2Cfqc）/Q=（N2Cfqc）/[（N1+CfN2）×（N2Cfqc）/Q]
=1/[1+（N1/（CfN2））
对于一般的办公建筑来说，N1、Cf、N2均为确定值，分别为8.5，8，0.7，则η=1（1+8.5/0.7×8）=39.7%
在这个比率下，制冷机与蓄冷槽容量配置为最佳，对冰蓄冷而言，因蓄冰槽可根据蓄冷量的大小来配置，不受任何限制，我们就可根据这一比率来确定蓄冷量，从而配置出相应的制冷机与蓄冰槽，但对水蓄冷而言，因为它利用的是消防水池，而建筑物消防水池的容积只与建筑物的性质及使用功能有关，与建筑面积没有关系，那么在这一条件下限制下，对于空调面积只与建筑物的性质及使用功能有关，与建筑面积没有关系，那么在这一条件下，对空调面积较小的建筑物来说，水池所蓄存的冷量占全日总冷量的比率接近于39.7%，则我们建议采用冰蓄冷系统，对空调面积较小的建筑物来说，水池所蓄存的冷量占全日总冷量的比率接于39.7%，甚至高于39.7%，则我们应采用水蓄冷系统，同时，应与水系统的分区结合起来。

造价方面，同等蓄冷量的水蓄冷系统造价约为冰蓄冷的一半或更低。

冰蓄冷需要的双工况制冷机组价格高，装机容量大，增加了配电装置的费用，且冰槽的价格高，使用有乙二醇数量多，价格贵，管路系统和控制系统均较复杂，因此总造价高。

蓄冷系统装机容量方面，水蓄冷的蒸发温度与常规空调相差不大，且可采取并联供冷等方式使装机容量减小。

冰蓄冷工质的蒸发温度较低，制冷机组在蓄冰工况下的制冷能力系数Cf为0.6～0.65（制冰温度为-6℃时），其制冷能力比制冷机组在空调工况下低0.4～0.35。

相同制冷量下，冰蓄冷的双工况制冷机组容量要大于常规空调工况机组。

移峰量上看在同等投入的情况下，水蓄冷系统一般设计为全削峰，节省电费大大多于冰蓄冷系统。

冰蓄冷为降低造价，一般为1/2或1/3削峰，节省电费少于水蓄冷系统。

用电量（系统效率）上看，水蓄冷属节能型空调，由于夜间蓄冷效率较白天高，系统满负荷运行时间大幅增加，扣除蓄冷损失等不利因素，较一般常规空调节电约10%。

冰蓄冷属耗能型空调，制冰时效率下降达30%，综合其夜间制冷、满负荷运行时间大幅增加等因素后，其较一般常规空调多耗电20%左右。

蓄冷装置的蓄冷密度，蓄冷水池的蓄冷密度为7~11.6KW/M3。

由于冰蓄冷的有效容积较小，如果将安装蓄冰槽的房间用作蓄冷水池，加上消防水池，其蓄冷量与冰蓄冷基本一致。

冰蓄冷槽的蓄冷密度为40~50KW/M3，约为水蓄冷的4~5倍，但因其有效容积小，实际二者蓄冷能力近乎相当。

蓄冷槽占用空间，水蓄冷相对较大，但因蓄冷在一个蓄冷槽内完成全部蓄冷和放冷过程，占用空间绝大部分是有效的蓄冷空间，部分具体已投运的项目表明，水蓄冷实际占用空间只略大于冰蓄冷。

冰蓄冷相对较小，但因蓄冷一般在多个蓄冷槽内实现，设备间需留有检修通道及开盖距离，且冰槽内有乙二醇及预留结冰时膨胀空间，故其有效空间只是实际占用空间的一小部分。

蓄冷装置的兼容性上蓄冷水池冬季可兼作蓄热水池，对于热泵运行的系统特别有用，但此时不能作为消防水池。

若单独作蓄冷水槽时可作为消防水池使用。

蓄冰槽没有此功能。

蓄冷槽位置，水蓄冷槽可置于绿化带下、停车场下或空地上以及利用消防水池改造而成。

一般安装在室内，会占用正常机房面积。

适用性方面，水蓄冷适合老用户空调系统蓄冷改造，也适合新装空调蓄冷系统建设。

冰蓄冷只适合新装用户，改造老用户需改造主机为双工况机组等因素，一般难实现。

运行状况响应速度方面，水蓄冷运行简便，易于操作，放冷速度、大小可依需冷负荷而定。

可即需即供，无时间延迟。

冰蓄冷需溶冰，故放冷速度、大小受限制，需约30分钟的时间延迟才可正常供冷。

综上所述，很多已建成的水蓄冷和冰蓄冷空调工程，由于精心的设计、施工和运行，不仅保证了工程质量，达到了设计要求，而且在“移峰填谷”、节省运行费用、减少变电设备投资等方面均起到了积极作用。

由于蓄冷储能提供了低温冷源，为低温送风技术的利用创造了有利条件。

蓄冷技术与低温送风技术相结合，既可以有效减小峰谷差，又可以节省初投资，是目前国际暖通空调行业公认的值得广泛应用的技术。

水、冰蓄冷系统具有投资小，运行可靠，制冷效果好，经济效益明显的特点，每年能为用户节省可观的中央空调年运行费用，还可实现大温差送水和应急冷源，相对于冰蓄冷系统投资大，调试复杂，推广难度较大的情况来说，水蓄冷具有经济简单的特点，可利用大型建筑本身具有的消防水池来进行冷量储存，所以水蓄冷技术具有广阔的发展空间和应用前景，其社会效益体现在可以平衡电网负荷，减少电厂投资，净化环境，符合国家产业政策发展方向。

参考文献：
[1] 高俊峰暖通设计中的经济性控制策略[J]. 山西建筑. 2012(27)
[2] 邹中强浅析暖通空调的节能设计及其运用[J].科技风. 2011
[3] 陆耀庆实用供热空调设计手册[S].中国建筑工业出版社. 2008。