我国新型冰蓄冷空调技术

2012-04-19杜琳琳

科技传播 2012年16期

杜琳琳

深圳市燃气集团股份有限公司，广东深圳 518000

冰蓄冷空调是将蓄能技术应用到空调中使空调具有存储冷能的功能，在夜间用电低谷时段将“便宜能源”有效的存储起来，在白天用电量高峰时再将存储的冷能释放，满足高负荷用电时的供冷需求，以达到减少制冷时间和节约用电高峰时段耗电量的目的[1]。目前我国已经逐渐将新型冰蓄冷空调技术的推广和应用作为一项重要工程进行实施。在北京、上海、杭州、深圳等众多城市，为了减少供电负荷政府已经将冰蓄冷空调作为实现节能减排的一项重要途径。

1 蓄冷原理

蓄冷空调是将空调所需的冷量以显热或潜热的形式存储在水、冰或其他储能介质中，在空调需要冷量时将这些蓄冷介质储存的冷量释放，以满足空调系统的供冷需要。蓄冷空调根据冷能存储介质的不同，可分为水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷；根据蓄冷方式的不同，可分为潜热蓄冷和显热蓄冷。

1.1 水蓄冷

水蓄冷就是利用水的显热特性进行冷能存储。通常利用4℃～7℃的低温水进行蓄冷，其优点是技术要求低，可以使用常规空调制冷机组，维护费用少，冬季可用于蓄热[2]。缺点是水的比热容为4.18kJ/（kg·℃）,蓄冷密度较低，可以利用的温差小，水显热蓄冷过程中冷损耗较大，系统占地面积大，防水保温量大等。

1.2 冰蓄冷

冰蓄冷是利用冰的相变潜热进行冷能存储。常压下0℃冰的蓄冷密度为334kJ/kg,因而冰蓄冷方式所需的蓄冷介质体积比水蓄冷方式小很多。水蓄冷空调系统冷水供应温度约为7℃，空调送风温度约在13℃～15℃左右。冰蓄冷空调系统的冷水温度可以降到0℃，送风温度可以达到4℃～7℃。由于换热温差增大，系统送风量可以减少40%左右，还可实现低温供冷[3]。冰蓄冷方式的特点是蓄冷密度大，蓄冷温度稳定，蓄冷槽占用空间小。但其制冷机组的蒸发温度较水蓄冷或常规空调底，一般在-3℃～-9℃，使得空调制冷机组的能效比（COP）减小。

冰蓄冷系统常见的有盘管外蓄冰系统、封装冰蓄冷系统、冰片滑落式蓄冷系统、冰晶式蓄冷系统。盘管外蓄冰方式近些年在国内冰蓄冷空调市场上发展很快，利用乙二醇水溶液或载冷剂在盘管内循环运行，通过盘管管壁传递冷量，将盘管外侧的水凝结成冰。空调用冷时将冰融化成水释放冷量。

1.3 共晶盐蓄冷

共晶盐是由无机盐、水、成核剂和稳定剂调配而成的蓄冷材料，利用共晶盐的相变潜热进行蓄冷，相变温度一般在5℃～8℃左右。将共晶盐材料充装在具有一定形状的容器内，蓄冷时冷冻水流过蓄冷槽，共晶盐由糊状逐渐转变成固态。空调用冷时共晶盐融化使水温降低，为空调末端供冷。

2 冰蓄冷空调系统构成

冰蓄冷空调系统一般由蓄冷装置、制冷机组、板式换热器、中央自动控制系统构成。在空调的安装工艺中，可以根据制冷机组与蓄冰装置连接方式的不同，采用并联连接和串联连接两种方式。

2.1 制冷机组与蓄冰装置并联

并联连接的冰蓄冷空调系统空调运行中冷负荷由两种并联的装置共同承担，如图1所示，供液和回液的温度差一般控制在5℃以内[4]。在进行空调设计时，蓄冰装置与制冷机组的进液温度必须相同，使两种装置的功能可以更好的发挥，避免因为过冷或过热导致不必要的运转。

图1 制冷机组与蓄冰装置并联连接

2.2 制冷机组与蓄冰装置串联

制冷机组与蓄冰装置串联连接，不论是空调处在满负荷状态还是处在部分负荷状态，都可以让空调的送风状态保持稳定，并且能让空调送出的风继续保持恒温，便于对空调系统进行控制[5]。图2为制冷机组与蓄冰装置串联连接示方式。对于需要长时间大温差送风或是长时间分量蓄冷运行的空调系统，适宜采用蓄冷装置与制冷机组串联连接方式。

图2 制冷机组与蓄冰装置串联连接

3 冰蓄冷空调制冷机组装机容量

冰蓄冷空调制冷机组的容量计算，应首先考虑制冷机组在空调运行中的作用。为了减少制冷机主机的装机容量，应该尽量使其处于长期运行状态。融冰优先的冰蓄冷空调系统可以比主机优先的冰蓄冷空调系统更充分的利用低谷电力，其制冷机组装机容量可以由以下公式进行计算：

公式中具体参数如下：

Qmax 为空调系统峰值用冷设计负荷，单位kW；

R1为制冷机组在空调供冷工况下的制冷功率，单位为kW；

R2为制冷机组在制冰工况下的制冷功率，单位为kW；

D为制冷机组白天制冷工作时间，单位为h；

N为制冷机组夜间制冰工作时间，单位为h；

η为压缩机容量变化率，一般为0.65～0.7。

4 冰蓄冷空调的优势与不足

目前传统电制冷空调在国内空调市场中仍然占据主导地位。传统空调以强大的输出功率为代价实现快速供热或制冷，电力能源消耗问题严重，导致国家电网负荷量极大。在白天用电高峰时空调使用集中，电网处于严重的负荷输出高峰。而在夜间电力负荷形成低谷，造成电力输出峰谷过于不平衡。冰蓄冷空调作为新型空调与传统空调相比具有很多优势。

1）可以实现能源的合理划分和利用。这也是冰蓄冷空调最核心的优势。制冷机组利用夜间低谷电价将水冷冻成冰，以冰的形式存储冷能。在白天电力紧张时释放冷能供给空调用冷，实现“移峰填谷”，从而在一定程度上缓解电力紧张局面；

2）系统运行安全性提高。冰蓄冷空调运行原理决定其安全性与传统空调相比大大提高，通过新型技术的开发，减少了制冷机组的装机容量，即使使用一般功率发电机也能维持空调运转；

3）系统整体操控智能性更高。空调机组与水泵共同运转，整体操控智能性高，使用寿命比普通空调长，具有节能功效。

冰蓄冷空调可以缓解电力系统峰谷供电负荷不平衡问题，为用户节约空调运行的电力成本。但由于增加了蓄冷设备，采用双工况制冷机组，使得冰蓄冷空调的设备费用相对较高，且占用的空间较大，同时还要增加冷冻水管道的保温费用。采用低温送风的冰蓄冷空调可能产生水分凝结现象，导致送到空调区的空气量不足或产生空气倒灌现象。