以成都某商场为例浅析水蓄冷的经济性

刘赛楠

(中国十九冶集团有限公司， 四川成都 610000)

水蓄冷是利用电网的峰谷电价差，水在低谷电价时段将冷量存储在水中，在白天用电高峰时段使用储存的低温冷冻水提供空调用冷，达到节约电费的目的。

水蓄冷技术不仅可以移峰填谷，降低空调对电网高峰负荷的冲击，同时降低运行费用，而且其初投资低，可以利用建筑物消防水池改造成蓄冷池，节约了占地面积与投资成本，因此水蓄冷技术在国内得到了广泛地应用[1]。

1 水蓄冷的组成

(1)运行组成：水蓄冷系统的运行，分为蓄冷和放冷两个步骤。在夜晚低谷电价时段进行蓄冷，在白天高峰电价时段进行放冷。

(2)设备组成：水蓄冷系统由制冷机组、冷却泵、冷却塔、蓄冷泵、蓄冷池(可兼消防水池)、板式换热器、放冷一次水泵、放冷二次泵组成(图1、图2)。

图1 蓄冷段(谷电价)系统组成

图2 放冷段(峰/平电价)系统组成

2 水蓄冷的方式

分层水蓄冷由于水在4 ℃时密度最大，4～6 ℃冷水在蓄冷池下部，10～18 ℃热水在蓄冷池上部。因此，利用密度将热水与冷水分隔开，并在上部热区和下部冷区之间创造温度剧变的斜温层(即过渡层)，以防止冷热水混合，厚度一般0.3～1.0 m。斜温层是衡量蓄冷效果的主要标准(图3、图4)。

图3 蓄冷池

图4 斜温层

蓄冷时，密度大的低温水通过散流器缓慢地进入水池底部，密度小的高温水从水池顶部缓慢流出，以尽量减少紊流和扰乱斜温层。

放冷时，密度大的低温水通过散流器缓慢地从水池底部流出，密度小的高温水缓慢的流入水池顶部，以尽量减少紊流和扰乱斜温层。

3 节钱与节能判断

本计算按照成都电价(峰电价：1.225 2元；平电价：0.838 4元；谷电价：0.451 6元)计算。

经计算知，当水蓄冷系统COP满足式(1)时，水蓄冷系统刚好不节钱。

(1)

式(1)中：A为水蓄冷的冷量损耗系数，且A<1，当水蓄冷系统COP大于上述值，均可节省钱；A取0.7，估算当满足水蓄冷系统COP>2.5时，水蓄冷是节省钱的，该广场满足该条件。 故一般情况下，水蓄冷是满足节钱条件的。

经计算知，当水蓄冷系统COP满足下式(2)时，水蓄冷系统刚好不节能，

(2)

式(2)中：A为水蓄冷的冷量损耗系数，A<1当水蓄冷系统COP大于上述值，均可节能。估算当满足水蓄冷系统COP>6.6时，水蓄冷是节能的，该广场仅部分情况下满足该条件。

综上，仅部分情况下(例如雨后夜晚温度很低)，水蓄冷满足节能条件，可达到既节钱又节能的效果。

4 实例分析

以成都某广场为例分析如何做到利益最大化(表1)。

4.1 蓄冷时段

(1)蓄冷池冷量合理蓄满。由于蓄冷池是是分层蓄冷，随着蓄冷的进行，水温由下至上是分层逐渐变化的，当最上层的水温达到蓄冷设计值时，说明蓄冷池冷量蓄满，应及时结束蓄冷，否则反而亏损。

(2)设定合理的主机出水温度值。主机的出水温度，关乎冷量损耗系数A值的大小，以及制冷主机的COP值。成都该广场设定值为5 ℃。

(3)在电价谷段进行蓄冷。该广场23∶00～次日7∶00为电价低谷段。

(4)增强蓄冷池的保温效果。蓄冷池的保温效果，影响冷量损耗系数A值，且有损相邻机房内电气设备(空气潮湿)，应多加注意。

4.2 放冷时段

(1)在电价高峰段放冷。该广场放冷时段为9∶30～11∶00、19∶00～22∶00，分两段放冷，均在电价高峰段。

(2)最大限度地放冷。由于蓄冷池是是分层放冷，随着放冷的进行，水温由上至下是分层逐渐变化的，当最下层的水温达到放冷设计值时，说明蓄冷池冷量放完。

(3)设计合理的放冷一次侧回水温度。冷的一次侧回水温度值，关乎板式换热器的选型，关乎下一步蓄冷段主机的COP，关乎冷量损耗系数A值的大小，该广场设定值为15 ℃。

(4)可进行联合制冷。如单靠放冷，不能满足广场需求，可采用联合制冷(制冷主机+放冷)方式，对蓄冷池冷量进行充分利用。

表1 某广场6月份蓄冷数据

4.3 结余金额分析

由图5可知，自6月25日起，每日结余金额明显增大。由之前的每日1千元以内上升至3千元左右。分析原因主要有以下几点。

图5 广场6月份结余金额(单元：元)

(1)25号之前，放冷是一次性放完，即峰电价放冷+平电价放冷，没有更为有效地利用电价差。25号之后，放冷时间为11∶00之前及19∶00之后，均在峰电价放冷。

(2)25号之前，没有放冷策略，以致冷量不能持续的最大限度被利用。25号之后，根据放冷策略，保证冷量最大限度地稳定利用。

(3)25号之前，蓄冷策略不完善，以致蓄冷池并没有稳定地蓄满冷量。25号之后，能够较为稳定地把蓄冷池冷量蓄满。

4.4 结余金额与能耗对比分析

由图6可知，结余金额和结余能耗趋势接近，且有正有负，分析原因主要有以下几点。

图6 广场6月份结余金额与能耗对比

(1)结余能耗有正值，并非全为负值，是因为夜晚室外温度较低，以致冷水主机及冷却塔的能效较白天高，系统COP满足节能的判断条件。由此可见，水蓄冷也可实现既节钱，又节能。

(2)结余金额和结余能耗趋势接近，说明样本是安全可靠的。

4.5 结余金额与蓄冷时长对比分析

由图7可知，6月1日～27日蓄冷时长与结余金额大致走向接近，但27日以后的升降趋势相反，分析原因主要有以下几点。

(1)蓄冷时长从一定程度上反映了蓄冷量的多少，蓄冷时长与结余金额大致走向接近，说明随着蓄冷量的增大，蓄冷损耗占比减小，有效蓄冷量占比增加，蓄冷优势能够更好发挥。

(2) 27号以后的升降趋势相反，说明对冷池冷量蓄满条件把握不精准，导致蓄冷过度，主机负载减小，主机能效降低，系统的能效不满足节钱的判断条件，导致结余金额下降。