簡述蓄冰空調的應用………申鳳華
發布時間：[2015-02-13] 關注度：[]北京國金管理咨詢有限公司 申鳳華
一、 蓄冰空調
1、蓄冰空調
蓄冰空調即是在電力負荷較低的夜間用電低谷期，采用電制冷機制冷，將冷量以冰的形式儲存起來；在電力負荷較高的白天，也就是用電高峰期，將儲存的冷量釋放出來，以滿足建筑物空調負荷的需要。同時在空調負荷較小的春秋季節，減少電制冷機的開啟，盡量融冰釋冷，滿足空調負荷。
2、蓄冰空調的社會效益
近年來，盡管我國電力工業發展較快，但在一些經濟發達地區用電仍很緊張，成為制約經濟發展的瓶頸。由于電網負荷率低，供電系統的峰谷差大，造成用電高峰時供電緊缺。同時，城市生活、商業用電的快速增長，特別是夏季用電負荷的驟增，使得城市電網已遠不能適應。因此，“節約高峰用電”已成為政府和電力管理部門緩解電力緊缺問題的重要舉措之一，并通過制定用電優惠政策等手段以推動電力“削峰填谷”的實現。蓄冰空調系統作為一種蓄能技術，不但可以轉移電力高峰期用電，平衡電網的峰谷差，提高發電機組效率，而且可以減少新建電廠、蓄能電站的投資，減少環境污染，有利于生態平衡，從而獲得政府有關部門和各級電力系統的大力推廣。
3、蓄冰空調在我國發展概況
我國蓄冰空調的研究與使用起步較晚，80年代全國僅有少數體育館采用了蓄冰空調。直到1989年，國家才開始投入大量財力、人力對蓄冰空調技術進行系統研究，目前已全面推廣使用，國內蓄冷空調項目近三百余個，其中杭州、北京、山東三地的份額最多。典型的項目有廣州大學城、上海火車站、上海浦東國際機場二期、深圳電子科技大廈項目等。
二、蓄冰空調系統的適用條件
1、執行峰谷電價，且差價較大的地區；
2、冷負荷高峰時段與電網高峰時段重合，且在電網低谷時段空調負荷較小的項目；
3、 電力容量或電力供應受到限制的空調項目；
4、 原有的制冷系統需擴容，但無電負荷增容條件，或增容費用較高的項目；
5、 需要采用低溫冷水或要求采用低溫送風的空調工程；
6、 要求部分時段備用制冷量的空調工程；
7、 在一晝夜或某一周期內，最大冷負荷高出平均負荷較多，并經常處于部分負荷運行的空調工程。
三、蓄冰空調系統技術特點
1、減少制冷主機及冷卻塔容量和裝機功率，減少范圍在30％～50％；
2、使設備滿負荷運行比例增大，提高設備利用率和工作效率，且運行狀態穩定；
3、減少電力增容費用，同時減少電力設備投資，如變壓器、配電柜等；
4、減少空調系統的運行費用，分時電價差越大，業主收益越大；
5、具有應急冷源，空調可靠性提高；
6、系統啟動后，只須15至20分鐘即可達到所需的空調溫度，而常規中央空調則需要1小時左右。
7、蓄冰系統與大溫差系統、低溫送風系統相結合，可進一步節省初期投資，提高空氣品質。
四、蓄冰空調系統設計原則
1、經濟
蓄冰空調系統設計須依據影響初期投資及運行成本的各種因素綜合考慮而確定，蓄冰空調系統中的蓄冰容量越大初期投資越高，但可節約更多的運行成本，因而在方案設計時，須詳盡研究系統的電力增容投資、峰谷電價結構及設備初投資等資料，以期達到最佳的經濟效益，在降低初期投資的同時節約更多的運行成本，轉移更多的高峰用電量。
2、高效節能
進行蓄冰空調系統設計時，須依據設計負荷的需求確定系統選型，盡可能地減少各種設備的裝機容量，改善主機工作條件，提高主機效率，充分利用蓄冰裝置的優勢，盡量減少系統的能耗。
3、完整可靠
評價蓄冰空調系統品質的最重要的依據是系統的整體效能及運行穩定性。進行系統設計時，須結合蓄冰空調系統的運行特點，優選各種設備，以使系統配合完美，符合整體運行要求。同時各種配套設備也要求能經受長期穩定工作的考驗，減少對系統的維護，滿足壽命要求。
4、有效利用空間
蓄冰裝置應根據現場實際情況，盡可能不占用建筑物的有效空間，可放置于屋頂、地下室及室外綠化帶下。
五、蓄冰空調系統的分類
按蓄冰和融冰的時段的安排不同，蓄冰空調系統分為：完全蓄冰系統和部分蓄冰系統。部分蓄冰系統又分：完全削峰蓄冰系統和部分削峰蓄冰系統。
完全蓄冰系統雖然其運行費用最省，但由于投資較高，占地面積較大，一般很少采用，但是如果經過分析完全蓄冰的經濟效益與社會效益都很好時，在條件允許的情況下，還是應該提倡采用。部分蓄冰系統，盡管其運行費用的節省效益比不上完全蓄冰系統，由于系統的初期投資與常規的空調系統相差不大（制冷設備減少，增加蓄冷設備，二者相差不多），運行費用大幅度下降，這種蓄冰系統目前在國內外應用廣泛。
六、蓄冰裝置的選用
蓄冰空調系統包括：制冷系統、蓄冰裝置和空調末端三大部分組成，蓄冰裝置作為蓄冰空調系統的核心設備，無論對整個系統運行效果是否安全可靠、高效節能，還是對造價控制都至關重要。
蓄冰裝置可根據其制冰機理，分為動態蓄冰和靜態蓄冰，國內絕大多數采用簡單可靠的靜態蓄冰。與靜態蓄冰相適應的蓄冰裝置主要有封裝式和盤管式兩種，封裝式蓄冰裝置為完全凍結的外融冰形式，以法國CIAT公司的冰球式產品為代表；盤管式蓄冰設備在國內應用的大多是內融冰形式，細分為U形塑料盤管、蛇形金屬盤管等。U形塑料盤管為完全凍結式蓄冰裝置，以美國FAFCO的產品為代表；金屬蛇形盤管為非完全凍結式蓄冰裝置，以美國BAC、益美高的產品為代表等。近年來出現一些國產蓄冰裝置，以杭州華電華源公司的導熱塑料盤管為代表。蓄冰裝置形式不同，則其性能及應用有較大區別。
1、冰球式
冰球式蓄冰設備為一個（或數個）蓄冰槽，槽內裝有數以萬計甚至幾十萬個冰球（球體為高密度聚乙烯，內裝水及冰成核劑）槽內僅上下各有一排大口徑布水管，中間全部為冰球，乙二醇水溶液充滿整個冰槽，所有冰球懸浮在乙二醇水溶液中。蓄冰時，低溫乙二醇溶液流經容器外部，則內部的水逐漸由外向內結冰；融冰時，從空調末端回流的溫熱乙二醇溶液流經容器外部，使容器內的冰逐漸由外而內融化釋冷。冰球式蓄冰裝置蓄冰速度較慢，但取冷速度較快且在整個過程中不斷降低，甚至最后的約20％冷量很難取出應用，這樣需增加蓄冷時間。冰球式蓄冰裝置盡管具有流動阻力小、安裝方便的優點，但由于其放冷速度快，乙二醇用量大，只適用于短期快速取冷或在某時段禁用冷機的場合，在一般情況應用較少。
2、鋼盤管
鋼盤管采用鋼帶連續卷焊而成，其間無接頭，只有一條焊縫，鋼管焊縫不明顯，同時彎曲成蛇形，并通過X光探傷儀器進行檢測。每臺設備由不同數量盤管組成，并通過上下集液槽進行并聯連接，形成整體設備，最后整體熱鋟鋅工藝進行防腐。鋼管斷面分圓形（BAC產品）和橢圓形（益美高產品），蓄冰時水平管外結成圓柱狀冰，冰層間有足夠空間，為非完全凍結式。此類盤管蓄冷速度較快，取冷速度較恒定，性能良好的蓄冰槽出口溫度在整個取冷過程中可基本保持在4～5℃。盡管此盤管也有體積大、安裝不便、造價高的不足，但因其具有蓄放冷性能優異、堅固耐用等因素，被廣泛應用在國內外重點工程。工程案例很多，如廣州大學城（總蓄冰量253248RTH）、北京中關村區域供冷（總蓄冰量28560RTH）、中央電視臺新址（總蓄冰量22800RTH）、中國石化大廈（總蓄冰量18240RTH）、北京光彩國際中心（總蓄冰量21280RTH）等。
3、塑料盤管
每組盤管由200根組成，采用改性PP材料一次吹塑成型的管道，盤管與集管的連接采用熱熔焊接技術，并采用激光對位保證集管散流孔的位置與直徑，從而使得流量均衡分布到每一根盤管中。
蓄冰完成時盤管間完全結成冰塊，屬于完全凍結式。在融冰時冰塊易漂浮水面，槽內溫度不很均勻。此盤管蓄放冷性能介于鋼盤管和冰球之間，而因具有體輕、安裝維修方便、對制冷劑無特殊要求、造價較低等特點，在工程實際中也有較多案例，特別適用于安裝空間受到限制的改擴建工程。工程案例有中國國際貿易一期（總蓄冰量 5500 RTH）、中國國際貿易三期（總蓄冰量23226RTH） RTH）、深圳香格里拉飯店（總蓄冰量5500RTH）等。
對蓄冰裝置應根據工程特點及規模，不僅考慮蓄冰裝置的蓄放冷性能特點、還應兼顧安裝維護、造價等因素來綜合選擇。
七、中國國家博物館蓄冰空調系統介紹
中國國家博物館建筑總面積19.19萬平方米，空調設計日冷負荷21328KW，冷源采用部分蓄冰空調系統，制冷主機上游與蓄冰裝置串聯，采用冷凍水大溫差設計，冷凍水供回水溫度為5/12℃。設有3臺基載主機和4臺雙工況主機，蓄冰裝置采用BAC不完全凍結式鋼盤管，總蓄冰量73660KWH。
根據建筑空調負荷分布和北京分時電價情況，本工程的蓄冰空調系統運行工況包括：
1、雙工況主機制冰＋基載主機供冷；
2、雙工況主機制冰兼供冷；
3、融冰供冷＋基載主機制冷；
4、雙工況主機供冷＋基載主機供冷；
5、雙工況主機供冷＋基載主機供冷＋融冰供冷；
根據本工程的空調負荷、系統設備配置及北京現在的電價政策，經測算本工程采用蓄冰空調技術后，每年可節約20%～30%的運行電費（與常規電制冷空調系統相比），每年可以轉移高峰電力負荷約1500 MWh，其移峰填谷的效果顯著。
