冰蓄冷空调技术探讨

2016-09-02武武汉商学院湖北武汉430056

科技传播 2016年15期

关键词：冰蓄冷量供冷

陈武武汉商学院，湖北武汉 430056

冰蓄冷空调技术探讨

陈武
武汉商学院，湖北武汉 430056

本文主要介绍了冰蓄冷空调的工作原理、工作形式及与常规空调相比的优缺点。冰蓄冷空调系统控制方式比常规空调系统控制方式要复杂，可以提供多种蓄冰方式实现最大的经济和社会效益。选择适当的控制方式可以满足用户不同的供冷需要。

冰蓄冷空调；潜热蓄冷；显热蓄冷

随着经济的高速发展和人民物质生活水平的不断提高，电力的需求愈来愈大。夏季白天电力负荷较高，此时建筑物的空调系统也全面使用，促使电力负荷达到高峰。为了满足这种电力需求高峰，发电站必需增加发电容量。然而夜间负荷却急剧下降，形成电力负荷波谷，有电送不出，造成发电设备和电力的双重浪费。尤其过了夏季，建筑物的空调系统多数停止使用，浪费现象更为严重。蓄冷技术的应用能够实现电网电力的移峰镇谷，即制冷机在夜间电力低谷时段运行，降低蓄冷剂温度（甚至冻结），储存的冷量来供应全部或部分空调负荷，以减少或不开制冷机。这样既能保证制冷效果，又可降低电站的装机容量。另外，用冷场合与产冷场合的时间、空间发生矛盾时，也可使用蓄冷剂。如对于中、短途冷藏运输，随车又没有制冷设备，就可以采用在停车时蓄冷，开车时供冷的方法。

因此蓄冷空调技术不仅可以很好地转移尖峰用电至低谷用电的时间段，也能在一定程度上改善城市峰谷供电平衡减少电站新建数量和输配电的损失量，同时，采用蓄冷空调技术也可以起到削峰的作用，防止用电负荷高时供电压力大。

1 冰蓄冷空调工作的原理

空调蓄冷的原理就在于其是将电网低谷时间段“便宜能源”储存起来，当处于需要用大量能量的峰值时段时，将事先储存的冷能释放出来，满足峰值时期负荷的要求。目前，由于各国都在大力研究空调工程的蓄冷，蓄冷形式种类比较多。如果按贮存冷能的形式来划分的话，则可以分为显热蓄冷和潜热蓄冷。

2 冰蓄冷空调系统的优点

1）合理使用能量，平衡城市的用电负荷，不浪费对发电厂的扩容投资。空调蓄冷系统的运行费用由于电力部门实施峰、谷分时电价政策，比常规空调系统要低，分时电价差值越大，得益越大。转移制冷机组用电时间，起到转移电力高峰期用电负荷的作用。有利于提高发电效率、有效利用能源排放等。从全局而言，具有重大的社会和经济效益。

2）与常规空调相比，空调蓄冷系统的制冷设备容量小于常规空调系统，一般可减少30%～50%，系统中制冷设备运行的比例增大状态稳定，提高了设备利用率，也降低了制冷剂的消耗量和泄漏量，对于使用氟利昂制冷剂的机组会减轻对大气臭氧层的破坏。同时，主机的容量减少也降低了噪音，改善了工作环境等。

3）由于制冷系统在夜间工作，冷却水温度较低，因此冷凝温度低，使制冷系统的效率提高。同时制冷系统在满负荷条件下的运行比例增大。

4）解决了中短途冷运途中用冷场合与产冷场合的时间或空间矛盾。

要注意的是蓄冷系统并不一定节电，而是合理地使用峰、谷段的电能。

3 蓄冷常用的形式

1）冷藏用冷板：在四周封闭的夹层板中充入盐水或醇类、烯醇类溶液作为冷冻液，并在其中添加一定量的缓蚀剂。板内设有充冷的盘管、氟利昂、氨等制冷剂工质可在盘管中循环。这样就制成了所谓的“冷板”（又称共晶冰板）。充冷时，制冷剂工作，冷板相当于制冷系统的蒸发器，冷冻液盘管中的制冷剂吸收热量在相当的冻结点冻结成共晶冰。如此，大量冷量被以共晶冰的形式存储起来。在制冷机停止工作时，共晶冰吸收融化，为被冷却对象提供冷量。将装有冷冻液的冷板安装的隔热的冷运工具里，就可以在运输途中释放很大的蓄冷量。

冷板用冷冻液通常分为高温和低温两大类。高温冷冻液（如硝酸钾）冻结，用来运输蔬菜水果等易腐烂货物；而低温冷冻液（如氯化钠）可用来运输肉类、冰激凌等货物。

2）水蓄冷：从1960年代开始，发展了利用夜间廉价电力的水蓄冷及时。它是利用显热蓄冷的一种方式。蓄冷剂水（即冷冻水一般存储的温度为4℃～7℃，供水、回水温度差为5℃～11℃，使用常规空调冷水机组制取7℃左右冷冻水就可实现。也有些地方可利用消防水池做蓄冷池。

3）冰蓄冷：冰蓄冷是潜热蓄冷的一种方式，冰蓄冷每公斤蓄冷量比水蓄冷每公斤蓄冷量高16倍。在提供同样容量冷量的条件下，蓄冰槽的容积是徐水草的1/3。法国的西亚特是最早将蓄冰球商业化的公司。它的蓄冷装置是一个小的独立冰球，将冰球放在充满乙二醇溶液的蓄冰槽内，通过乙二醇溶液的流动来进行冰球的换热，充冷时，夜间电力驱动制冷机组运转，载冷剂乙二醇溶液流经制冷机组中的蒸发器，获得冷量后留至蓄冷装置，使蓄冷装置内的冰球结成冰晶，将冷量储存起来，冰球的结构如图1所示。释放冷量时，通常制冷机组不运行，载冷剂乙二醇水溶液流经蓄冷装置，冰球内的冰晶融化，将储存的冷量带出，送往空调用户。蓄冰球的特点是一般使用PE材料为外壳，耐腐蚀，使用寿命可以达到20年以上；球内使用了专业配方的添加剂，可以使冰球内的水结冰适度快，快速形成晶核，过冷温度低，提高了蓄冰时的效率；在使用中如果发生个别冰球破损不会影响系统运行；由于乙二醇溶液在冰球外循环，与传统的制冷系统类似，蓄冰容量主要看蓄冰槽的大小，系统改造方便；在结冰和融冰的过程中，蓄冰球一直处在悬浮状态，适用于整地面、地上、开式、闭式、钢制、混泥土制的蓄冰槽中维护方便。

另外，使蓄冷槽中的水结成冰制冷机组必须提供-3℃～-5℃的低温，这比常规空调用冷冻水的温度要低10℃左右。因此。不能使用常规的空调用冷水机组制冰，需用能够制冰的制冷机组。与利用显热的水蓄冷相比，虽需要提供-3℃～-5℃的低温（蒸发温度），但由于释放冷时能够获得低温载冷剂供空气处理系统使用，空调用户就可以采用低温送风。这样不仅可以减少送风系统和水系统的尺寸，而且能降低输送的耗电减少管道尺寸和水泵电量消耗，从而节省空调系统的投资和运行费用。

4 冰蓄冷空调系统的应用

冰蓄冷空调系统控制方式比常规空调系统控制方式要复杂，可以提供多种蓄冰方式提供最大的经济和社会效益。选择适当的控制方式可以满足用户不同的供冷需要。某办公楼采用冰蓄冷空调系统，空调使用面积5 600m2，夏季最大冷负荷900kW，夏季全日冷负荷6 870kW、采用水冷双螺杆双工况冷水机组和一套冰球蓄冰装置：槽蓄冰量3 600kW/h，体积80m3，冰球70m3。载冷剂为乙二醇溶液。系统控制流程如图2。

通过上图可心看出，冰蓄冷空调系统由冷冻水系统，冷却水系统和乙二醇系统3部分组成。而一般常规调系统只有冷冻水和冷却水系统。因此，冰蓄冷系统比常规空调系统的控制要复杂。下面简便介绍冰蓄冷空调的几种控制方式的系统流程：

1）机组制冰模式：主要在夜间电费低时运行方式。乙二醇初级泵运行，经过机组降温，将蓄冰槽内的冰球降温至球内的水结成冰，将冷量存储起来。

2）融冰供冷模式：夜间蓄冷完毕后白天利用蓄冰槽内冰球的冷量给末端设备供冷。此模式下次级泵开启，经过板式换热器，两通阀、蓄冰槽、三通阀等设备完成循环过程，三通阀的3支路主要是起到调节流量而调节板换的温度的作用，当板换出口温度达到设定值时，三通阀2支路开启度增大，乙二醇循环水不经过蓄冰槽降温直接回到次级泵，在融冰模式下主机不用开启只需给次级泵供电。

3）联合供冷模式：此种模式蓄冰槽内必须预先蓄冰。主机、蓄冰槽、初级泵、次级泵都开启，一起给板式换热器供冷，来降低冷冻水的温度。

4）机组供冷模式：机组供冷模式时主机、次级泵、三通阀开启、蓄冰槽关闭。主机直接通过板式换热器给冷冻水侧的末端设备降温。