动态冰蓄冷

深圳财富港大厦动态冰蓄冷空调系统设计及应用深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司李百公☆广州高菱能源技术有限公司漆科亮肖睿摘要：动态冰蓄冷系统具有制冰效率高，放冷速度快的优点，但系统运行不够稳定，应用案例少；在深圳财富港大厦的过冷水式动态冰蓄冷空调系统的设计中采用了模块化设计、优化自控设计等方法，在运行调试中采取各种措施保证了过冷水换热器的稳定运行；通过实测运行工况，掌握了系统运行的实际运行工况，并对该系统的设计、运行维护提出了建议。

关键词：动态冰蓄冷过冷水换热器蓄冷放冷运行稳定Shenzhen caifugang building dynamic ice storage airconditioning system design and applicationBaigong Li★Abstract：Dynamic ice storage system has the advantages of high efficiency ice-making, fast speed cooling off, but the system is not stable, and less application case. In ShenZhen caifugang building dynamic supercooled water type adopted in the design of ice storage air conditioning system, and automatic optimization design method of modular design. In the running and debugging took various measures to ensure the stability of the supercooled water heat exchanger; Through actual operation condition, and master the practical operation of the system operation condition, and propose some advantages of the system design, the system running and maintenance Keywords：Dynamic ice storage Supercooled water heat exchanger Cold storage Release cold Running stabilityShenzhen huasen architecture and engineering design consulting co. LTD, Shenzhen, Guangdong province, China引言由于深圳峰谷电价政策较为优越，近年来蓄冷空调系统的应用越来越多，因系统应用早，技术相对成熟，蓄冷装置占地面积小等原因，冰蓄冷系统特别是静态冰蓄冷成为蓄冷空调系统的主流。

冰蓄冷空调系统可分为全部蓄能系统和部分蓄能系统。

当电费价格在不同时间里有差别时，可以将全部负荷转移到廉价电费的时间里运行。

可选用一台能蓄存足够能量的传统冷水机组，将整个负荷转移到高峰以外的时间去，这称之为“全部蓄能系统”。

这种方式常常用于改建工程中利用原有的冷水机组，只需加设蓄冷设备和有关的辅助装置，但需注意原有冷水机组是否适用于冰蓄冷系统1 冰蓄冷空调系统原理及主要特点冰蓄冷空调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。

冰蓄冷空调系统具有以下主要特点:(1) 降低空调系统的运行费用。

(2) 制冷机组的容量小于常规空调系统, 空调系统相应的冷却塔、水泵、输变电系统容量减少。

(3) 在某些常规空调系统配上冰蓄冷设备, 可以提高30%~50%的供冷能力。

(4) 可以作为稳定的冷源供应, 提高空调系统的运行可靠性。

(5) 制冷设备大多处于满负荷的运行状况, 减少开停机次数, 延长设备寿命。

(6) 对电网进行削峰填谷, 提高于电网运行稳定性、经济性, 降低发电装机容量。

(7) 减少发电厂对环境的污染。

2 系统的组成及制冰方式分类2.1 系统组成冰蓄冷空调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。

冰浆是由微小的冰晶和溶液组成，而溶液通常是由水和冰点调节剂（如乙二醇、乙醇或氯化钠等）构成。

由于冰晶的融解潜热大，使得冰浆具有较高的蓄冷密度；同时由于冰晶具有较大的传热面积，使其具有较快的供冷速率和较好的温度调解特性。

它不象传统的盘管式（内融冰、外融冰）和封装式（冰球、冰板）蓄冷系统的冰凝结在换热器的壁面上，增加了冰层的传热热阻，使其传热效率较低。

冰浆蓄冷系统现已被用于空调系统中，夜间低谷时蓄冷，白天高峰时供冷，冰浆蓄冷空调系统的容量一般只有高峰冷负荷的20%—50%，使其整个系统小巧、紧凑。

由于冰浆蓄冷空调系统具有低温送风特性，使得整个空调系统的风管、水管尺寸减小，冷量输送的功耗也大为降低，运行成本减小。

一、冰蓄冷满足制冷需求1)晚上蓄冰，白天融冰，移峰填谷，改善国家用电结构；2)通过蓄冰，减少制冷机组容量。

制冷机组运行时可保障一直运行在高负荷段，以提高制冷效率；4)蓄冰系统可做为备用冷源，可应对紧急停电事故；5）蓄冰系统扩容方便，可轻松面对空调使用面积的增加；6)采用冰蓄冷，由于减小制冷机组装机容量而减小电力设备投资，如变压器、配电柜及自备发电设施等，整套制冷系统的辅助设备及辅件也都减小，制冷机房面积减小；配合峰谷电价，大温差系统设计，运行费用与末端费用投资减小，整体经济效益显著。

力合islurry冰桨蓄冷的特点：1）机组既可以制冰，又可以做为常规冷水机组使用，功能齐全；2）机组为一体化设计，结构紧凑，转运方便，可在各工况下高效运行，蓄冰槽内只有制冰介质溶液和冰浆，无任何维护量；3）制冰器设计独特，冰晶制成工艺先进，换热器内不粘附冰，实现较高的蒸发温度，降低能耗，比传统的蓄冰方式节能15%以上；4）机组体积小，可减少机房占地面积，对机房无特殊要求；5）冰浆以流体形式储存与蓄冰槽中，蓄冰槽可以为任何形式，尽可能减少机房的占地面积，节省基建费用；6）冰晶有极大的换热表面，融冰迅速，彻底，可提供更低的供水温度，与低温送风技术相结合，可进一步降低系统投资费用；7）设备可集中或分离设计，易于实现在负荷变化时机组依然保持在较高的效率下运行。

动态与静态蓄冰产品及系统比较
产品对比
制造和维护
经济性对比
您最终选择的得失
特别说明：
在做蓄冰的时候经常也会做蓄热，动态制冰总是将蓄冷蓄热同槽做为一个卖点，但问题是一般的机房只有4米高，制冰机要占2米左右，剩下的空间不可能实现蓄热槽的温度分层的要求，效果不好还其次，顶多多用一点电。

最让人担忧的是，片冰装置里密密麻麻的布满了制冷剂的流道，到处都是泄漏点，在90C的水中蒸几年，不生锈才奇怪，所以冷热同槽让片冰装置的制冷剂泄漏的问题更严重。

另外从槽体来说，同时要经的起冷热水的考验，难度很大，槽体参水“出汗”现象在动态蓄冰的工程中出现的比率非常高。

水在0C左右基本没有腐蚀性，也不会结垢，但是热水的腐蚀性要远远大于冰水，另外水温在40C以上结垢的可能性也大大增加，冷热同槽对蓄冰装置性能和寿命都会有很大的影响。

1、蓄冷空调原理蓄冷中央空调系统是一种通过蓄能来节约空调系统运行费用的技术，其基本工作原理是：建筑物空调时间所需冷量的部分或全部在非空调时间利用蓄冷介质的显热或其相变过程的潜热迁移等特性，将能量以低温状态蓄存起来，然后根据空调负荷要求释放这些冷量，这样在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。

当空调使用时间与非空调时间和电网高峰和低谷同步时，就可以将电网高峰时间的空调用电量转移至电网低谷时使用。

在一般工程中，空调系统用电量占总耗电量的35%--65%，而制冷主机的电耗在空调系统中又占65%--75%。

在常规空调设计中，冷冰主机及辅助设备容量均按尖峰负荷来选配，这不仅使空调系统的电力容量增大，而且使得主机等空调设备在绝大部分情况下均处于低效率的部分负荷状态运行，显得很不经济。

蓄冷中央空调从系统构成上来说只是在常规空调系统的基础上增加了一套蓄冷装置，其它各部分在结构上与常规空调相同，它在使用范围方面也与常规空调基本一致。

2、蓄冷中央空调的意义随着社会的发展，中央空调在大中城市的普及率日渐增高。

据统计，空调高峰时用电量达到城市用电负荷的25%-30%，加大了电网的峰谷用电差。

蓄冷中央空调之所以得到各国政府和工程技术界的重视，正因为它对电网有卓越的移峰填谷功能，是电力需求侧最有效的电能蓄存方法，蓄冷对于用户还有以下的一些突出优点：1）空调的出水温度低、制冷效果好，低温送风系统节省投资和能耗。

2）空调环境相对湿度较低，空调品质提高，有利于防止中央空调综合症。

3）利用峰谷荷电价差，平衡电网负荷。

减少空调年运行费。

4）减少冷水机组容量，降低一次性投资。

5）在主机出现故障或断电的情况下，蓄冷系统相当于应急冷源，系统可靠性高。

6）当建筑物功能变化或面积增加引起冷负荷增加时，只要增加蓄冷装置的蓄冷量，即可满足大楼新增冷量需要。

3、蓄冷发展史第一代：冰球蓄冷第二代：冰盘管蓄冷第三代：动态冰蓄冷――――――――――――――――――――――――――――――――在没有实行集中供热前，冬天时家家户户烧火取暖，这种原始的用能方式既浪费能源，又污染环境。

冰蓄冷在某办公楼中的应用摘要：介绍了冰蓄冷的技术特点以及在某办公楼中冰蓄冷设备的选型计算、运行策略以及经济分析关键词：冰蓄冷动态冰蓄冷运行策略1.概述冰蓄冷系统是利用夜间低谷时段廉价的电力制冰并加以储存，在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期同时也是电价较高的时间段，将冰融化释放冷量，用以承担建筑物全部或者部分空调负荷的一种技术。

根据蓄冰形式冰蓄冷一般分为静态冰蓄冷及动态冰蓄冷，静态冰蓄冷系统冰的制备和融化在同一位置进行，蓄冷设备和制冰部件为一体结构，具体形式有冰盘管式、封装式等多种形式；动态冰蓄冷系统冰的制备和融化不在同一位置进行，制冷机和蓄冰槽相对独立，如滑落式制冰和冰晶式系统，蓄冷介质为冰晶，冰浆等。

表1为2013~2014年执行的某地区蓄冷电价表，对采用蓄冷用户实施蓄能电价，其峰谷电价比为4.03倍，为冰蓄冷供冷提供了有利条件。

以下为某地区分时电价：高峰时段：9:00-11:30、14:00-16:30、19:00-21:00 电价：1.1644（RMB/kwh）平时段：7:00-9:00、11:30-14:00、16:30-19:00、21:00-23:00 电价：0.8844 （RMB/kwh）低谷时段：23:00 - 7:00 电价：0.5344 （RMB/kwh）蓄冰优惠： 23:00 - 7:00 电价：0.2884 （RMB/kwh）2.项目概况本项目总建筑面74275m2，建筑高度204.8m，共45层。

其中首层至三层为商铺、办公大堂，四五层为商业，六至四十五层为办公层。

地下三层为车库及设备用房，制冷机房位于地下二层，冷却塔设于首层室外绿地。

本工程集中空调面积59765m2，夏季逐项逐时计算冷负荷综合最大值为11650KW （3323USRT）。

经逐时负荷计算设计日空调总冷量为38216RTH，计算蓄冷量为11508RT。

蓄冷率30.1%。

3.冰蓄冷系统设计3.1蓄冷系统基本设计本项目采用动态冰蓄冷，通常流态冰制取方法分为过冷水式和刮刀式两种形式，本项目采用的流态冰冷水机组将冷水机组与旋转刮刀式冰浆生成器合于一体，采用刮刀式原理，通过冷却使冰晶在不锈钢壁面上生成，然后利用旋转的刮刀将壁面上生成的冰晶刮落而生成流态冰。

流态化动态冰蓄冷技术流态化动态冰蓄冷技术的先进之处在于改进了传统制冰的中过程主要缺点，而且制出的冰以流态化冰浆制做的形式存在。

传统静态制冰原核细胞中，水通过大自然对流换热，冰层外壁首先在换热壁面上形成，然后逐渐变厚。

这样就导致形成新的冰层所需的热量传递必须以导热的形式穿过越积越厚的原有冰层，从而严重的恶化了传热效率，致使结冰愈加困难，制冷剂提供的温度也必须越来越低。

流态化动态冰蓄冷技术制冰过程的最大特点在于首先在传热壁面附近制取过冷水，然后把过水银转移到远离传热壁面梁柱的空间里解除过冷、生成冰浆。

这样就彻底避免了在传热壁面上形成的可能性，既消除了固相冰层导热牵涉到热阻的存在，同时在液体和传热壁面之间又始终保持着强制对流的高效率换热模式，因此整个制冰环节的传热系数大幅度提高。

另一方面，制冰操作过程中的换热温差、流量等参数都保持稳态，并不因微秒而变化，从而保证了出冰速度的恒定，也便于系统的控制。

六种流态化动态冰蓄冷主要包括两种形式，即以高砂热学为代表的温水过凉水式和以Sunwell（日本）为代表的筒扰动式。

两种二种技术在基本原理上才是一致的，但形式差别较大，下面分别说明。

(1)过水银式动态制冰技术过热水式动态制冰技术的式基本原理是：首先把水在过冷却热交换器中冷却至低于0℃的过冷状态，然后把过冷水输送至特殊的过冷却解除器中解除过冷，生成大量细小的冰晶基质，与剩余的液态水一起形成0℃下的冰浆。

这种制冰投资过程中确保关键的技术在于最流过过冷却热交换器的液态水具有尽可能大的过冷度，但同时之前需要保证过冷水不能在流出热交换器又生成冰晶，否则换热器将被堵塞甚至破坏。

此外，还应有高效率的过关键技术冷却解除技术，以确保过冷水能够连续快速结晶。

过冷却蛋壳热交换器可以采用壳管式、套管式、板式等多种形式的换热器。

为了防止过冷水在换热器内结冰，换热器内表面需要或进行特殊涂层处理，同时对换热器内部的流场特性也有很高的要求，否则很难获得足够大的过冷度，以及避免堵塞。