冰蓄冷技术在地铁车站空调系统中应用的可行性分析探讨

冰蓄冷技术在地铁车站空调系统中应用的可行性分析探讨

黄冰1 ,顾涛2

1深圳地铁运营集团有限公司  2深圳市十二号线轨道交通有限公司

摘要: 本文对冰蓄冷空调技术的概述、背景、发展过程、应用原理和技术进行了详细的分析，在此基础上对该技术中存在的问题和可行性也进行了分析，能够为今后冷蓄空调技术的应用提供参考价值和应用案例。

关键词: 冰蓄冷技术;空调系统;应用;可行性分析

在我国，很多大型城市和中型城市并非电力系统非常发达，实际上会因为用电高峰期和非高峰期影响电力的供求，也就是说在高峰期用电时，供应量比较紧张，用电较多，但是平均一天下来，供求关系是相对平衡的。在非高峰期的时候，电量其实是十分宽裕的，可以错开高峰期用电，使得宽裕的电量得到充分的利用，否则容易造成资源分配的不平衡，造成经济的滞后发展和损失。所以我国相关部门的建议是可以分散高峰期的用电情况，其他时段用电量增加，控制高峰期和非高峰期的用电量，维持用电量的平衡，也就是把高峰期的用电量转移到非高峰期中。

一、冰蓄冷空调系统的概述

    冰蓄冷空调系统指的是为了调节空调的负荷，选择在空调相对负荷较低的时候通过制冰并储存的方式来储存电力，相反，在空调负荷高的时候把制的冰取出来，使冰融化为冷气，使得空调制冷设备的工作得到分散，能够维持用电的需求，使得运行时间可以达到地铁站的需求，既能节约能量又能平衡用电情况，有利于设备的寿命时长。

冰蓄冷系统可以根据负荷的范围分成两种，一种是全负荷一种是部分负荷的冷系统。第一种是全负荷冰蓄冷系统，它在使用时，是不需要冷冻机运行的，只需要冰槽把冰融化即可达到需求。该系统对于设备的要求也是较高的，像大型体育馆、博物馆等都需要这种系统，需要的量大但是持续的时间并不长。部分负荷系统则是冷冻机和冰槽共同作用，该系统的容量相对小，可以实现性价比较高的预算，所以在各个制冷单位中，采用的较多。

二、蓄冷技术的应用背景与发展过程

蓄冷技术是怎样一种技术呢？他其实是一项关于储存和应用把热量储存于低温环境中的技术，又区别于我们所见的制冷技术，可以说是传统制冷技术的一个延伸。蓄冷技术在很多领域都有应用，在世界范围看来，空调领域内的应用大概可以分成三个阶段: 第一阶段是从二十世纪三十年代到六十年代，这个阶段是以削减空调制冷设备装机容量为主要目标,以小冷机带动大冷负荷的水蓄冷阶段，旨在降低制冷系统的初投资;第二阶段是从二十世纪七十年代到九十年代初,这个阶段是以转移尖峰用电时段空调用电负荷为主要目的的移峰填谷的冰蓄冷阶段;第三阶段是从二十世纪九十年代初到今,这个阶段除了转移尖峰用电时段的空调用电负荷目标之外,又增加了利用冰蓄冷的“高品位冷量”，以提高空调制冷系统整体能效和降低空调制冷系统整体投资及建筑造价改善室内空气品质和热舒适的目标,进入了低温、大温差供冷送风的蓄冷空调发展阶段。

我国从上个世纪末到现在的发展是十分迅速的，经济改革不断发展和深化，同时发展了商品方面，对各个商场和商业区的发展也有了很大的需求，商业用电也不断增加，而商业区和商场的营业时间相近，所以商业用电的时间比较集中，这就增加了商业用电的压力，尤其是夏天的空调用电，是商场夏天用电的尖峰时期，占据总负荷的百分之六十。虽然近几年我国的电力不断发展和进步，但仍没有紧跟商业用电尖峰的用电量的消耗增长。首先，低谷时间，商业用电十分少，逐年数据看来没有增加反而有所减少来。所以，造成用电高负荷的主要原因是高峰期的用电，让各个商业区在高峰用电时的差距变大，甚至高峰期用电量高达一半。为了使用电能够平衡，一方面要发展发电厂的作用，研究容量大的供电设备，另一方面可以平衡用户的用电情况。第一方面看来，发电厂的能力有限，如果进行新电网研究的话，花费高也耗费时间，并且国家也有各方面的限制，实施起来是有困难的，所以，更好的办法是平衡用户的用电情况，比提高发电厂的能力更实际。

三、冰蓄冷系统控制策略

我们日常所见的冰蓄冷控制策略主要有三种，根据需求的不同各个地铁站的应用也不同，一是制冷机优先，第二种是蓄冰槽优先，第三种是优化控制。

第一种制冷机优先，制冷机优先就是尽量让制冷机满负荷运行，如果冷负荷大于制冷机额定制冷量，完全靠融冰来负担不足的部分。这种方式的缺点是:在冷负荷较小时，冰槽使用率极低，不能有效的削减电负荷高峰和降低用户电费。

第二种蓄冰槽优先，蓄冰槽优先就是尽量利用蓄冰槽融冰来负担冷负荷，当冰槽不能完全满足负荷时，依靠制冷机来担负不足部分冷负荷。这种策略最大限度的利用蓄冰槽，但因要保证冷源能负担每天的峰值负荷，冰槽不能融冰太快,需要对负荷进行预测决定名时刻的最大融冰量，此刻控制策略实现起来比较复杂，并非最经济的运行方式。

第三种优化控制策略，优化控制策略等同于蓄冰槽优先。但又同时兼顾高峰融冰供冷要求，它通过计算机模拟将蓄冷量合理的分布于每小时，保证最大限度的节约电费。

在上述三种策略中，第三种能够利用冰槽，与此同时也能供应高峰期的负荷，所以我们常见的策略主要是优化控制策略。

四、空调系统中蓄冷技术的应用

4.1区域性蓄冷空调供冷站

区域供冷或供热系统更有利于节能，可以节省大量的初期投资和运行成本，进而降低电力消耗和环境污染。这种冷却站可以根据区域空调负荷的大小对自动控制系统进行分类。用户可以像取用自来水和煤气一样方便地取用低温冷水进行空调。区域冷却可以充分利用各种建筑物峰值负荷不同步的特点，降低设备的容量。大温差运行是该技术的主要保障因素，当蓄冰制冷、区域制冷、超低温送风空调系统相结合时，是一种性价比高的制冷形式。为缓解季节性供电短缺的矛盾，保护环境，地方供电机构应通过调整电价，为负荷管理方提供峰槽分时电价激励机制。

4.2热泵与冰蓄冷联合系统

在此技术上，还有些重要的问题需要解决，一种空气源热泵户型中央空调系统，对空气有更大的影响，而泥土碎屑则在地面上作热源。因此，随着年度气温逐渐稳定而深度逐渐升高，温度也相对稳定。当前地球上的温度高于空气温度，而在夏季则较低，因为供电的地热和作为冷却剂的铜含量更高。与传统的机器相比，某些土壤的二氧化碳排放量平均上升了30%，因为中央空调的能源消耗量大幅下降而用户的生产成本下降。一个冰蓄冷技术突破冰和水的应用范围将其有机结合读懂来保存热泵户型蓄冰中央空调。具有很广泛的应用前景。

五、结论

5.1 蓄冷技术是一项有利于经济社会发展的新技术，能够促进资源的合理利用，同时能够协调社会和经济的发展。各个地铁站的用电时间分布、电价、冷负荷等都是影响该系统运行的可行性因素。

5.2在新建的地铁站运用该项冰蓄冷空调技术，能够一定程度的减少各个制冷设备的容量，减少用电高峰期的用电，使得高峰期的用电量需求较少，较少各个城市的供电压力。另一方面，国家可以通过降低非高峰期的电价的方式，来鼓励非高峰期的用电量增加，这样可以分散高峰期的用电量。

5.3可以采用两种方式并存的方法，比如说送冷风和冰蓄冷技术联合起来，这种模式可以运用两种模式各自的优点，避开缺点，节约成本又能达到需求。

5.4采用冰蓄冷空调新方案在新建的地铁车站是切实可行的，这种方案能够发挥其作用，并且后期也可能达到超出我们预测的作用，会给各个城市的发展带来很大的益处，对城市的交通和经济都有推动作用，是十分有意义的。

参考文献:

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[2]任华华,冯圣红分离式热管在空调系统中的应用现状及前景分析[U]. 节能,2021,09:9-12+2.

[3]陈辉明探讨大温差技术在空调系统中的应用分析广东科技,2020,S51:292-294.