摘要：本文簡述了冰蓄冷空調(diào)與常規(guī)空調(diào)相比的優(yōu)越性及其運(yùn)行策略。冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的原理并不復(fù)雜，從結(jié)構(gòu)上講，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的主要特征是比傳統(tǒng)空調(diào)多了一套蓄冷設(shè)備，而制冷系統(tǒng)及空調(diào)箱循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)基本上與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)是一樣的。它主要是利用水的的顯熱或水、冰相變過程的潛熱遷移等特性，充分利用電網(wǎng)低谷電開機(jī)蓄冷，在電網(wǎng)用電高峰時段釋放冷量，以緩和電網(wǎng)峰段電力供需矛盾，達(dá)到“移峰填谷”的目的。
關(guān)鍵詞：冰蓄冷 蓄冷設(shè)備 低溫水 節(jié)能
采用人工制冷的蓄冷空調(diào)大約出現(xiàn)在1930年前后，最初用于影劇院、乳品加工廠等短時間使用降溫、負(fù)荷集中的場所，目的是為了減少制冷機(jī)容量和制冷設(shè)備的購置費(fèi)用。隨著制冷機(jī)價格顯著降低，節(jié)省購置費(fèi)用已日漸失去了吸引力。但逐漸人們意識到蓄冷空調(diào)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電力移峰填谷，提高能源的利用效率。近年來國家及地方電力部門相續(xù)制定了峰谷電價政策及獎勵措施以鼓勵蓄冷空調(diào)的發(fā)展。國家電力部于2000年早已作出了于2000年移峰填谷1000～1200萬Kw的規(guī)劃要求，為此，國內(nèi)一些電網(wǎng)和城市已陸續(xù)實(shí)行了分時峰谷電價政策，峰谷電價比約在2～5之間，有些城市還減免電力貼費(fèi)，于政策上支持蓄冷技術(shù)發(fā)展。
蓄冷空調(diào)技術(shù)的原理并不復(fù)雜，從結(jié)構(gòu)上講，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的主要特征是比傳統(tǒng)空調(diào)多了一套蓄冷設(shè)備，而制冷系統(tǒng)及空調(diào)箱循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)基本上與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)是一樣的。它主要是利用水的的顯熱或水、冰相變過程的潛熱遷移等特性，充分利用電網(wǎng)低谷電開機(jī)蓄冷，在電網(wǎng)用電高峰時段釋放冷量，以緩和電網(wǎng)峰段電力供需矛盾，達(dá)到“ 移峰填谷”的目的.即盡可能利用低谷電力負(fù)荷，使制冷機(jī)在滿負(fù)荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，將空調(diào)全部或部分冷量以顯熱或潛熱形式儲存，一旦出現(xiàn)空調(diào)冷負(fù)荷，則令冷凍水循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)提供空調(diào)所需冷量或令冰吸收熔解熱融化后以低溫水形式提供空調(diào)所需冷量。
事實(shí)上，空調(diào)系統(tǒng)在全天的制冷周期中是不可能都以100%的容量運(yùn)行的。空調(diào)負(fù)荷的高峰多數(shù)是出現(xiàn)在下午2:00～5:00之間，此時的環(huán)境溫度最高，空調(diào)冷負(fù)荷也最大。在其它時間內(nèi)，冷水機(jī)組只在“部分負(fù)荷”里運(yùn)行，如圖1。但是，制冷機(jī)必須按逐時最大負(fù)荷選用。如果可以將空調(diào)負(fù)荷轉(zhuǎn)移到峰值以外的時間去，或?qū)⒖照{(diào)負(fù)荷降至平均負(fù)荷，則只需選用較小制冷能力冷水機(jī)組，有效地降低制冷機(jī)裝機(jī)電功率。
圖1
圖2
圖3
采用蓄冷式空調(diào)時，有兩種負(fù)荷管理策略可以考慮。在電費(fèi)價格在不同時間里有較大的差別時，我們可以將全部的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到廉價電費(fèi)的時間里運(yùn)行，即谷電運(yùn)行，此時可選用一臺能供應(yīng)足夠冷量的冷水機(jī)組，將整個負(fù)荷轉(zhuǎn)移到高峰以外的時間去，這稱之為“全部蓄冷系統(tǒng)”。
圖2表示了同一大樓空調(diào)負(fù)荷的曲線，是將全部冷負(fù)荷轉(zhuǎn)移到峰值以外的14個小時里，冷水機(jī)組在夜間由蓄冷裝置蓄冷，白天將儲存的能量釋放以完成750“冷噸?小時”的制冷需求。平均負(fù)荷減少到近一半約53.6冷噸(75冷噸?小時÷14小時＝53.6冷噸)，這樣大大的減少了用電的費(fèi)用。
實(shí)際上，采用部分蓄冷是最實(shí)用的，并且也是一種最低投資的負(fù)荷管理策略。在這種負(fù)荷均衡的方式中，冷水機(jī)組連續(xù)運(yùn)行。它在夜間用來制冰蓄冷，在白天利用儲存的冷量及冷水機(jī)組的制冷量為大樓提供空調(diào)。該方案運(yùn)行時數(shù)從14小時擴(kuò)展為全天24小時，可以得到最低的平均負(fù)荷31.25冷噸(750冷噸?小時÷24小時＝31.25冷噸)，如圖3所示，其耗電費(fèi)用減少，而且冷水機(jī)組的功率也可減少50%～60%。
與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)不僅可以獲得很大的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以均衡電網(wǎng)峰谷負(fù)荷，提高電廠發(fā)電效益，從而使各行各業(yè)受益，具有很大的國民經(jīng)濟(jì)意義。蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比，可節(jié)能5%～45%左右。其節(jié)能效果隨空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)的不同(連續(xù)還是間歇運(yùn)行，峰谷負(fù)荷比等)，電價體制的不同，以及氣象參數(shù)的差別等不同有所差別?？傊?，蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)更為節(jié)能是無疑的，而且蓄冷式空調(diào)對電網(wǎng)的移峰填谷作用相當(dāng)于擴(kuò)大了電力再生產(chǎn)，對發(fā)展社會生產(chǎn)力具有現(xiàn)實(shí)意義。
與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)(尤其是冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng))之所以具有良好的節(jié)能特性和經(jīng)濟(jì)效益，主要?dú)w結(jié)如下：
(1) 充分利用夜間谷值負(fù)荷的廉價電力，可大幅度節(jié)省電費(fèi)開支，且峰谷電費(fèi)差價越大，其經(jīng)濟(jì)效益越顯著。
(2) 通常冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)容量可以減小，其附屬運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備和電力設(shè)施的容量或功率均相應(yīng)減小，從而減少了設(shè)備投資費(fèi)用。
(3) 冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)的制冷設(shè)備經(jīng)常處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，有助于主機(jī)運(yùn)行效率的提高。
(4) 充分利用夜間大氣的相對低溫，降低了冷凝溫度，從而提高了制冷機(jī)的產(chǎn)冷量和性能系數(shù)COP(冷凝溫度降低1℃約可提高產(chǎn)冷量2%左右)。
(5) 冰蓄冷式空調(diào)的連續(xù)運(yùn)行，避免了間歇運(yùn)行中啟動、停機(jī)時造成的不必要的能量浪費(fèi)。
(6) 冰蓄冷系統(tǒng)，提供的冷凍水溫差大，水流量可相應(yīng)的減少，水管、水泵、閥門等型號也均可減小，系統(tǒng)阻力降低，并且降低了空調(diào)水系統(tǒng)的投資。
(7) 因冷凍水的工作溫差大，使空調(diào)供風(fēng)的溫差也相應(yīng)增大，從而使風(fēng)道、風(fēng)機(jī)、閥門、風(fēng)口等型號均可減小，風(fēng)阻力降低，而且提供的空調(diào)舒適性更佳。
(8) 由于水、風(fēng)的有關(guān)設(shè)備、配管尺寸相對減小和電力設(shè)備配線、配管尺寸的減小，使建筑物的可用空間相應(yīng)擴(kuò)大。
(9) 由于冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)的蓄冷槽內(nèi)儲有冷量，一旦發(fā)生意外停電，可啟動小功率應(yīng)急發(fā)電機(jī)帶動循環(huán)水泵和風(fēng)機(jī)，可以保證局部重要區(qū)域的空調(diào)要求。
(10) 冰蓄冷式空調(diào)適用于于有時出現(xiàn)空調(diào)尖峰負(fù)荷的場所。在這樣的場所中，制冷機(jī)可按空調(diào)平均負(fù)荷選用，蓄冷式空調(diào)擔(dān)負(fù)尖峰負(fù)荷，出現(xiàn)尖峰負(fù)荷后，
制冷機(jī)不運(yùn)行，蓄冷式空調(diào)投入使用。這樣可以有效的降低制冷裝置的裝機(jī)容量。
(11) 在風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的系統(tǒng)中，可降低供回水參數(shù)，使新風(fēng)負(fù)擔(dān)所有潛熱，風(fēng)機(jī)盤管負(fù)擔(dān)所有顯熱，有效的改善室內(nèi)衛(wèi)生條件。
冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)除存在以上諸多優(yōu)點(diǎn)外，也存在著不足的一面，主要?dú)w結(jié)如下：
(1) 冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)，尤其是冰蓄冷系統(tǒng)，冷媒蒸發(fā)溫度較低，與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，制冷機(jī)處于更低的溫度下運(yùn)行，使其運(yùn)行效率較低。
(2) 冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)增添了蓄冷設(shè)備，除了增加這部分設(shè)備投資外，還必須占用一定的空間以設(shè)置蓄冷系統(tǒng)。
(3) 冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時間不同于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，一則是在夜間，二則運(yùn)行時間往往大大延長，這就給系統(tǒng)管理增加了難度。
(4) 由于冰蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)的冷凍水溫度、供風(fēng)溫度均低于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，因此，水管和風(fēng)道的保溫要求也必然提高。
筆者于2000年參與了保定十方商貿(mào)城冰蓄冷空調(diào)的設(shè)計。保定十方商貿(mào)城建筑面積15600m2，地上一層,底下一層，空調(diào)面積為14200m2。經(jīng)計算，總冷負(fù)荷為2230Kw，采用兩臺制冷量為700Kw的雙工況制冷機(jī)，蓄冰設(shè)備為3個蓄冰罐，內(nèi)裝CRISTOPIA AC100高效蓄冰球142m3，總蓄冷量7735Kw.h。系統(tǒng)運(yùn)行策略如下：
1、9：00-21：00：兩臺制冷機(jī)按空調(diào)工況運(yùn)行，12小時共輸出冷量16800Kw.h
2、9：00-21：00：蓄冰設(shè)備融冰輸出，12小時共輸出冷量6695Kw.h。
3、23：00-7：00：制冷機(jī)按制冰工況運(yùn)行，8小時共向蓄冰設(shè)備蓄冷6860Kw.h
保定采取了峰谷電價政策，高峰段：8：00-11：00，18：00-23：00，電價0.603元；平段：7：00-8：00，11：00-18：00，電價0.402元；低谷段：23：00-7：00，電價0.201元。
按運(yùn)行期由5月1日至10月1日5個月時間內(nèi)，根據(jù)不同的負(fù)荷率，經(jīng)計算冰蓄冷空調(diào)可比常規(guī)空調(diào)節(jié)能17.7萬元。裝機(jī)電功率可比常規(guī)空調(diào)減低190Kw.
參考書目：
1.《蓄冷式空調(diào)技術(shù)手冊》 嚴(yán)德龍、張維君，電子工業(yè)部 第十設(shè)計研究院
2.《空調(diào)蓄冷應(yīng)用技術(shù)》 嚴(yán)德龍、張維君，電子工業(yè)部 第十設(shè)計研究院
3.《制冷技術(shù)》94～96年 上海市制冷學(xué)會
通風(fēng)設(shè)備網(wǎng)：http://m.boshiwj.com