浅谈冰蓄冷系统

浅谈冰蓄冷系统

最早接触“冰蓄冷”是在金庸小说《天龙八部》中，虚竹小和尚被天山童姥裹挟到西夏国王宫一个冰窖中，冰窖里堆满的是为王公贵族夏天取凉用的冰块，不用说那些冰块肯定是在冬天里用水“蓄”下来的“冷”，但这毕竟是小说，不能轻信。到后来有机会参观紫禁城，听导游小姐讲皇帝们夏天乘凉的方式竟然也是如小说中讲的一般，可见“冰蓄冷”技术在我国确实是有，而且已经发展了很长时间。

到了现代，我们依然能用到“冰蓄冷系统”，当然现在的技术和形式肯定比古代要先进和复杂的多，通过专业课的学习和查阅相关资料，我对“冰蓄冷技术”有了新的更全面的认识，现总结如下:

1. 冰蓄冷技术的原理

冰蓄冷技术是指在用电低谷时用电制冰并暂时蓄存在蓄冰装置中, 在需要时( 如用电高峰) 把冷量取出来进行利用。由此可以实现对电网的“削峰填谷”, 有利于降低发电装机

容量, 维持电网的安全高效运行。

2. 系统的组成及制冰方式分类

2.1 系统组成

冰蓄冷系统一般由制冷机组、蓄冷设备( 或蓄水池) 、辅助设备及设备之间的连接、调节控制装置等组成。冰蓄冷空调系统设计种类多种多样, 无论采用哪种形式, 其最终的目的是为建筑物提供一个舒适的环境。另外, 系统还应达到能源最佳使用效率, 节省运转电费, 为用户提供一个安全可靠的冰蓄冷空调系统。

2.2 制冰方式分类

根据制冰方式的不同, 冰蓄冷可以分为静态制冰、动态制冰两大类。此外还有一些特殊的制冰结冰, 冰本身始终处于相对静止状态, 这一类制冰方式包括冰盘管式、封装式等多种具体形式。动态制冰方式在制冰过程中有冰晶、冰浆生成, 且处于运动状态。每一种制冰具体形式都有其自身的特点和适用的场合。

3. 蓄冷技术的发展阶段及应用状况

3.1 蓄冷技术的发展阶段

蓄冷技术最初开始于20 世纪30 年代，其发展大致经历了3 个阶段。

（1）从20 世纪30 年代至60 年代，是以削减空调制冷设备装机容量为主要目标，以小冷机带动大冷负荷的蓄冷阶段，特别是1950—1960 年间，发展很快，主要采用水蓄冷技术，优点是投资省、技术要求低、维修费用少，可用于一些周期性使用，供冷时间又短的建筑物，如教堂、体育馆、礼堂。

（2）1973 年全球性的经济危机，再次引起人们对蓄冷技术的关注和研究。人们开始实验性地将蓄冷技术引入建筑物空调系统，以转移尖峰用电时段空调负荷为主要目的，此阶段主要在办公楼、大型商场内推广蓄冷技术。

（3）1983 年在美国能源部主持召开的第3 次“蓄冷技术在制冷工程中的应用”专题研讨会上，首次提出了与冰蓄冷相结合的低温送风系统。蓄冷技术的发展从此进入了第3 个阶段。除了转移尖峰用电时段的空调负荷外，又增加了利用冰蓄冷的“高品位冷量”，以提高空调制冷系统整体能效和降低空调制冷系统整体投资及建筑造价。蓄冷空调的应用范围扩展到实验楼、研究中心、工厂、学校、

医院等类型的建筑，以及区域供冷的改造。

3.2 冰蓄冷技术在国内外的应用状况

3.2.1 冰蓄冷技术在国外应用情况

20 世纪70 年代，美国、加拿大和欧洲一些工业发达国家就已开始尝试性地将冰蓄冷技术引入集中式空调系统。1981 年前后，美国开始推广应用蓄冷技术，并颁布了相关的奖励措施，如在夏季用电高峰期移峰1 kW 奖励200 美元，并分担50%的可行性研究费用。到20 世纪90 年代，每移峰1 kW 负荷奖励金额最高可达500 美元，在美国从事蓄冷系统开发及冰蓄冷专用制冷机开发的公司多达数十家目前在北美地区新增的中央空调中，冰蓄冷空调已占80%以上的份额。冰蓄冷不但用于建筑物的空调系统，而且在食品乳业、农业、工业和其他行业也都采用。近10 年，日本新建、改建冰蓄冷项目3 000 多个，电网低谷用量使用率达45%；韩国已经立法，3 000 m2以上的公共建筑必须采用蓄冰空调系统。

最近几年，冰蓄冷在美国不断得到发展，CALMAC蓄冰筒、FAFCO 蓄冰罐等日趋完善，同时在替代CFC 冷水机组方面也要求尽可能采用一些蓄冷系统。另外，各国纷纷成立各种蓄冷研究中心，对蓄冰设备的研究开发主要集中在制冰、蓄冰、取冰、融冰技术和蓄冰槽IPF 测定方法的讨论上，对系统的研究主要集中在系统优化设计、建立客观的综合评价方法上。

3.2.2 冰蓄冷技术在国内应用情况

我国自改革开放以来，社会生产力、综合国力和人民生活水平都有较大的提高，电力工业作为国民经济的基础产业之一，已取得长足的发展，但电力供应高峰不足而低谷过剩的矛盾仍未得到改善。1994 年国家计委、电力部等部门决定实行峰谷不同的电价政策，来缓解电力建设和新增用电的矛盾，这为蓄冷技术提供了广阔的发展前景。进入20 世纪90 年代以来，蓄冷技术在我国发展很快，1993 年首次在深圳中电大厦落户，1999 年底已建成和正在建的蓄能空调有87 项，截至到2004 年底，我国已建成或正在建的冰蓄冷工程约计318 项。党的十六届五中全会提出把节约资源作为基本国策，“十一五”规划纲要进一步把“十一五”时期单位GDP 能耗降低20%左右作为约束性指标。2006 年7 月19 日国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，进一步重申节能工作的意义及要求，把节能工作摆在更加突出的战略位置，这为蓄冰空调在国内的发展提供了良好的契机。在中国大力发展蓄冰空调的技术已经相当成熟，广泛应用蓄能技术已势在必行。

4.冰蓄冷系统的优缺点

4.1 冰蓄冷系统的优点

与传统空调系统相比，冰蓄冷式空调系统(尤其是冰蓄冷空调系统)之所以具有良好的节能特性和经济效益，主要归结如下：

(1) 充分利用夜间谷值负荷的廉价电力，可大幅度节省电费开支，且峰谷电费差价越大，其经济效益越显著。

(2) 通常冰蓄冷式空调系统的制冷机容量可以减小，其附属运转设备和电力设施的容量或功率均相应减小，从而减少了设备投资费用。

(3) 冰蓄冷式空调系统的制冷设备经常处于满负荷运行状态，有助于主机运行效率的提高。

(4) 充分利用夜间大气的相对低温，降低了冷凝温度，从而提高了制冷机的产冷量和性能系数COP(冷凝温度降低1℃约可提高产冷量2%左右)。

(5) 冰蓄冷式空调的连续运行，避免了间歇运行中启动、停机时造成的不必要的能量浪费。

(6) 冰蓄冷系统，提供的冷冻水温差大，水流量可相应的减少，水管、水泵、阀门等型号也均可减小，系统阻力降低，并且降低了空调水系统的投资。

(7) 因冷冻水的工作温差大，使空调供风的温差也相应增大，从而使风道、风机、阀门、风口等型号均可减小，风阻力降低，而且提供的空调舒适性更佳。

(8) 由于水、风的有关设备、配管尺寸相对减小和电力设备配线、配管尺寸的减小，使建筑物的可用空间相应扩大。

(9) 由于冰蓄冷式空调系统的蓄冷槽内储有冷量，一旦发生意外停电，可启动小功率应急发电机带动循环水泵和风机，可以保证局部重要区域的空调要求。

(10) 冰蓄冷式空调适用于于有时出现空调尖峰负荷的场所。在这样的场所中，制冷机可按空调平均负荷选用，蓄冷式空调担负尖峰负荷，出现尖峰负荷后，制冷机不运行，蓄冷式空调投入使用。这样可以有效的降低制冷装置的装机容量。

(11) 在风机盘管加新风的系统中，可降低供回水参数，使新风负担所有潜热，风机盘管负担所有显热，有效的改善室内卫生条件。

4.2 冰蓄冷系统的缺点

冰蓄冷式空调系统除存在以上诸多优点外，也存在着不足的一面，主要归结如下：

(1) 冰蓄冷式空调系统，尤其是冰蓄冷系统，冷媒蒸发温度较低，与常规空调系统相比，制冷机处于更低的温度下运行，使其运行效率较低。

(2) 冰蓄冷式空调系统比传统空调系统增添了蓄冷设备，除了增加这部分设备投资外，还必须占用一定的空间以设置蓄冷系统。

(3) 冰蓄冷式空调系统的运行时间不同于传统空调系统，一则是在夜间，二则运行时间往往大大延长，这就给系统管理增加了难度。

(4) 由于冰蓄冷式空调系统的冷冻水温度、供风温度均低于常规空调系统，因此，水管和风道的保温要求也必然提高。

冰蓄冷技术是人类在面对能源危机时优化资源配置、保护生态环境的一项重大技术革命，有着良好的社会效应和经济效益，因此它具有很大的发展潜力，值得我们去关注和学习。