浅析蓄冷空调优化设计及经济运行

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一、蓄能空调概述

所谓蓄能空调，就是利用蓄能设备在空调系统不需要能量或用能量小的时间内将多余的能量储存起来，在空调系统需求能量大的时间将这部分能量释放出来的空调系统。根据使用对象和储存温度的高低，可以将蓄能空调分为蓄热空调和蓄冷空调。蓄能空调的蓄能原理可分为潜热蓄能和显热蓄能：潜热蓄能是将物质发生相变所吸收或释放的热能储存起来，而显热蓄能则是将物质发生温度变化时所吸收或释放的热能储存起来。蓄能空调的工作过程可以冰蓄冷空调系统为例来说明，该系统可结合电力系统的分时电价政策，在夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将制得的冷量以冰（或其它相变材料）的形式储存起来，在白天空调负荷（电价）高峰期将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足供冷需求。在空调系统的应用中，以蓄冷为主。因此，在这里主要介绍蓄冷空调

二、蓄能空调发展现状

从20世纪80年代以来，由于技术日臻完善、效益十分明显，蓄冰空调系统在全球各发达国家得到了迅猛发展。根据美国、日本及台湾省的经验，解决用电负荷矛盾的重要途径就是发展蓄冷空调。以日本为例，近10年来，新建、改建蓄冰项目3000多个，电网低谷使用率达45%。韩国已经立法，3000平米以上的公共建筑必须采用蓄冰空调系统。

上世纪90年代，我国蓄冰空调技术也得到了发展，深圳、北京、广州、浙江、上海、天津、武汉、福建等省市相继投入运行多个大中型蓄冰中央空调项目，仅杭州市就已经设计并投人使用30多个冰蓄冷空调项目，都取得了很好的经济效益。目前有二十多个省市已推广应用，从实际运用的情况来看，用户和电力部门反映良好，用户节省电费，系统性质优于常规系统，电力部门移峰填谷的效果十分明显。为解决用电高峰拉闸限电的问题，我国部分省市也已出台政策，凡5000平米以上建筑，采用电制冷空调的必须使用蓄冰空调系统。

三、空调系统的蓄冷介质

（一）水：水可作为显热式蓄冷的蓄冷介质，其蓄冷温度为 4～6℃。该系统的主要特点是易于利用现有空调用常规冷水机组，在用电低峰时经过蒸发器把冷量储存在冷水里，在用电高峰期时把储存的冷量供给空调系统。这样的系统空调系统供冷回水温度和蓄冷槽供水之间的温差对蓄能非常重要，并且该温差直接决定着蓄水槽的体积。

（二）冰：冰可作为潜热式蓄冷的蓄冷介质。由于水的凝固点为 0℃，冰水相变产生的蓄冷量比温度蓄冷量要大很多，因而以冰作为蓄冷介质具有很高的应用价值。该系统在用电低峰期时把冷量储存在冰内，在高峰期时用来补充高峰期的用冷量。根据从蓄冰槽取冷方式的不同，可分为内融冰和外融冰两种方式。内融冰方式是空调系统水和冰的冷量通过板式换热器间接换热的取冷方式；外融冰方式是空调水与冰直接接触取冷，这种方式使得取冷温度降低，便于和低温送风系统结合使用。

（三）共晶盐：共晶盐是无机盐与水的混合物，它可作为潜热式蓄冷的蓄冷介质。随着盐的成分不同，其蓄冷温度相应不同，通过配制不同成分比例的水合盐，可以得到所需的不同相变温度的相变材料。但由于共晶盐材料的相变潜热一般比冰小，而且融解过程容易出现分层现象，因此使得这种介质的使用受到了限制。

（四）气体水合物：气体水合物可作为潜热式蓄冷的蓄冷介质。气体水合物是一种包络状晶体，是外来气体分子被水分子结成的晶体网络坚实地保围在中间形成的。由于大多数制冷剂能在 5~12℃条件下形成气体水合物，所以该种介质比较适合空调工况，而且其容易融解和生成，在水合结晶时释放出相当于水结冰的相变热，传热效果好，具有很好的化学稳定性，腐蚀性低，安全性好，因而采用气体水合物作为蓄冷介质的蓄冷技术被认为是比冰蓄冷更为有效的蓄冷技术。但是气体水合物对蓄冷槽的要求很高，蓄冷槽的结构、密封性、承压能力以及内部不凝性气体的含量对蓄冷效果都有影响。

四、蓄冷空调系统的经济效益

（一）社会效益：蓄能空调系统得到推广应用的主要原因是蓄能系统具有巨大的社会效益，这是与电力系统的电价政策密不可分的。蓄能系统能够转移电力高峰时期的用电量，平衡电网峰谷差，因此可以减少新建电厂投资，提高现有发电设备和输变电设备的使用率。电网的峰谷差是现代电网的一大特点，而且随着经济发展有加剧的趋势。据统计，国内部分大城市的高峰用电量中空调用电就占了 30%以上，从空调用电入手解决电网峰谷差问题无疑是最有效的方法之一。空调用能一般具有如下非常适合蓄能使用的特点：首先，大多数空调与供暖系统可以间歇使用，如上班时供应、下班时关闭，使系统本身有可能利用原有设备在间歇期（夜间电力低谷期）进行能量蓄存，为第二天空调运行供能或补充；第二，空调用能多为 7/12℃冷水或 40/50~50/60℃热水，属于低品位的能量，而电能是高品位的能源，因此电能可以转化为任意低品位的能源。我国电力行业的技术装备和管理水平经过多年的努力，已经跃上了一个新的台阶。但是，电网负荷率低、峰谷差大的特点使电力供应仍很紧张。国家计委、国家经贸委协同国家电力公司历经数次研究，先后出台了一系列指令性或指导性的计划下达至各地方经委和电力公司，要以经济手段推动电力“削峰填谷”的实现。目前很多地方的电力公司均推出了峰谷分时电价政策，这样尤其是对商业用电场所为蓄能空调系统提供了条件。

（二）用户收益：首先，利用分时电价政策，可以大幅节省运行费用。即在电价低时多用电，把制得的冷或热量储存起来，在电价高时把蓄存的能量释放出来使用，少用或不用电网的时段高价电。一般情况下，峰谷时段的电价比可达3:1 或 4:1，因此，采取蓄能空调系统进行分时蓄用电每年节省的运行电费是相当可观的。其次，可以减少制冷主机装机容量和功率的30~50%，相应地，减少冷却塔和水泵等的装机容量和功率。由于在空调负荷高峰时，可以依靠融冰来供冷，因此主机的装机制冷容量可以得到大幅减小。第三，可减少一次电力投资费用。由于制冷系统设备装机功率下降，电贴费、变压器和高低压配电柜等费用均可减少。另外，由于电力系统的优惠政策，蓄能系统可以争取到电贴费减免的额外优惠。第四，蓄冷系统可作为应急冷源，停电时可利用自备电力启动水泵融冰供冷。另外，蓄热系统能减少粉尘烟尘的污染，降低对消防措施的要求等。

因此，蓄能系统在运行管理上具有更大的灵活性和更广的适应性。由上可见，蓄能空调系统具有诸多优点，有必要在应用中对其予以大力推广。