冰蓄冷技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用前景分析

劉慧泉

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活水平和生活質(zhì)量的要求也在不斷提高?？照{(diào)，由于其具有可改變房間及封閉區(qū)域內(nèi)空氣溫度、濕度、潔凈度及空氣流速等參數(shù)，從而達(dá)到人體舒適和工藝過(guò)程要求的功能而越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。早在2000年相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，每百戶城鎮(zhèn)居民房間空調(diào)的擁有量為40臺(tái)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，如北京、上海、廣州等一線城市，此比例更是高達(dá)78臺(tái)/百戶［1］。目前，空調(diào)已經(jīng)成為現(xiàn)代化建筑不可缺少的設(shè)施，每戶城鎮(zhèn)居民家里的空調(diào)遠(yuǎn)不止1臺(tái)，空調(diào)數(shù)量的增長(zhǎng)帶來(lái)的耗電量的增加，給電力供應(yīng)帶來(lái)了巨大的壓力。

由于我國(guó)長(zhǎng)期的能源格局造成了過(guò)去、現(xiàn)在及未來(lái)幾十年內(nèi)仍然依靠以煤炭為主的火力發(fā)電。雖然為應(yīng)對(duì)能源和環(huán)境的雙重壓力，我國(guó)不斷調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，改變發(fā)電格局，但是據(jù)2011年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的火力發(fā)電依然擔(dān)負(fù)著全國(guó)發(fā)電總量71%的重?fù)?dān)。而現(xiàn)在隨著用電量的不斷增加，我國(guó)電力緊張的局面越發(fā)嚴(yán)重，電力狀況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用電高峰時(shí)段的需求，而在用電低谷時(shí)段由于用電負(fù)荷相對(duì)較小，電力總量較大，又造成了電網(wǎng)的“窩電”。眾所周知，電力是不能大量?jī)?chǔ)存的能源，這種晝夜用電峰谷的交替出現(xiàn)，不僅對(duì)發(fā)電方的調(diào)峰能力是個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，更嚴(yán)重影響到了電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?；鹆Πl(fā)電廠設(shè)備的頻繁啟停，對(duì)發(fā)電設(shè)備的壽命會(huì)造成較為嚴(yán)重的損害，所以大多數(shù)調(diào)峰都是通過(guò)部分發(fā)電廠降負(fù)荷運(yùn)行，減少發(fā)電量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)是按照額定負(fù)荷的參數(shù)性能進(jìn)行的，只有在額定負(fù)荷下，其經(jīng)濟(jì)性才能達(dá)到最高，設(shè)備也能安全的運(yùn)行。降負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一方面整個(gè)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率降低，耗能增加，污染物排放量也隨之增加，另一方面也會(huì)由此產(chǎn)生很多的問(wèn)題，影響發(fā)電設(shè)備的安全，進(jìn)而影響其使用壽命。調(diào)整用電格局，利用現(xiàn)有的發(fā)電設(shè)備滿足對(duì)電力的需求，改善電力供應(yīng)緊張局面和電力負(fù)荷情況已成為電力企業(yè)的重要工作之一。

通過(guò)對(duì)電力需求側(cè)的管理，尋找移峰填谷的用電方式是實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有的電力資源充分有效利用的方式之一。在這種形勢(shì)下，蓄冷空調(diào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生［2］。本文主要介紹蓄冷空調(diào)系統(tǒng)中常見(jiàn)的幾種蓄冷方式，重點(diǎn)探討冰蓄冷技術(shù)及其在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，進(jìn)而分析冰蓄冷空調(diào)的應(yīng)用前景。

1 蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

蓄冷技術(shù)就是采用電動(dòng)制冷機(jī)將夜間用電低谷期的電量轉(zhuǎn)變成用物質(zhì)的顯熱或潛熱儲(chǔ)存的冷量，在白天用電高峰期時(shí)再將儲(chǔ)存的冷量釋放出來(lái)，用于建筑內(nèi)空調(diào)或者生產(chǎn)工藝中用冷［3］。制冷系統(tǒng)大部分耗電來(lái)自夜間低谷期用電，而在用電高峰期只有輻射設(shè)備消耗極少的電量，從而實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的移峰填谷。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)的區(qū)別在于蓄冷空調(diào)除了有常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的制冷裝置外，還增設(shè)了蓄冷裝置。冷源部分不同是兩者的本質(zhì)區(qū)別。

蓄冷空調(diào)常用的蓄冷介質(zhì)有水、冰、共晶鹽和氣體水合物等。這幾種介質(zhì)的蓄冷原理和優(yōu)缺點(diǎn)如表1表示。

表1 蓄冷介質(zhì)的蓄冷原理和優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2 冰蓄冷技術(shù)

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)相比，兩者的制冷系統(tǒng)及空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)基本相同，只是前者比后者多了1套蓄冰設(shè)備。冰蓄冷工作系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 冰蓄冷工作系統(tǒng)原理圖

圖1（a）為充冷循環(huán)過(guò)程，圖1（b）為放冷循環(huán)過(guò)程。工作原理為在空調(diào)用電低谷期通過(guò)圖1（a）所示的制冰循環(huán)過(guò)程將機(jī)載冷劑的冷量傳給蓄冷槽中的水，將水凝結(jié)成冰。在空調(diào)用電高峰期時(shí)，冰蓄冷系統(tǒng)通過(guò)圖1（b）所示的放冷循環(huán)過(guò)程，載冷劑通過(guò)從蓄冷槽吸收冷量，給空調(diào)系統(tǒng)供冷。系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)出水量控制冰的融化速度，進(jìn)而控制冷凍水的出水溫度。

冰蓄冷系統(tǒng)制冰方式主要有靜態(tài)制冰和動(dòng)態(tài)制冰2種方法。靜態(tài)治冰是制冰機(jī)和蓄冰槽為一體結(jié)構(gòu)，冰的制備和融化在同一位置進(jìn)行。動(dòng)態(tài)制冰的蓄冰設(shè)備和制冰設(shè)備相對(duì)獨(dú)立，冰的制備和儲(chǔ)存不在同一位置。

3 冰蓄冷空調(diào)特點(diǎn)和適用場(chǎng)所

冰蓄冷空調(diào)作為蓄冷空調(diào)的一種，具備蓄冷空調(diào)擁有的轉(zhuǎn)移電力用電負(fù)荷；用電低谷時(shí)電價(jià)低，運(yùn)行費(fèi)用低；用電低谷期可以保證制冷設(shè)備在滿負(fù)荷條件下運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，設(shè)備利用率高等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于冰蓄冷空調(diào)獨(dú)特的優(yōu)越性，單位容積蓄冷量大，貯存相同冷量，冰蓄冷所需要的容積僅是水蓄冷的1/4～1/3；冷水泵耗電量、維修費(fèi)用較低，適宜工程應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，使其成為目前應(yīng)用最廣泛的蓄冷空調(diào)。

空調(diào)系統(tǒng)適用冰蓄冷系統(tǒng)的使用場(chǎng)所包括：（1）空調(diào)負(fù)荷在使用期內(nèi)和非使用期內(nèi)，差異大的場(chǎng)所，如大型購(gòu)物商場(chǎng)、超市、賓館、飯店、辦公樓等白天人員集中的地方；（2）周期性使用，空調(diào)投入時(shí)間短、負(fù)荷大的場(chǎng)所，如體育館、展覽館、影院劇院等；（3）一些使用空調(diào)負(fù)荷大的工業(yè)企業(yè)，如紡織廠等［4］。

4 冰蓄冷空調(diào)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

早在1994年在鄭州召開(kāi)的電力部會(huì)議上，冰蓄冷空調(diào)技術(shù)就被列入十大節(jié)能措施之一［5］；1997年國(guó)家經(jīng)貿(mào)委辦公廳發(fā)布文件將冰蓄冷空調(diào)作為以后發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目；1998年我國(guó)政府又制定了鼓勵(lì)使用冰蓄冷空調(diào)的優(yōu)惠政策，加快冰蓄冷空調(diào)等快速推廣；2004年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家電網(wǎng)公司召開(kāi)的全國(guó)電力需求側(cè)管理工作會(huì)議，又提出要推廣適用冰蓄冷空調(diào)技術(shù)［6］。目前我國(guó)已有20個(gè)省市成功建設(shè)冰蓄冷空調(diào)項(xiàng)目300余項(xiàng)。隨著國(guó)家對(duì)冰蓄冷空調(diào)技術(shù)重視程度的提高，國(guó)內(nèi)眾多科研院校和設(shè)計(jì)院都加大了對(duì)冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)工作。冰蓄冷技術(shù)在戶式中央空調(diào)、辦公樓建筑空調(diào)、民用空調(diào)、紡織廠的研究都有所開(kāi)展，冰蓄冷空調(diào)技術(shù)不斷得到完善。尤其是低溫送風(fēng)系統(tǒng)配合冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，大大降低了冰蓄冷空調(diào)的能耗，降低了其運(yùn)行成本。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)空調(diào)的依賴日益加強(qiáng)，人民生活水平的不斷提高，農(nóng)村使用空調(diào)的數(shù)量也突飛猛進(jìn)?？照{(diào)用電必將快速增加，而由此造成峰谷的增大是我們不得不面臨和需要解決的問(wèn)題。冰蓄冷系統(tǒng)以利用低谷電力、移峰填谷、縮小用電峰谷差、提高電網(wǎng)安全運(yùn)行的突出優(yōu)點(diǎn)，以及其自身獨(dú)特的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)必將得到更加廣泛的應(yīng)用，可以預(yù)計(jì)，冰蓄冷空調(diào)應(yīng)用前景將十分廣闊。

［1］仵強(qiáng).冰蓄冷在戶式中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)分析［D］.西安科技大學(xué)，2011

［2］張文泰.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析［D］.太原理工大學(xué)，2010

［3］盧鈞.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用［J］.制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2011（2）

［4］葉水泉，韓云海.冰蓄冷空調(diào)技術(shù)在區(qū)域供冷系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2004（6）

［5］于希明.冰蓄冷在辦公樓建筑空調(diào)中的使用［D］.西安科技大學(xué)，2006

［6］劉道平.蓄冷技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.暖通空調(diào)，1995（4）