1、冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)原理及主要特點(diǎn)

冰蓄冷空調(diào)技術(shù)是指在用電低谷時(shí)用電制冰并暫時(shí)蓄存在蓄冰裝置中，在需要時(shí)(如用電高峰)把冷量取出來進(jìn)行利用。由此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的“削峰填谷”，有利于降低發(fā)電裝機(jī)容量，維持電網(wǎng)的安全高效運(yùn)行。
冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：
(1)降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。
(2)制冷機(jī)組的容量小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)相應(yīng)的冷卻塔、水泵、輸變電系統(tǒng)容量減少。
(3)在某些常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)配上冰蓄冷設(shè)備，可以提高30%~50%的供冷能力。
(4)可以作為穩(wěn)定的冷源供應(yīng)，提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
(5)制冷設(shè)備大多處于滿負(fù)荷的運(yùn)行狀況，減少開停機(jī)次數(shù)，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。
(6)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行削峰填谷，提高于電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性，降低發(fā)電裝機(jī)容量。
(7)減少發(fā)電廠對(duì)環(huán)境的污染。

2系統(tǒng)的組成及制冰方式分類

2.1系統(tǒng)組成
冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)一般由制冷機(jī)組、蓄冷設(shè)備(或蓄水池)、輔助設(shè)備及設(shè)備之間的連接、調(diào)節(jié)控制裝置等組成。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)種類多種多樣，無論采用哪種形式，其最終的目的是為建筑物提供一個(gè)舒適的環(huán)境。另外，系統(tǒng)還應(yīng)達(dá)到能源最佳使用效率，節(jié)省運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi)，為用戶提供一個(gè)安全可靠的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。

2.2制冰方式分類
根據(jù)制冰方式的不同，冰蓄冷可以分為靜態(tài)制冰、動(dòng)態(tài)制冰兩大類。此外還有一些特殊的制冰結(jié)冰，冰本身始終處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這一類制冰方式包括冰盤管式、封裝式等多種具體形式。動(dòng)態(tài)制冰方式在制冰過程中有冰晶、冰漿生成，且處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。每一種制冰具體形式都有其自身的特點(diǎn)和適用的場(chǎng)合。

3運(yùn)行策略與自動(dòng)控制

3.1運(yùn)行策略
與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)不同，蓄冷系統(tǒng)可以通過制冷機(jī)組或蓄冷設(shè)備或兩者同時(shí)為建筑物供冷，用以確定在某一給定時(shí)刻，多少負(fù)荷是由制冷機(jī)組提供，多少負(fù)荷是由蓄冷設(shè)備供給的方法，即為系統(tǒng)的運(yùn)行策略。蓄冷系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中必須制定一個(gè)合適的運(yùn)行策略，確定具體的控制策略，并詳細(xì)給出系統(tǒng)中的設(shè)備是應(yīng)作調(diào)節(jié)還是周期性開停。對(duì)于部分蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)策略主要是解決每時(shí)段制冷設(shè)備之間的供冷負(fù)荷分配問題，以下為蓄冷系統(tǒng)通常選擇的幾種運(yùn)行策略。
3.1.1制冷機(jī)組優(yōu)先式
蓄冷系統(tǒng)采用制冷機(jī)組優(yōu)先式運(yùn)行策略是指制冷機(jī)組首先直接供冷，超過制冷機(jī)組供冷能力的負(fù)荷由蓄冷設(shè)備釋冷提供。這種策略通常用于單位蓄冷量所需費(fèi)用高于單位制冷機(jī)組產(chǎn)冷量所需費(fèi)用，通過降低空調(diào)尖峰負(fù)荷值，可以大幅度節(jié)省系統(tǒng)的投資費(fèi)用。
3.1.2蓄冷設(shè)備優(yōu)先式
蓄冷設(shè)備優(yōu)先式運(yùn)行策略是指蓄冷設(shè)備優(yōu)先釋冷，超過釋冷能力的負(fù)荷由制冷機(jī)組負(fù)責(zé)供冷。這種方式通常用于單位蓄冷量所需的費(fèi)用低于單位制冷機(jī)組產(chǎn)冷量所需的費(fèi)用。蓄冷設(shè)備優(yōu)先式在控制上要比制冷機(jī)組優(yōu)先式相對(duì)復(fù)雜些。在下一個(gè)蓄冷過程開始前，蓄冷設(shè)備應(yīng)盡可能將蓄存的冷量全部釋放完，即充分利用蓄冷設(shè)備的可利用蓄冷量，降低蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用;另外應(yīng)避免蓄冷設(shè)備在釋冷過程的前段時(shí)間將蓄存的大部分冷量釋放，而在以后尖峰負(fù)荷時(shí)，制冷機(jī)組和蓄冷設(shè)備無法滿足空調(diào)負(fù)荷需要的現(xiàn)象，因此應(yīng)合理地控制蓄冷設(shè)備的剩余冷量，特別是對(duì)于設(shè)計(jì)日空調(diào)尖峰負(fù)荷出現(xiàn)在下午時(shí)段時(shí)非常重要。一般情況，蓄冷設(shè)備優(yōu)先式運(yùn)行策略要求蓄冷系統(tǒng)應(yīng)預(yù)測(cè)出當(dāng)日24小時(shí)空調(diào)負(fù)荷分布圖，并確定出當(dāng)日制冷機(jī)組在供冷過程中最小供冷量控制分布圖，以保證蓄冷設(shè)備隨時(shí)有足夠釋冷量配合制冷機(jī)組滿足空調(diào)負(fù)荷的要求。
3.1.3負(fù)荷控制式(限制負(fù)荷式)
負(fù)荷控制式就是在電力負(fù)荷不足的時(shí)段，對(duì)制冷機(jī)組的供冷量加以限制的一種控制方法。通常這種方法是受電力負(fù)荷限制時(shí)才采用，超過制冷機(jī)組供冷量的負(fù)荷可由蓄冷設(shè)備負(fù)責(zé)。例如某城市電力負(fù)荷高峰時(shí)段(上午8∶00~11∶00)，禁止制冷機(jī)組運(yùn)行。
3.1.4均衡負(fù)荷式
均衡負(fù)荷式是指在部分蓄冷系統(tǒng)中，制冷機(jī)組在設(shè)計(jì)日24小時(shí)內(nèi)基本上滿負(fù)荷運(yùn)行;在夜間滿載蓄冷，白天當(dāng)制冷機(jī)組產(chǎn)冷量大于空調(diào)冷負(fù)荷時(shí)，將滿足冷負(fù)荷所剩余的冷量(用冰的形式)蓄存起來;當(dāng)空調(diào)冷負(fù)荷大于制冷機(jī)組的制冷量時(shí)，不足的部分由蓄冷設(shè)備(融冰)來完成。這種方式系統(tǒng)的初期投資最小，制冷機(jī)組的利用率最高，但在設(shè)計(jì)日空調(diào)負(fù)荷高峰時(shí)段與當(dāng)?shù)仉娏ω?fù)荷高峰時(shí)段是否相同時(shí)，即是否與當(dāng)?shù)仉妰r(jià)低谷時(shí)段相重疊，如不重疊，則系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用較高。

3.2自動(dòng)控制
蓄冷系統(tǒng)的控制，除了保證蓄冷和供冷模式的轉(zhuǎn)換以及空調(diào)供水或回水溫度控制以外，主要應(yīng)解決制冷機(jī)組與蓄冷設(shè)備之間供冷負(fù)荷分配問題，特別是在部分負(fù)荷時(shí)，應(yīng)保證盡可能地將蓄冷設(shè)備的冷量釋放完，即可采用融冰優(yōu)先式運(yùn)行策略，甚至可采用全蓄冷運(yùn)行，即白天制冷機(jī)組停開，空調(diào)負(fù)荷全部由蓄冷設(shè)備滿足。而在設(shè)計(jì)日空調(diào)負(fù)荷時(shí)，應(yīng)采用制冷機(jī)組優(yōu)先式運(yùn)行策略，以保證逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷要求。目前蓄冷系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，大多采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)的直接數(shù)字控制器與電子傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)相結(jié)合的直接數(shù)字控制系統(tǒng)。制冷機(jī)組的蓄冷量是定量的輸出，而蓄冷設(shè)備的釋冷是總量的輸出。如兩者為串聯(lián)時(shí)，控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，供水溫度易保持恒定;而對(duì)于并聯(lián)系統(tǒng)，供水溫度控制較難，特別是在釋冷融冰后期，蓄冷設(shè)備的出口溫度在逐漸升高，與制冷機(jī)組出口溫度相比很難保持恒定不變。為了使每天蓄冷設(shè)備冷量充分釋放，保持較為恒定的供水溫度，滿足設(shè)計(jì)日空調(diào)負(fù)荷要求，通常利用計(jì)算機(jī)作為蓄冷系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備;并利用系統(tǒng)中設(shè)置的流量計(jì)、溫度計(jì)反饋的信號(hào)，逐時(shí)監(jiān)視蓄冷設(shè)備的內(nèi)部狀況;通過計(jì)算機(jī)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的預(yù)測(cè)，以此制定蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行策略是制冷機(jī)組優(yōu)先式還是蓄冷設(shè)備優(yōu)先式。 

4、工程運(yùn)行分析

市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心于對(duì)市電力醫(yī)院冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行直供和蓄冷運(yùn)行的對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如下：
4.1市電力公司公布的每日峰、平、谷電時(shí)段及電價(jià)
峰電:8∶00~11∶00和18∶00~23∶00，電價(jià)為0.878元/kWh;
平電:7∶00~8∶00和11∶00~18∶00，電價(jià)為0.540元/kWh;
谷電:23∶00~次日7∶00，電價(jià)為0.224元/kWh。

4.2效益分析
工程于1999年竣工并投入使用，空調(diào)面積約5700m2，蓄冷系統(tǒng)選用2臺(tái)螺桿式雙工況制冷機(jī)組，單機(jī)空調(diào)工況制冷量70RT(246kW)，制冰工況制冷量47RT(165kW)。蓄冷系統(tǒng)由一個(gè)60m3蓄冰罐，內(nèi)裝STL-CO型冰球，3臺(tái)溶液泵，冷卻水系統(tǒng)，自控系統(tǒng)組成。蓄冷冷媒為乙二醇(25%)———水溶液。
測(cè)試結(jié)果如下：
(1)蓄冷時(shí)間、蓄冷量:蓄冷時(shí)間7小時(shí)(晚11∶00~次日晨6∶00)皆為谷電時(shí)間。蓄冷量:1702.66kWh。
(2)第一周期，即蓄冷———釋冷運(yùn)行方式。總耗電量1234.81kWh，電費(fèi)合計(jì)420.33元，供出冷量1676.94kWh。
(3)第二周期，即直接供冷運(yùn)行方式?？偤碾娏?159.78kWh，電費(fèi)合計(jì)792.63元，供出冷量水1342.78kWh。
(4)第一周期方式與第二周期方式比較:耗電量增加75.03kWh，但電費(fèi)節(jié)省372.3元/天。

5、推廣建議

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的適用場(chǎng)所:商場(chǎng)、賓館、飯店、辦公樓等冷負(fù)荷高峰和用電高峰基本相同，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的場(chǎng)所;體育館、展覽館、影劇院等冷負(fù)荷大，持續(xù)時(shí)間短的場(chǎng)所;制藥、食品加工、啤酒工業(yè)、奶制品工業(yè)等用冷量大，絕大多數(shù)空調(diào)負(fù)荷集中在白天的制造業(yè);現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)制冷能力已不能滿足負(fù)荷需要，需要擴(kuò)大供冷量的場(chǎng)所，這時(shí)可以不增加主機(jī)，改造成冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)最有利。
冰蓄冷空調(diào)有良好的節(jié)能環(huán)保效益，其技術(shù)運(yùn)用了幾十年，已經(jīng)相當(dāng)成熟、可靠。筆者對(duì)推行冰蓄冷空調(diào)提出如下建議:加強(qiáng)宣傳、普及冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)知識(shí);電力部門和建設(shè)部門聯(lián)合推廣試點(diǎn)示范工程;政府設(shè)立專項(xiàng)扶持基金、優(yōu)惠貸款來鼓勵(lì)企業(yè)采用冰蓄冷技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，政府制定相關(guān)政策，強(qiáng)制推廣應(yīng)用冰蓄冷空調(diào)。