冰 速度云蓄 冷 技 术
周 明
蓄冰空调系统即是在电力负荷很低的夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将冷量以冰的形式贮存起来。在电力负荷较高的白天也就是用电高峰期，把储存的冷量释放出来，以满足建筑物空调负荷的需要。同时在空调负荷较小的春秋季减少电制冷机的开启，尽量融冰释冷，提供空调负荷。蓄冰空调系统是“转移用电负荷”或“平衡用电负荷”的有效方法。 电力工业是国民经济的基础产业，目前我国的发电装机容量已居世界第二位，但仍不能满足电力消费量；同时电力消费出现夏季冬季差值持续加大的现象，而同一天的上午和晚上电力消费量亦较其他时段达到高峰。
过去国家实行供电侧调节，主要靠新建电厂和建设蓄能电站，但仍满足不了每年用电量以5～7%增长的需要，同时电力系统峰谷差也急剧增加，电网负荷率明显下降，极大影响了发电的成本和电网的安全运行。由于电能本身不易储存，因此近年来国家从电用户方面考虑
并制定了一系列的移峰填谷和节约用电政策加强对用电需求侧的管理（DSM），
由于高峰用电量中空调用电一般占了30%以上，建筑物用电的40～60%左右，采用蓄冰空调后可大大缓解由于空调用电负荷在用电峰谷时段的不均衡而造成的电网不均衡。因此现在全国有许多城市的电力部门都适时推出了分时电价结构和许多相关的优惠政策，以鼓励人们使用蓄冰空调。
冰蓄冷空调技术是实现电网削峰填谷主要方法之一，目前该项技术在世界上属于成熟的技术，正被世界各国广泛的应用于各个领域。根据权威机构99年的资料显示，蓄冰工程已有1.5万个在全球各地正常运行，仅我国台湾省到2000年末就有近500个蓄冰空调系统正在运行。国内目前也有150个蓄冰空调系统工程在运行或建设之中，发展势头十分迅猛。国家电力公司也在有关文件中提出积极推广蓄冰空调技术，转移高峰电力，提高电网经济运行和资源综合利用水平，以达到节能和环境保护的目的。
二、冰蓄冷空调系统主要特点
冰蓄冷空调系统相对于常规空调系统具有以下一些特点：
1. 冷水机组高效率运行，系统运行灵活，冷量一比一的配置对负荷变化的适应性很强。
2. 减少制冷主机的容量和数量，减少系统的电力容量与变配电设施费用。
3. 易于实现低温送风，相对湿度较低，提高室内空气品质并节省大风输送系统的投资和 幕表能耗。
4. 利用电网峰谷电力差价，每年可节省可观的系统运行费用。
5. 备用应急恒定冷源，使中央空调更可靠。
6. 自动化程度高，管理简单，可实现无人职守、网上监控，无消防等级要求。
7. 平衡电网峰谷负荷，优化电力资源配置。
8. 因增加了储冰设备，初投资比常规电制冷空调略高，占地略大。（增加的设备包括蓄冰槽、循环泵、板式热交换器等，机房设备投资增加约10%～20%）
三、电力蓄冷装置的型式
冰蓄冷空调系统比常规空调系统增加了一个蓄冰装置，蓄冰装置的形式多种多样，一般有蓄冰槽、蓄冰球、蓄冰桶等。
目前在我国实际采用的蓄冷装置主要是两大类：
1、封装式蓄冷槽：其中又分为冰球式蓄冷槽（如法国CIAT的产品）和蕊芯褶囊冰球式蓄冷槽（如杭州华源公司的产品）。它是以放置在蓄冰箱（罐）内的冰球作为热交换器，利用低谷电将冰球内的水冻结，储存冷量。
冰球式蓄冷槽的蓄冷速度较慢，但取冷速度较快且在整个过程中会不断降低，适用于短期快速取冷，但约有20%的冷量储存比较困难，需增加蓄冷时间或降低蓄冰工况水温。实例为深圳中电大厦。
蕊芯褶囊冰球式蓄冷槽的换热性能较普通圆形冰球有所改善，蓄冷速度更快，取冷后期的传热性能也有一定改善。
2、盘管式蓄冷槽：是以放置在蓄冰槽（罐）内的用金属或塑料制成的盘管作为热交换器，利用低谷电将盘管外的水冻结，储存冷量。目前在国内应用的一般都是内融冰形式，可细
分为U形塑料盘管、圆形塑料盘管、金属蛇形盘管等几种。
金属蛇形盘管式蓄冷槽的蓄冷速度较快，取冷速度较恒定，而且性能良好的蓄冷槽出口温度在整个取冷过程中可基本保持在4～5摄氏度。如美国BAC及清华同方的产品均能达到标准。
U形塑料盘管式蓄冷槽和圆形塑料盘管式蓄冷槽的性能特征与金属蛇形盘管相近，但在融冰过程中取冷水温会较缓慢地升高。
3、水蓄冷：是以水为蓄冷介质，利用低谷电将蓄冷槽（罐）内的水降至2-5℃，储存冷量。
4、其它型式：冰蓄冷还有冰晶式、优态盐式、直接蒸发式等型式。
四、冰球式与盘管式蓄冷设备的比较
冰球式与盘管式蓄冷设备是在我国应用较广泛的两类蓄冷系统形式，下表将从蓄冰融冰特性、设备寿命及应用于系统时的各种问题对金属盘管式和冰球式蓄冷设备进行全面的比较：
类别 | 盘管式 | 冰球式 |
材料 | 钢，不易破损，寿命长。 | 塑料，易破损，寿命短。海曼明斯基 |
蓄冷 | 蓄冷速度快，温度高；蓄冷温度一般－2ºC至－5.5ºC，冷机蒸发温度－10ºC，机组出力相对高。 | 蓄冷速度慢，温度低；蓄冷温度一般－3ºC至－7ºC明光市教育局，冷机蒸发温度－13ºC，机组出力相对低。 |
取冷 | 融冰出水温度低，一般可用3～5ºC，水温稳定，可保持较大的换热温差，故板式换热器小。 | 融冰前期快，出水温度不易控制，水温波动大，后期水温往往很难满足要求，故板式换热器大。 |
设备 寿命 | 管外结冰，无内应力变化，寿命长。 | 球内结冰，有内应力或伸缩变化，球壁易裂，寿命较短。 |
系统 | 系统灵活，由于取冰出水温度低且稳定，故可设计为串联系统，当然也可并联。 | 由于取冷水温高且不稳定，故一般系统均为并联式。 |
控制 | 控制简单，蓄冷取冷流向相同，一般只用4个电动阀门。 | 控制复杂，蓄冷取冷流向相反，一般需用6个电动阀门。 |
结冰量测量 | 结冰量可依冰槽内水位变化得到精确测量，不必另加流量计累计冰量。 | 结冰量不易测得，装流量计增加投资而且累计计算精度不高。 |
乙二醇用量 | 乙二醇浓度低，且用量小，约为同样蓄冰容量冰球系统的三分之一至五分之一。 | 乙二醇浓度高，且因冰球罐容量大，故用量多，约为同样蓄冰容量盘管系统的三至五倍。 |
乙二醇 | 乙二醇在管内流动，流速快，不易沉淀。 | 乙二醇在球外罐内流动，流速慢，易沉淀，且易造成流动短路现象，影响换热效果。 |
奔腾电磁炉电路图有效利用率 | 保证出水温度为4ºC时有效利用率95%。 | 保证出水温度为5ºC时有效利用率65%。 |
设备 布置 | 可充分利用机房层高采用双层布置；还可利用建筑物的基础，减少占地面积。 | 普通的主机房层高一般在4.3～4.8米左右，不能充分利用其高度。 |
相关系统设备 | 因系统出水温度较低，温差较大（可达7～9ºC），故可使双工况主机、板式热交换器及水泵的设备造价减低；同时因系统流量的降低会使水泵电机容量降低，水泵运行费用降低；所有管道的尺寸降低从而减少系统造价。 | 江西省教育资源公共服务平台因系统温差较低（仅为5ºC左右），因而板式热交换器及水泵的容量均较大，所有管道尺寸也较大，系统造价较大。 |
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五、冰蓄冷空调优缺点分析及经济指标估算
（一）蓄冰空调的优缺点：
优点：
1) 平衡电网峰谷负荷，减缓电厂和供配电设施的建设。
2) 制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。
3) 利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。冰蓄冷空调系统利用低谷电价，其运行费用比常规电制冷空调系统减少38%左右。
4) 无污染、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理。
5) 冷冻水温度可降到1－4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。
6) 相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。
7) 具有应急冷源，空调可靠性提高。
8) 冷量全年一对一配置，能量利用率高。
缺点：
1) 通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大。冰蓄冷空调系统比常规电制冷空调系统初投资费用增加16%。
2) 蓄冰装置要占用一定的建筑空间。
3) 制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低。
4) 设计与调试相对复杂。
以上4项缺点经过有关政府部门和工程技术人员的努力，有些已得到克服，有些得到了缓解，有些尚在进一步研究当中。冰蓄冷空调一次性投资较常规空调大已得到了有效的克服，通常对于适合采用冰蓄冷空调的建筑，如常规空调系统选用风冷热泵或直燃型溴化锂吸收式制冷机，一般冰蓄冷空调投资不会超过常规空调系统；但如果常规系统选用水冷式
电动冷水机组则其投资通常较冰蓄冷低20％左右，但是如计及电力增容费其二者投资也有可能持平。经过近几年工程技术界的研究开发，有些蓄能装置可以不占用有效建筑空间。如温州体育馆、建行杭州分行办公楼、上海锦都大厦、杭州国际大厦等等，其蓄冰装置分别采用无压混凝土槽、无压或有压钢槽（罐）等分设于绿化草皮地下、停车场地下、屋顶等非使用建筑空间。蓄能空调机房面积可做到不超过常规空调冷冻机房占用的建筑面积。可利用自控系统，将蓄存的冷量全年一对一有效利用，可做到空调全年用电量不增加，如结合大温差、超低温送风空调技术其全年用电量可得到节约。最后一项缺点，可由蓄能专业工程公司承担，采用设计、制造、安装、调试、售后服务一条龙作业。能有效克服设计与调试相对复杂的不足。
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