冰蓄冷空调技术的应用
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开发与利用
冰蓄冷空调技术应用与经济分析
陈 军 １， 梁 勇 ２ （１．江苏金大地房地产开发有限公司， 江苏 南京 ２１００１６； ２．南京金宸建筑设计有限公司， 江苏 南京 ２１００２９）
摘 要： 冰蓄冷中央空调是将实际用电从电网高峰向低谷时段转移， 从而提高电网效率和 节约能源的有效方法之一。文中主要介绍了冰蓄冷空调负荷计算要点、蓄冰系统的组成及蓄冰 系统选择设计计算、冰蓄冷空调系统全年能耗及运行费用； 以冰蓄冷空调工程应用实例分析评 估了该系统的经济性。
陈 军等， 冰蓄冷空调技术应用与经济分析
３ 蓄冰系统选择设计
３．１ 蓄冰主机的选择计算
冰蓄冷空调系统选择蓄冰主机时， 应依据选择
的蓄冷模式和运行策略来定， 通常有： 全负荷蓄冷和
部分负荷蓄冷 ２ 种模式， 所谓全蓄冷就是设计日电
力峰段的总冷负荷全部由蓄冰装置提供， 制冷机此
时不运行， 这种运行方式一般较少采用； 部分蓄冷是
常规空调系统依据峰值冷负荷选定冷水机组和 空调设备， 而蓄冰空调系统则需要根据典型设计日 的总冷负荷和运行策略， 即全负荷蓄冷还是部分负 荷蓄冷， 以及每天的控制策略进行设计。因此， 设计 蓄冰空调时， 应比较准确地提供典型设计日的日负 荷图（每日 ２４ ｈ 的逐时冷负荷）。
典型设计日的逐时负荷应根据典型日逐时气象 数据， 建筑物围护结构、人流、内部设备以及运行制 度进行计算。计算采用“冷负荷系数法”， 计算内容 包括： ①玻璃窗日射得热引起的冷负荷； ②外墙、屋 面、玻璃窗传热消耗的冷负荷； ③照明散热消耗的冷 负荷； ④新风冷负荷； ⑤设备散热引起的冷负荷； ⑥ 人体散热引起的冷负荷； ⑦食物散热引起的冷负荷； ⑧内墙或楼板传热引起的冷负荷。
蓄 冰 系 统 采 用 的 控 制 策 略 有 冰 槽 融 冰 优 先 、冷 机优先 ２ 种， 冷机优先由于不能充分利用电力峰谷 价差的经济性， 在实际中采用不多。因此估算用电 量按冰槽融冰优先进行， 以充分利用冰槽的蓄冰冰 量。年用电量的计算， 除主机外， 还包括各类泵、冷 却风机及基载系统等辅助设备的电耗计算。
常规空调： ４５０ 元／ｋＷ·ｈ， 储冰空调： 免。 ｃ．电力设施费： ８００ 元／ｋＷ·ｈ。 ｄ．每年夏季运行 １２０ ｄ。
陈 军等， 冰蓄冷空调技术应用与经济分析
名称
离心式机组 双工况螺杆机组 常规螺杆机组 冷却塔 冷却塔 冷却塔 冷却水泵 冷却水泵 冷却水泵 冷冻水泵 冷冻水泵 冷冻水泵 初级乙二醇泵 次级乙二醇泵 板式换热器 储冷冰球 储冰槽 乙二醇 自控装置与系统 主材及安装 调试费 土建费用 设计费用 合计
部分负荷蓄冰系统的控制， 除了保证蓄冰工况
与供冷工况之间的转换操作以及空调供水或回水温
度控制以外， 主要解决制冷主机和蓄冰装置之间的
供冷负荷分配问题， 常用的控制策略有 ３ 种： 制冷主
机优先、蓄冰槽优先和优化控制。
开发与利用
４ 系统电耗及经济性分析
估算蓄冰系统用电量的基础数据是全年各供冷 月峰、谷（或峰、平、谷）时段的负荷分布。若系统有基 载， 还需计算各供冷月各时段的基载负荷， 作为估算 基载系统用电量的依据。用电量按月计算， 以电费 时段划分进行分段统计， 并按月对有关的数据进行 分析： 即将各月的供冷天数、供冷小时数、各月各时 段供冷负荷、月负荷系数等按月列表分别统计。
采用常规空调方案与冰储冷空调方案的经济分 析见表 ２。采用冰储冷空调与常规空调机房设备投 资比较见表 ３。
６ 结论
采用冰蓄冷中央空调后， 机房设备的用电功率 减少较大， 使得空调系统的年运行费用下降 ２２．４％， 经济效益非常明显。储冰空调的一次性投资与常规 空调系统相比略高， 但冰蓄冷空调的各项优点得到 了充分的证明， 尽管设计是按主机优先备置， 但借助 于先进的控制系统， 一年中实际有 ４／５ 的时间是按 融冰优先运行， １／３ 的时间可按全量融冰运行， 实际 年运行节约电费 ２０ 多万元。此外， 还可减免不少电
预留负荷 ９２８ 万 ｋＪ／ｈ， 考虑 ８％余量， 系统总负荷约
为 ２ ０２２ 万 ｋＪ／ｈ。
根 据 空 调 的 逐 时 冷 负 荷 分 布 图 、初 期 投 资 估 算
及预期运行成本等各种因素综合考虑， 确定本蓄冰
空调工程采用分量储冰模式。
５．２ 蓄冰系统的设备配置与技术参数
能
蓄冰空调机房设备配置与技术参数见表 １。
双金属蕊芯 ８１６万 ｋＪ／ｈ
涤纶级 可编程序控制器
数量／台 ２ １ ３ ３ ２ ３ ３ １
３ ８００ＲＴｈ ２
３５ ｔ １套
功 率 ／ｋＷ ２４５ ２１１ ２×６ ４５ ２２ ３０ ４５ ３０
总 功 率 ／ｋＷ ４９０ ２１１ ３６ １３５ ４４ ９０ １３５ ３０
谷时段 ２３： ００～７： ００ 电价为 ０．４５ 元／ｋＷ·ｈ。低谷电价 为高峰电价、平峰电价的 １／３ 与 １／２。
１概述
冰蓄冷中央空调能有效地移峰填谷， 平衡电网
的供电负荷， 具有显著的社会和经济效益。冰蓄冷
中央空调工程的经济分析比常规空调工程复杂， 需
要考虑的因素较多， 其主要原因是： ①电网夏季峰
谷价差不同， 供电部门采取的经济手段— ——时间电
能 价与增容建设费的收费标准各异； ②蓄冰空调系统 源
研 的运行电耗与建筑物的冷负荷特性、蓄冷模式、运
究 与
行策略和系统形式等均有关系； ③蓄冰装置的种类
利 很多， 其蓄冰与放冷特性差异较大， 所要求配套的 用
设备各不相同， 因而初投资的差别较大。
２
０
０
７
年
２
空调负荷计算
第
１
期
对蓄冰空调系统进行技术经济分析评估， 首先
３４ 需要进行详细的负荷计算： ①计算典型日逐时供冷
负荷， 作为设备选择的基础； ②计算全年供冷月的动 态负荷， 作为对系统能耗及运行电费分析的基础。
表 ３ 冰储冷空调与常规空调冷冻机房设备投资比较表
规格
６５０ＲＴ ３７５ＲＴ ３２０ＲＴ ６００ ｍ３／ｈ ３５０ ｍ３／ｈ ３００ ｍ３／ｈ ６００ ｍ３／ｈ ３５０ ｍ３／ｈ ３００ ｍ３／ｈ ４００ ｍ３／ｈ ２７０ ｍ３／ｈ ２００ ｍ３／ｈ ２５０ ｍ３／ｈ ２９０ ｍ３／ｈ ８１５万 ｋＪ／ｈ 双金属蕊芯 ７５ ｍ３ 涤纶级
表 ２ 各空调方案经济分析
万元
内容
冰储冷空调方案
常规空调方案
增 加 百 分 比 ／％
备注
能
系统尖峰负荷 ＲＴ
源
冷水机组容量 ＲＴ
研
机房设备用电功率 ｋＷ
究
机房设备配电功率 ｋＶＡ
与
利
一次
机房总造价
用
投资
机房电力增容费
２
０ ０
机房电力设施费
７
年
合计第Βιβλιοθήκη １期年运行费
３６
投资回收期
１ ６００ １ ０７０ １ １５３ １ ３５６
年 第
１７： ００～２１： ００ 电 价 为 １．３５ 元／ｋＷ·ｈ； 平 峰 时 段 １１：
１
期
００～１７： ００， ２１： ００～２３： ００ 电 价 为 ０．８９９ 元／ｋＷ·ｈ； 低 ３５
开发与利用
名称 双工况螺杆机组 常规螺杆机组 冷却塔 冷却泵 初级乙二醇泵 次级乙二醇泵 冷冻水泵 冷冻水泵 储冷冰球 板式换热器 乙二醇 自控装置与系统
蓄冰系统的经济分析以常规系统为比较基准。 虽然蓄冰系统可利用电力优惠政策节约电费， 但一 般必须付出较为昂贵的初投资， 增加的投资费用回 收年限需做详细的经济效益评估。
５ 实例分析
５．１ 工程概况
南京太阳宫广场总建筑面积为 ４５ ０００ ｍ２， 空调
的设计尖峰冷负荷约为 １ ７８３ 万 ｋＪ／ｈ， 人防地下室
陈 军等， 冰蓄冷空调技术应用与经济分析
表 １ 蓄冰空调机房设备配置与技术参数表
型号与规格 ３７５ＲＴ ３２０ＲＴ ３５０ ｍ３／ｈ
３５０ ｍ３／ｈ， ３２ ｍ， １ ４５０ ｒ／ｍｉｎ ２５０ ｍ３／ｈ， ２０ ｍ， １ ４５０ ｒ／ｍｉｎ ２９０ ｍ３／ｈ， １８ ｍ， １ ４５０ ｒ／ｍｉｎ ２７０ ｍ３／ｈ， ３４ ｍ， １ ４５０ ｒ／ｍｉｎ ２００ ｍ３／ｈ， ３４ ｍ， １ ４５０ ｒ／ｍｉｎ
将设计日电力峰段的冷负荷总量转移一部分， 一般
为冷负荷总量的 ３０％～７０％进行蓄冰。部分蓄冷存在
负荷如何分配的问题， 蓄冷比的取值将影响制冷机
容量的选择。若有基载负荷， 在已选择的蓄冰主机
的全天总负荷中扣除基载负荷作为设计依据。
空调蓄冰系统用冷水机组需要适应空调工况和
蓄冰工况， 在设计蓄冰空调系统时， 应掌握冷水机组
工程的冰储冷系统按主机优先模式设计， 全年 在空调的大部分使用时间内按优化控制或全融冰供 冷模式运行。结合冷负荷分布图及南京市的电费政 策， 设计日白天冰储冷空调 ７： ００～９： ００ 时段按融冰 单供冷模式运行， 其余时间按主机优先模式运行， 具 体按以下 ４ 种工作模式进行： ①双工况主机制冰加 基 载 主 机 供 冷 模 式（２３： ００～７： ００）； ②融 冰 单 供 冷 模 式（７： ００￣９： ００）； ③主机与融冰联合供冷模式（９： ００～ ２１： ００）； ④主机单供冷模式（２１： ００～２３： ００）。 ５．４ 经综合统计计算， 各空调方案和设备投资费用 经济分析
１ ６００ １ ６００ １ ４７５ １ ７３５
７４９．６
６３３．９
免
７８
１０８．５
１３８．８
８５８．１
８５０．７
１２１．４
１５６．５
１年 内 （初 投 资 免 电 力 增 容 费 ）
－ ３３．１ － ２１．８ － ２１．８
１８．２ － １００ － ２１．８ ０．８ － ２２．４
冰蓄冷空调技术应用与经济分析
陈 军 １， 梁 勇 ２ （１．江苏金大地房地产开发有限公司， 江苏 南京 ２１００１６； ２．南京金宸建筑设计有限公司， 江苏 南京 ２１００２９）
摘 要： 冰蓄冷中央空调是将实际用电从电网高峰向低谷时段转移， 从而提高电网效率和 节约能源的有效方法之一。文中主要介绍了冰蓄冷空调负荷计算要点、蓄冰系统的组成及蓄冰 系统选择设计计算、冰蓄冷空调系统全年能耗及运行费用； 以冰蓄冷空调工程应用实例分析评 估了该系统的经济性。
陈 军等， 冰蓄冷空调技术应用与经济分析
３ 蓄冰系统选择设计
３．１ 蓄冰主机的选择计算
冰蓄冷空调系统选择蓄冰主机时， 应依据选择
的蓄冷模式和运行策略来定， 通常有： 全负荷蓄冷和
部分负荷蓄冷 ２ 种模式， 所谓全蓄冷就是设计日电
力峰段的总冷负荷全部由蓄冰装置提供， 制冷机此
时不运行， 这种运行方式一般较少采用； 部分蓄冷是
常规空调系统依据峰值冷负荷选定冷水机组和 空调设备， 而蓄冰空调系统则需要根据典型设计日 的总冷负荷和运行策略， 即全负荷蓄冷还是部分负 荷蓄冷， 以及每天的控制策略进行设计。因此， 设计 蓄冰空调时， 应比较准确地提供典型设计日的日负 荷图（每日 ２４ ｈ 的逐时冷负荷）。
典型设计日的逐时负荷应根据典型日逐时气象 数据， 建筑物围护结构、人流、内部设备以及运行制 度进行计算。计算采用“冷负荷系数法”， 计算内容 包括： ①玻璃窗日射得热引起的冷负荷； ②外墙、屋 面、玻璃窗传热消耗的冷负荷； ③照明散热消耗的冷 负荷； ④新风冷负荷； ⑤设备散热引起的冷负荷； ⑥ 人体散热引起的冷负荷； ⑦食物散热引起的冷负荷； ⑧内墙或楼板传热引起的冷负荷。
蓄 冰 系 统 采 用 的 控 制 策 略 有 冰 槽 融 冰 优 先 、冷 机优先 ２ 种， 冷机优先由于不能充分利用电力峰谷 价差的经济性， 在实际中采用不多。因此估算用电 量按冰槽融冰优先进行， 以充分利用冰槽的蓄冰冰 量。年用电量的计算， 除主机外， 还包括各类泵、冷 却风机及基载系统等辅助设备的电耗计算。
常规空调： ４５０ 元／ｋＷ·ｈ， 储冰空调： 免。 ｃ．电力设施费： ８００ 元／ｋＷ·ｈ。 ｄ．每年夏季运行 １２０ ｄ。
陈 军等， 冰蓄冷空调技术应用与经济分析
名称
离心式机组 双工况螺杆机组 常规螺杆机组 冷却塔 冷却塔 冷却塔 冷却水泵 冷却水泵 冷却水泵 冷冻水泵 冷冻水泵 冷冻水泵 初级乙二醇泵 次级乙二醇泵 板式换热器 储冷冰球 储冰槽 乙二醇 自控装置与系统 主材及安装 调试费 土建费用 设计费用 合计
部分负荷蓄冰系统的控制， 除了保证蓄冰工况
与供冷工况之间的转换操作以及空调供水或回水温
度控制以外， 主要解决制冷主机和蓄冰装置之间的
供冷负荷分配问题， 常用的控制策略有 ３ 种： 制冷主
机优先、蓄冰槽优先和优化控制。
开发与利用
４ 系统电耗及经济性分析
估算蓄冰系统用电量的基础数据是全年各供冷 月峰、谷（或峰、平、谷）时段的负荷分布。若系统有基 载， 还需计算各供冷月各时段的基载负荷， 作为估算 基载系统用电量的依据。用电量按月计算， 以电费 时段划分进行分段统计， 并按月对有关的数据进行 分析： 即将各月的供冷天数、供冷小时数、各月各时 段供冷负荷、月负荷系数等按月列表分别统计。
采用常规空调方案与冰储冷空调方案的经济分 析见表 ２。采用冰储冷空调与常规空调机房设备投 资比较见表 ３。
６ 结论
采用冰蓄冷中央空调后， 机房设备的用电功率 减少较大， 使得空调系统的年运行费用下降 ２２．４％， 经济效益非常明显。储冰空调的一次性投资与常规 空调系统相比略高， 但冰蓄冷空调的各项优点得到 了充分的证明， 尽管设计是按主机优先备置， 但借助 于先进的控制系统， 一年中实际有 ４／５ 的时间是按 融冰优先运行， １／３ 的时间可按全量融冰运行， 实际 年运行节约电费 ２０ 多万元。此外， 还可减免不少电
预留负荷 ９２８ 万 ｋＪ／ｈ， 考虑 ８％余量， 系统总负荷约
为 ２ ０２２ 万 ｋＪ／ｈ。
根 据 空 调 的 逐 时 冷 负 荷 分 布 图 、初 期 投 资 估 算
及预期运行成本等各种因素综合考虑， 确定本蓄冰
空调工程采用分量储冰模式。
５．２ 蓄冰系统的设备配置与技术参数
能
蓄冰空调机房设备配置与技术参数见表 １。
双金属蕊芯 ８１６万 ｋＪ／ｈ
涤纶级 可编程序控制器
数量／台 ２ １ ３ ３ ２ ３ ３ １
３ ８００ＲＴｈ ２
３５ ｔ １套
功 率 ／ｋＷ ２４５ ２１１ ２×６ ４５ ２２ ３０ ４５ ３０
总 功 率 ／ｋＷ ４９０ ２１１ ３６ １３５ ４４ ９０ １３５ ３０
谷时段 ２３： ００～７： ００ 电价为 ０．４５ 元／ｋＷ·ｈ。低谷电价 为高峰电价、平峰电价的 １／３ 与 １／２。
１概述
冰蓄冷中央空调能有效地移峰填谷， 平衡电网
的供电负荷， 具有显著的社会和经济效益。冰蓄冷
中央空调工程的经济分析比常规空调工程复杂， 需
要考虑的因素较多， 其主要原因是： ①电网夏季峰
谷价差不同， 供电部门采取的经济手段— ——时间电
能 价与增容建设费的收费标准各异； ②蓄冰空调系统 源
研 的运行电耗与建筑物的冷负荷特性、蓄冷模式、运
究 与
行策略和系统形式等均有关系； ③蓄冰装置的种类
利 很多， 其蓄冰与放冷特性差异较大， 所要求配套的 用
设备各不相同， 因而初投资的差别较大。
２
０
０
７
年
２
空调负荷计算
第
１
期
对蓄冰空调系统进行技术经济分析评估， 首先
３４ 需要进行详细的负荷计算： ①计算典型日逐时供冷
负荷， 作为设备选择的基础； ②计算全年供冷月的动 态负荷， 作为对系统能耗及运行电费分析的基础。
表 ３ 冰储冷空调与常规空调冷冻机房设备投资比较表
规格
６５０ＲＴ ３７５ＲＴ ３２０ＲＴ ６００ ｍ３／ｈ ３５０ ｍ３／ｈ ３００ ｍ３／ｈ ６００ ｍ３／ｈ ３５０ ｍ３／ｈ ３００ ｍ３／ｈ ４００ ｍ３／ｈ ２７０ ｍ３／ｈ ２００ ｍ３／ｈ ２５０ ｍ３／ｈ ２９０ ｍ３／ｈ ８１５万 ｋＪ／ｈ 双金属蕊芯 ７５ ｍ３ 涤纶级
表 ２ 各空调方案经济分析
万元
内容
冰储冷空调方案
常规空调方案
增 加 百 分 比 ／％
备注
能
系统尖峰负荷 ＲＴ
源
冷水机组容量 ＲＴ
研
机房设备用电功率 ｋＷ
究
机房设备配电功率 ｋＶＡ
与
利
一次
机房总造价
用
投资
机房电力增容费
２
０ ０
机房电力设施费
７
年
合计第Βιβλιοθήκη １期年运行费
３６
投资回收期
１ ６００ １ ０７０ １ １５３ １ ３５６
年 第
１７： ００～２１： ００ 电 价 为 １．３５ 元／ｋＷ·ｈ； 平 峰 时 段 １１：
１
期
００～１７： ００， ２１： ００～２３： ００ 电 价 为 ０．８９９ 元／ｋＷ·ｈ； 低 ３５
开发与利用
名称 双工况螺杆机组 常规螺杆机组 冷却塔 冷却泵 初级乙二醇泵 次级乙二醇泵 冷冻水泵 冷冻水泵 储冷冰球 板式换热器 乙二醇 自控装置与系统
蓄冰系统的经济分析以常规系统为比较基准。 虽然蓄冰系统可利用电力优惠政策节约电费， 但一 般必须付出较为昂贵的初投资， 增加的投资费用回 收年限需做详细的经济效益评估。
５ 实例分析
５．１ 工程概况
南京太阳宫广场总建筑面积为 ４５ ０００ ｍ２， 空调
的设计尖峰冷负荷约为 １ ７８３ 万 ｋＪ／ｈ， 人防地下室
陈 军等， 冰蓄冷空调技术应用与经济分析
表 １ 蓄冰空调机房设备配置与技术参数表
型号与规格 ３７５ＲＴ ３２０ＲＴ ３５０ ｍ３／ｈ
３５０ ｍ３／ｈ， ３２ ｍ， １ ４５０ ｒ／ｍｉｎ ２５０ ｍ３／ｈ， ２０ ｍ， １ ４５０ ｒ／ｍｉｎ ２９０ ｍ３／ｈ， １８ ｍ， １ ４５０ ｒ／ｍｉｎ ２７０ ｍ３／ｈ， ３４ ｍ， １ ４５０ ｒ／ｍｉｎ ２００ ｍ３／ｈ， ３４ ｍ， １ ４５０ ｒ／ｍｉｎ
将设计日电力峰段的冷负荷总量转移一部分， 一般
为冷负荷总量的 ３０％～７０％进行蓄冰。部分蓄冷存在
负荷如何分配的问题， 蓄冷比的取值将影响制冷机
容量的选择。若有基载负荷， 在已选择的蓄冰主机
的全天总负荷中扣除基载负荷作为设计依据。
空调蓄冰系统用冷水机组需要适应空调工况和
蓄冰工况， 在设计蓄冰空调系统时， 应掌握冷水机组
工程的冰储冷系统按主机优先模式设计， 全年 在空调的大部分使用时间内按优化控制或全融冰供 冷模式运行。结合冷负荷分布图及南京市的电费政 策， 设计日白天冰储冷空调 ７： ００～９： ００ 时段按融冰 单供冷模式运行， 其余时间按主机优先模式运行， 具 体按以下 ４ 种工作模式进行： ①双工况主机制冰加 基 载 主 机 供 冷 模 式（２３： ００～７： ００）； ②融 冰 单 供 冷 模 式（７： ００￣９： ００）； ③主机与融冰联合供冷模式（９： ００～ ２１： ００）； ④主机单供冷模式（２１： ００～２３： ００）。 ５．４ 经综合统计计算， 各空调方案和设备投资费用 经济分析
１ ６００ １ ６００ １ ４７５ １ ７３５
７４９．６
６３３．９
免
７８
１０８．５
１３８．８
８５８．１
８５０．７
１２１．４
１５６．５
１年 内 （初 投 资 免 电 力 增 容 费 ）
－ ３３．１ － ２１．８ － ２１．８
１８．２ － １００ － ２１．８ ０．８ － ２２．４
