北京国金管理咨询有限公司    申凤华

 

一、 蓄冰空调

1、蓄冰空调

蓄冰空调即是在电力负荷较低的夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将冷量以冰的形式储存起来；在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，将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节，减少电制冷机的开启，尽量融冰释冷，满足空调负荷。

2、蓄冰空调的社会效益

近年来，尽管我国电力工业发展较快，但在一些经济发达地区用电仍很紧张，成为制约经济发展的瓶颈。由于电网负荷率低，供电系统的峰谷差大，造成用电高峰时供电紧缺。同时，城市生活、商业用电的快速增长，特别是夏季用电负荷的骤增，使得城市电网已远不能适应。因此，“节约高峰用电”已成为政府和电力管理部门缓解电力紧缺问题的重要举措之一，并通过制定用电优惠政策等手段以推动电力“削峰填谷”的实现。蓄冰空调系统作为一种蓄能技术，不但可以转移电力高峰期用电，平衡电网的峰谷差，提高发电机组效率，而且可以减少新建电厂、蓄能电站的投资，减少环境污染，有利于生态平衡，从而获得政府有关部门和各级电力系统的大力推广。

3、蓄冰空调在我国发展概况

我国蓄冰空调的研究与使用起步较晚，80年代全国仅有少数体育馆采用了蓄冰空调。直到1989年，国家才开始投入大量财力、人力对蓄冰空调技术进行系统研究，目前已全面推广使用，国内蓄冷空调项目近三百余个，其中杭州、北京、山东三地的份额最多。典型的项目有广州大学城、上海火车站、上海浦东国际机场二期、深圳电子科技大厦项目等。

二、蓄冰空调系统的适用条件

1、执行峰谷电价，且差价较大的地区；

2、冷负荷高峰时段与电网高峰时段重合，且在电网低谷时段空调负荷较小的项目；

3、 电力容量或电力供应受到限制的空调项目；

4、 原有的制冷系统需扩容，但无电负荷增容条件，或增容费用较高的项目；

5、 需要采用低温冷水或要求采用低温送风的空调工程；

6、 要求部分时段备用制冷量的空调工程；

7、 在一昼夜或某一周期内，最大冷负荷高出平均负荷较多，并经常处于部分负荷运行的空调工程。          

三、蓄冰空调系统技术特点

1、减少制冷主机及冷却塔容量和装机功率，减少范围在30％～50％；

2、使设备满负荷运行比例增大，提高设备利用率和工作效率，且运行状态稳定；

3、减少电力增容费用，同时减少电力设备投资，如变压器、配电柜等；

4、减少空调系统的运行费用，分时电价差越大，业主收益越大；

5、具有应急冷源，空调可靠性提高；

6、系统启动后，只须15至20分钟即可达到所需的空调温度，而常规中央空调则需要1小时左右。

7、蓄冰系统与大温差系统、低温送风系统相结合，可进一步节省初期投资，提高空气品质。

四、蓄冰空调系统设计原则

1、经济

蓄冰空调系统设计须依据影响初期投资及运行成本的各种因素综合考虑而确定，蓄冰空调系统中的蓄冰容量越大初期投资越高，但可节约更多的运行成本，因而在方案设计时，须详尽研究系统的电力增容投资、峰谷电价结构及设备初投资等资料，以期达到最佳的经济效益，在降低初期投资的同时节约更多的运行成本，转移更多的高峰用电量。

2、高效节能

进行蓄冰空调系统设计时，须依据设计负荷的需求确定系统选型，尽可能地减少各种设备的装机容量，改善主机工作条件，提高主机效率，充分利用蓄冰装置的优势，尽量减少系统的能耗。

3、完整可靠

评价蓄冰空调系统品质的最重要的依据是系统的整体效能及运行稳定性。进行系统设计时，须结合蓄冰空调系统的运行特点，优选各种设备，以使系统配合完美，符合整体运行要求。同时各种配套设备也要求能经受长期稳定工作的考验，减少对系统的维护，满足寿命要求。

4、有效利用空间

蓄冰装置应根据现场实际情况，尽可能不占用建筑物的有效空间，可放置于屋顶、地下室及室外绿化带下。

五、蓄冰空调系统的分类

按蓄冰和融冰的时段的安排不同，蓄冰空调系统分为：完全蓄冰系统和部分蓄冰系统。部分蓄冰系统又分：完全削峰蓄冰系统和部分削峰蓄冰系统。
    完全蓄冰系统虽然其运行费用最省，但由于投资较高，占地面积较大，一般很少采用，但是如果经过分析完全蓄冰的经济效益与社会效益都很好时，在条件允许的情况下，还是应该提倡采用。部分蓄冰系统，尽管其运行费用的节省效益比不上完全蓄冰系统，由于系统的初期投资与常规的空调系统相差不大（制冷设备减少，增加蓄冷设备，二者相差不多），运行费用大幅度下降，这种蓄冰系统目前在国内外应用广泛。

六、蓄冰装置的选用

蓄冰空调系统包括：制冷系统、蓄冰装置和空调末端三大部分组成，蓄冰装置作为蓄冰空调系统的核心设备，无论对整个系统运行效果是否安全可靠、高效节能，还是对造价控制都至关重要。

蓄冰装置可根据其制冰机理，分为动态蓄冰和静态蓄冰，国内绝大多数采用简单可靠的静态蓄冰。与静态蓄冰相适应的蓄冰装置主要有封装式和盘管式两种，封装式蓄冰装置为完全冻结的外融冰形式，以法国CIAT公司的冰球式产品为代表；盘管式蓄冰设备在国内应用的大多是内融冰形式，细分为U形塑料盘管、蛇形金属盘管等。U形塑料盘管为完全冻结式蓄冰装置，以美国FAFCO的产品为代表；金属蛇形盘管为非完全冻结式蓄冰装置，以美国BAC、益美高的产品为代表等。近年来出现一些国产蓄冰装置，以杭州华电华源公司的导热塑料盘管为代表。蓄冰装置形式不同，则其性能及应用有较大区别。

1、冰球式

冰球式蓄冰设备为一个（或数个）蓄冰槽，槽内装有数以万计甚至几十万个冰球（球体为高密度聚乙烯，内装水及冰成核剂）槽内仅上下各有一排大口径布水管，中间全部为冰球，乙二醇水溶液充满整个冰槽，所有冰球悬浮在乙二醇水溶液中。蓄冰时，低温乙二醇溶液流经容器外部，则内部的水逐渐由外向内结冰；融冰时，从空调末端回流的温热乙二醇溶液流经容器外部，使容器内的冰逐渐由外而内融化释冷。冰球式蓄冰装置蓄冰速度较慢，但取冷速度较快且在整个过程中不断降低，甚至最后的约20％冷量很难取出应用，这样需增加蓄冷时间。冰球式蓄冰装置尽管具有流动阻力小、安装方便的优点，但由于其放冷速度快，乙二醇用量大，只适用于短期快速取冷或在某时段禁用冷机的场合，在一般情况应用较少。

2、钢盘管

钢盘管采用钢带连续卷焊而成，其间无接头，只有一条焊缝，钢管焊缝不明显，同时弯曲成蛇形，并通过X光探伤仪器进行检测。每台设备由不同数量盘管组成，并通过上下集液槽进行并联连接，形成整体设备，最后整体热锓锌工艺进行防腐。钢管断面分圆形（BAC产品）和椭圆形（益美高产品），蓄冰时水平管外结成圆柱状冰，冰层间有足够空间，为非完全冻结式。此类盘管蓄冷速度较快，取冷速度较恒定，性能良好的蓄冰槽出口温度在整个取冷过程中可基本保持在4～5℃。尽管此盘管也有体积大、安装不便、造价高的不足，但因其具有蓄放冷性能优异、坚固耐用等因素，被广泛应用在国内外重点工程。工程案例很多，如广州大学城（总蓄冰量253248RTH）、北京中关村区域供冷（总蓄冰量28560RTH）、中央电视台新址（总蓄冰量22800RTH）、中国石化大厦（总蓄冰量18240RTH）、北京光彩国际中心（总蓄冰量21280RTH）等。

3、塑料盘管

每组盘管由200根组成，采用改性PP材料一次吹塑成型的管道，盘管与集管的连接采用热熔焊接技术，并采用激光对位保证集管散流孔的位置与直径，从而使得流量均衡分布到每一根盘管中。

蓄冰完成时盘管间完全结成冰块，属于完全冻结式。在融冰时冰块易漂浮水面，槽内温度不很均匀。此盘管蓄放冷性能介于钢盘管和冰球之间，而因具有体轻、安装维修方便、对制冷剂无特殊要求、造价较低等特点，在工程实际中也有较多案例，特别适用于安装空间受到限制的改扩建工程。工程案例有中国国际贸易一期（总蓄冰量 5500 RTH）、中国国际贸易三期（总蓄冰量23226RTH）      RTH）、深圳香格里拉饭店（总蓄冰量5500RTH）等。

对蓄冰装置应根据工程特点及规模，不仅考虑蓄冰装置的蓄放冷性能特点、还应兼顾安装维护、造价等因素来综合选择。

七、中国国家博物馆蓄冰空调系统介绍

中国国家博物馆建筑总面积19.19万平方米，空调设计日冷负荷21328KW，冷源采用部分蓄冰空调系统，制冷主机上游与蓄冰装置串联，采用冷冻水大温差设计，冷冻水供回水温度为5/12℃。设有3台基载主机和4台双工况主机，蓄冰装置采用BAC不完全冻结式钢盘管，总蓄冰量73660KWH。

根据建筑空调负荷分布和北京分时电价情况，本工程的蓄冰空调系统运行工况包括：

1、双工况主机制冰＋基载主机供冷；

2、双工况主机制冰兼供冷；

3、融冰供冷＋基载主机制冷；

4、双工况主机供冷＋基载主机供冷；

5、双工况主机供冷＋基载主机供冷＋融冰供冷；

根据本工程的空调负荷、系统设备配置及北京现在的电价政策，经测算本工程采用蓄冰空调技术后，每年可节约20%～30%的运行电费（与常规电制冷空调系统相比），每年可以转移高峰电力负荷约1500 MWh，其移峰填谷的效果显著。