冰蓄冷空调系统原理及其技术

1.冰蓄冷空调系统的定义：冰蓄冷空调系统，就是利用蓄能设备在空调系统不需要冷量的时间内将冷量储存起来，在空调系统需要的时间再将这部分能量释放出来的空调系统。

按冷源分类：①冷媒液〔盐水等〕循环，②制冷剂直接膨胀式按制冰形态分类：①静态型，在换热器上结冰与融冰；最常用的为浸水盘管式外制冰内融方式；②动态型，将生成的冰连续或间断地剥离；最常用的是在假设干平行板内通以冷媒，在板面上喷水并使其结冰，待冰层到达适当厚度，再加热板面，使冰片剥离，提高了蒸发温度和制冷机性能系数。

按冷水输送方式分类：①二次侧冷水输送方式为冰蓄冷槽与二次侧热媒相通,②一次侧与二次侧相通的盐水输送方式按装置组成分类：①现场安装型，适用于大型建筑物；②机组型，将制冷机与冰蓄冷槽等组合成机组，由工厂生产，适用于中小型建筑物。

冰蓄冷空调自控系统的基本功能冰蓄冷空调由于自身的特点而对自控系统有一定的依赖，而这种依赖就决定了自控系统的基本功能。

就一般情况而言，冰蓄冷空调对自控系统有如下四个方面的基本要求：1、工况切换和设备起停控制。

冰蓄冷空调是在同一管道系统上通过对水泵和阀门等设备的不同组合而得到不同的工况的，而不同的工况组合又表达出不同的运行策略。

因此，选择冰蓄冷空调只是为降低运行费用在设备上提供了可能，而真正实现降低运行费用还需将系统中所有设备有机地结合起来，并使操作者方便快捷地在各工况之间切换。

就具体的工程而言，不同的工况对参与运行的水泵以及阀门的开启和关闭都有不同的规定，与此同时，对各设备的启动顺序和设备启动的时间间隔都有具体的要求。

这就要求自控系统能为工况的切换提供方便、安全的操作手段。

理想情况下，操作者希望通过鼠标在屏幕上的点击或通过菜单的选择就能切换工况。

但是自控系统在提供操作方便的同时又要能够防止人员的误操作，所以建议把工况切换和系统启动分为两步操作，即切换工况只是为系统启动做好了工况的选择，而并不是在切换工况后直接启动系统。

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。

冰蓄冷工作原理
冰蓄冷（Ice Storage）是一种利用制冷机组制备冰块的技术，
通过储存冰块来平衡供需差异，提高能源利用效率的方式。

具体工作原理如下：
1. 制冷机组工作：冰蓄冷系统一般采用蒸发冷凝循环制冷机组。

在制冷机组中，通过压缩机将制冷剂压缩成高压气体，然后通过冷凝器冷却成高压冷液。

制冷剂经过膨胀阀放大流量并且从高压冷液变成低温低压气体。

2. 冰块制备：制冷剂低温低压气体通过蒸发器与水进行换热，从而将水冷却至结冰温度以下。

水在与制冷剂进行换热过程中，逐渐形成冰块。

3. 冰块储存：制备好的冰块会存放在冰蓄冷装置中，通常是在大容器里的储冰槽或冰藏器中。

冰块在冷藏过程中会吸收周围的热量，使得周围环境温度下降。

4. 冰块利用：当需要降低室温时，制冷机组的蒸发器会传送制冷剂与冰块进行热量交换，使冰块开始融化。

在这个过程中，冰块释放吸收的热量，将热量传递给制冷剂，从而使制冷剂变成高温高压气体。

5. 冰蓄冷储能：在冰块融化的过程中，系统中的制冷剂会吸收大量的热量。

融化的冰块本身储存了冰蓄冷系统之前的制冷量，这样的储存方式称为“冰蓄冷储能”。

冰蓄冷储能可以在需要冷却时释放储存的制冷量来提供制冷效果。

通过冰蓄冷技术，能够在低负荷时段制备冰块存储储冷能量，在高负荷时段释放储存的制冷量，从而平衡供需差异，提高制冷系统的能源利用效率。

冰蓄冷中央空调技术的原理及市场前景分析摘要冰蓄冷空调技术是利用夜间网低谷电运转制冷，并以冰的形式储存，在白天用电高峰时将冰融化提供空调用冷，从而避免中央空调争用高峰电力的一项调节负荷、节约能源的技术。

冰蓄冷中央空调技术是转移高峰电力、开发低谷用电、优化资源配置、保护生态环境的一项重要技术措施，符合我国的长期国策。

那么根据冰蓄冷空调技术的特点和目前我国冰蓄冷空调技术的发展概况及存在的问题,探讨了我国冰蓄冷技术的发展趋势及大温差与低温送风的优点。

关键词:冰蓄冷空调技术;移峰填谷;低温送风目录1、技术背景 (1)2冰蓄冷空调系统工作原理及其组成 (1)2.1冰蓄冷空调系统工作原理 (1)2.2冰蓄冷空调系统的运行模式选择 (1)2.2.1 部分蓄冷运行方式 (1)2.2.2 全部蓄冷运行方式 (2)2.2.3 分时蓄冷运行方式 (2)3、冰蓄冷空调系统评价 (2)3.1 冰蓄冷空调的优势 (2)3.2 冰蓄冷空调的特点 (3)4、国外冰蓄冷空调的概况 (3)5 、我国冰蓄冷空调现状及发展趋势 (4)5.1 冰蓄冷空调发展概况 (4)5.2 我国冰蓄冷空调技术发展趋势 (4)5.2.1 低温送风技术的发展 (4)5.2.2 实现区域供冷 (5)5.2.3 新型蓄冷技术和蓄冷材料的开发 (5)5.3 冰蓄冷现阶段的机遇 (6)参考文献 (7)1、技术背景电力蓄冷技术,以其独特的移峰填谷作用成为我国改善电力紧张局面,并实现节能降耗减排的一项重要技术措施.2005年6月,国家电网公司在南京召开“应对空调负荷措施技术交流会”会上指出,继续大力推广蓄冷空调技术,采用需求侧管理(DSM)的水蓄冷、冰蓄冷技术来达到削峰填谷,充分运用价格杠杆,鼓励用户采用蓄冷空调[1].随着各地峰谷电价实施范围的进一步扩大和峰谷电价比的加大,推动了蓄冷空调技术的发展和应用,为电力蓄能技术的推广应用提供了更为有利的条件.2冰蓄冷空调系统工作原理及其组成2.1冰蓄冷空调系统工作原理所谓蓄冷空调,是指在夜间电网低谷时间制冷主机开机制冷,并由蓄冷设备将冷量储存起来,待白天电网高峰用电时间,再将冷量释放出来.2.2冰蓄冷空调系统的运行模式选择冰蓄冷系统的蓄冷运行方式通常有3种,即部分蓄冷、全部蓄冷、分时蓄冷.在确定冰蓄冷空调的制冷机组容量之前,首先,应按照该建筑计算逐时空调冷负荷的方法,计算出建筑逐时冷负荷.2.2.1 部分蓄冷运行方式制冷机在夜间的低谷蓄冷,白天融冰供冷以满足冷负荷要求,供冷不足的部分由制冷机供给.主要特点是减少了装机容量,一般可减少到峰值冷负荷的30%～60%.这种蓄冷对电网的削峰填谷没有发挥最大作用.2.2.2 全部蓄冷运行方式夜间蓄冷,白天融冰供冷,完全满足白天冷负荷要求,即空调冷负荷全部靠融冰来供给.当冷负荷全部出现在高峰用电时间段时,能最大限度的起到削峰填谷作用.由于制冷设备容量没有减少,因而初始投资仍然很大.2.2.3 分时蓄冷运行方式充分利用低谷电来制冰蓄冷,而在用电高峰时段靠融冰供冷,满足空调冷负荷要求,真正起到电网的移峰填谷作用.由于分时蓄冷运行方式既可以分时融冰供冷较大限度的利用蓄冰供冷,同时,又兼顾了高峰时刻的负荷要求,因此,冰蓄冷中央空调方案一般采用这种运行策略.3、冰蓄冷空调系统评价3.1 冰蓄冷空调的优势蓄冷空调系统由于其具有的独特的“移峰填谷”的作用,一方面可以缓解电力生产和供应的紧张状况,提高发电效率,转移电力高峰电量,平衡电网峰谷差,因此,可以减少由于新建火力发电厂而引起的环境污染,从而保护环境,给人们带来良好的社会生态平衡效益.另一方面,冰蓄冷中央空调还具有良好的经济效益,利用峰谷电价差可节省相当可观的运行电费,由于可以依靠融冰来供冷,因此,可以减少制冷机组容量与台数,减少其投资,同时,也减少电力容量与变配电设施费用,提高系统运行的可靠性.3.2 冰蓄冷空调的特点冰蓄冷空调最大的优点就是可以充分利用电网低谷电力降低制冷机组的容量,减少电力增容费与机组设备费.同时,还可以使空调用冷水温度降至1℃～4℃,从而获取较低的送风温度，节省风机的运行能耗.采用冰蓄冷技术使得制冷系统全负荷运行的比例增大,机组开停次数减少,系统状态稳定.同时,由于其可作为应急冷源使用,提高了供冷的可靠性.冰蓄冷空调最大的缺点就是初投资大,蓄冷工况运行时制冷机组效率低,控制系统较复杂.目前的蓄冰槽与板式换热器,由于制造工艺要求高,价格往往是制冷机组的1.5倍.投资费用较高已成为冰蓄冷空调的主要障碍,因此,提高蓄冰槽的性能和蓄冷设备国产化率以降低成本，已成当务之急.4、国外冰蓄冷空调的概况1994年底前,美国约有4000多个蓄冷空调系统用于不同的建筑物,包括写字楼、购物中心、医院、学校、工厂、工艺设备及集会中心.美国芝加哥市Unicon热能技术公司,建立了小区冷冻生产中心,拥有60个BAC蓄冰槽,可提供232400kWh的蓄冰量.日本是一个自然资源相当贫乏的国家,历届政府都非常重视能源的有效利用.在20世纪80年代初期,日本就开始对蓄冷技术的应用进行了研究,随后推出了分时电价等一系列优惠政策,大力推广蓄冷空调应用技术.到1998年,日本共有5566个蓄冷空调系统.5 、我国冰蓄冷空调现状及发展趋势5.1 冰蓄冷空调发展概况20世纪90年代初,我国开始建造水蓄冷和冰蓄冷空调系统,主要是集中在城市建设和经济发展迅速、同时还有电力紧缺的北京市和东南沿海地区,至今已有建成投入运行和正在施工的工程448个,分布在4个直辖市和18个省,全国2/3的省市都建造了蓄冷空调系统,蓄冷空调最多的依次是浙江省(67项)、北京市(64项)、江苏省(57项)、广东省（29项)、山东省(28项)和上海市(27项).5.2 我国冰蓄冷空调技术发展趋势我国的蓄冷空调技术经过十几年发展和使用,人们已经认识到其在电网运行中的移峰填谷作用,且该系统有利于提高电网负荷率并实现电网的安全经济运行,并通过实际运行积累了一定的经验和教训.5.2.1 低温送风技术的发展由于蓄冰储能提供了低温冷源,为低温送风技术的利用创造了有利条件.通常情况下,风机在电力峰值时间运行,由于采用低温系统,送风量可以减小,风机消耗功率则相对减少,因此,可以进一步减少峰值电力需求,从而降低运行费用,达到节能的目的.同样,低温送风系统所需的冷冻水量也相应减少,若与采用低温送风空调系统比较,常规空调系统(送风温度13℃,无冰蓄冷系统)的冷冻机及冷却塔的容量将增加60%左右，水泵容量则增加一倍.由于送风量减少,相应的空调设备和风道尺寸均减少,系统所占建筑空间就小了,可降低建筑物层高,从而降低建设费用.蓄冰技术与低温送风技术的结合有其优越的经济特性,如推行冰蓄冷空调配合低温送风方式,将大大降低能耗,既可以有效地使峰谷差减小,又可节能并节省初投资.因此,低温送风技术必将成为我国空调系统发展的重点.5.2.2 实现区域供冷区域性的供热或供冷对于实现节能及有效利用资源是较为合理的.对于单个供冷站而言,区域供冷不仅可以节约大量初期投资和运行费用,而且减少了电力消耗及环境污染.由冰蓄冷技术的发展,可以建立区域性空调供冷,实现区域集中供冷,使供冷方式变得更为灵活,更加符合区域性的实际用冷需求,真正的达到了能源的合理利用.5.2.3 新型蓄冷技术和蓄冷材料的开发随着蓄冷空调技术的发展,对新型蓄能技术开发愈来愈受到重视,通过制冷工质替代、加大传热速率及强化系统内的传热传质过程来实现缩短蓄放冷时间,并通过降低间壁传热热阻,以及降低制冷剂与水之间的附加热阻来实现更快速的新型蓄冷制冰技术.与此同时,对新型蓄冷、蓄热介质的开发也受到关注.目前,应用的蓄冷材料主要包括水、冰和共晶盐等,但随着技术的发展,固液相变潜热大,经久耐用且具有较高稳定性,易于保存和无腐蚀性的新型蓄冷材料正被人们所期待.5.3 冰蓄冷现阶段的机遇中国城市化率的快速增长，为实施区域集中蓄冷/供冷创造了广阔的市场发展前景；园区、开发区的大规模建设，为区域集中蓄冷/供冷奠定了基础；城市或区域商业中心、行政中心的集中建设，使实现区域集中蓄冷/供冷有了现实的条件；沿海地区经济快速发展、一次能源短缺、电力供应紧张的现实，使实施以移峰填谷为主要特征的集中蓄冷/供冷成为必然。