冰蓄冷空调系统的节能技术

冰蓄冷空调系统的节能技术

曲建立刘德刚

山东省鲁商冰轮建筑设计有限公司山东省济南250101

摘要：空调冰蓄冷技术是20世纪90年代以来在我国兴起的一门实用综合技术.实施该技术能够有效地“移峰填谷”平衡电网的供电负荷，具有显著的社会和经济效益。冰蓄冷空调系统可以使制冷机容量减少，且经常在满负荷高效率下工作。它利用夜间廉价电，均衡电网负荷，符合我国国情。基于此，本文主要对冰蓄冷空调系统的节能技术进行分析探讨。

关键词：冰蓄冷空调系统；节能技术

1、前言

近年来，随着中国经济的增长，人们生活水平的改善，人们对办公、生活环境也提出了更高的要求。为了满足要求，各类建筑，尤其是办公大楼，写字楼均安装了中央空调。然而，常规的中央空调由于能耗较大，增加了成本，造成了不必要的浪费。为了符合我国政府提出的节能减排政策，蓄能空调应运而生，冰蓄冷空调作为蓄能空调的一种，凭借诸多优点和良好的运行获得了人们的好评。

2、冰蓄冷空调设计中的几种节能优化措施

空调冰蓄冷系统能很好地实现电网“移峰填谷”作用，从而可以获得由电价差带来的经济效益。然而，冰蓄冷系统的初投资较常规空调高许多，成为制约其发展的重要因素之一。如何使其最大限度地发挥节能优势，从而能更快地回收初期投资，是冰蓄冷空调技术及设计中的关键所在。鉴于此，笔者总结了以下一些行之有效的节能优化措施。

2.1降低送风温度

将空调系统的送风温度由常规的12℃降为4～12℃，使得相同冷负荷下的送风量减少，从而减少风机运行所消耗的功率，使系统节约能耗且运行费用降低。由流体力学风机功率公式可推导得出，风机所耗功率会随送风量减少呈三次方下降。此外，送风量的减少意味着送风管道尺寸的减小，从而使系统初期投资降低。由此可见，降低送风温度可以使冰蓄冷空调系统在实现“移峰填谷”的同时更具节能性，且能降低系统的运行费用和初投资，实现可观的经济效益。

2.2增加热回收装置

空调系统排风中的余热直接排放到大气中，既造成城市的热污染，又浪费了热能。如果将排风中的余热（余冷）加以回收再利用，如加热生活热水、处理新风等，则可提高系统的整体能源利用率，达到节能的目的，同时又可降低机组负荷，节省初期投资。

在设计中，对全热回收装置和显热回收装置的选择应因地而宜。研究表明，广州、深圳等冬冷夏热且全年湿度较大的城市，全热回收装置的热回收效果要高于显热回收装置。而像哈尔滨、沈阳等北方城市，则显热回收效果要比全热回收效果好。因此，在设计中要结合各地气候条件综合考虑。另外，如果全热回收装置排风道与送风道之间不严密，可能出现送排风渗混的情况。因此，当排风中存在有毒、有害气体时，不宜采用全热回收装置。

2.3采用热管技术

热管作为传热元件，因其优良的传热特性，越来越多地被推广应用到各种项目工程中。将热管应用于冰蓄冷系统中，可以改善冰蓄冷空调的传热性能，提高能源的使用效率。

2.3.1直接式热管冰蓄冷

将热管冷凝段置于制冷系统的蒸发器中，热管的蒸发段置于蓄冰池中直接蓄冰，称为直接式热管冰蓄冷系统。这种系统由于热管自身有热变换功能，因而克服了由管长引起的制冷剂压力降低及回油难、因管路腐蚀而发生制冷剂泄漏现象等缺点，融冰过程由外向内融化，温度较高的冷冻水回水与冰直接接触，可以在较短的时间内制出大量的低温冷冻水，提高了能源的利用效率，因此特别适用于短时间内要求冷量大、温度低的场合。该系统存在的问题主要有：若储存的冰没有完全融化而再度制冰，则会增加制冷设备电耗量；系统的设计安装难度较大。

2.3.2间接式热管冰蓄冷

采用二次冷媒将制冷系统与蓄冷系统进行连接，热管蒸发段置于蓄冷池中，冷凝段置于蓄冷池之上。二次冷媒经制冷机组蒸发器降温后流经热管冷凝段进行换热，利用热管高效的传热特性对蓄冷池直接蓄冷。该装置的最大优点在于无需对传统的制冷机组进行结构改装即可直接应用于工程中，且少量的热管破裂及泄漏均不影响系统的正常运行。采用热管技术在设计研究中应当注意：在热管冰蓄冷过程中，冰直接凝固在热管上，随着冰层厚度增加，传热热阻加大，将导致结冰速度缓慢，降低能源的使用效率。若能使热管在结冰达到一定厚度后冰层自动从热管蒸发段脱落，使热管总是维持在一个传热热阻较小、换热性能较高的水平，这样将会显著提高整个蓄冷系统的效率，减少设备投资容量，也更为节能。

3、工程实例分析

以某市某大厦为生产厂房。建筑面积为3万m2，设计日小时最大冷负荷为3904.1kW，总冷负荷为43415.6kW，主要负荷集中在8：00～18：00的电力高峰，采用冰蓄冷空调技术。

3.1设备初投资比较

本工程采用分量蓄冷并负荷均衡运行策略，流程采用制冷机组位于蓄冷装置上游的串联流程。机组在电力低谷期运行蓄冷，在空调负荷大即电力高峰期，蓄冷装置和制冷机组联合向空调系统供冷。在负荷较小时，采用优化控制模式充分利用蓄存的冷量供冷，以减少运行费用。表1和表2分别给出常规空调系统和蓄冷空调系统的初投资。

与常规系统相比，冰蓄冷空调系统由于增加了蓄冷设备，因此，其设备初投资比常规空调系统大，同时，制冷机的装机容量减少了1809kW（515RT），使得其电力增容费降低。总体来说，系统总投资比常规空调系统大。冰蓄冷中央空调冷站大约比常规空调冷站初投资费用增加58.46万元。

3.2运行费用比较

为了简化计算过程，不考虑制冷机组的COP值随运行工况和负荷率的变化。由于实行分时电价政策，高峰段电价为0.75元/kWh，低谷段电价为0.2元/kWh，峰谷电价比为3.75。笔者在进行冰蓄冷空调系统经济分析时粗略地认为空调时间以满负荷进行计算，空调时间按200d计算作为定性分析的情况下，乘以修正系数，冰蓄冷空调系统年运行费用大约为2.1919.848+2.6521.13=46.46万元[7]，常规空调年运行费用约为69.1万元。

3.3天然冰蓄冷经济性分析

由上述分析可知，影响冰蓄冷空调系统经济性的关键是当地电力部门能否提供合适的峰谷电价及其它优惠政策。同时，需要根据用户自身空调负荷特性，确定是否可能利用夜间的廉价电力制冰充冷，在白天高峰时段融冰释冷。但这从总的耗电量来看，蓄冷空调系统的总耗电量远远大于常规空调系统。以此工程为例，该蓄冷空调系统在粗略的计算下，仅在夜间蓄冷期间耗电达到132600kWh。用天然冰蓄能供冷设备系统替代蓄冷空调中耗电制冷设备，向空气调节设备提供0～4℃或7℃的冷冻水，制冰（供冷）不耗电（水泵用电除外），实现冰的冬贮夏用，节省电能；不用制冷设备，节省铜、钢材料；不用制冷剂，不破坏臭氧层；年运行费用低；维修简便；使用寿命长。

据统计，当采用低温送风系统时，低温空调系统初投资低于常温系统10%～20%，故一定规模的低温空调系统与非蓄冷系统的投资可能持平，从而最大限度地减低冰蓄冷空调系统的初投资，减少投资回收期，更好地发挥其优势，提高冰蓄冷空调的竞争力，有利于用户的使用。

4、结语

总的来说，在我国能源日益紧张的今天，节能降耗已经成为必然趋势，对于建筑中能耗较大的空调系统而言，必须对其采取有效的运行优化控制策略，从根本上降低能耗。冰蓄冷空调系统本身的节能效果比常规空调系统明显很多，通过优化控制，能够达到最佳效果。因此，研究运行优化控制具有重要现实意义。

参考文献：

[1]蒋小强.冰蓄冷与低温送风空调系统的设计与分析[J].低温与特气，2007，25（3）.

[2]赵建成，周結，张海涛等.排风热回收系统在工程中的应用[J].建筑科学，200&