空調蓄冷技術(shù)

　　1　引言
　　
　　隨著(zhù)現代工業(yè)發(fā)展和人民生活水平的提高，空調的應用已越來(lái)越廣泛，一些大中城市的空調用電量已占其高峰用電量20%[1]以上，致使電力系統峰谷負荷差加大，電網(wǎng)負荷率下降。有的電網(wǎng)峰谷負荷差達40%，不僅影響人們正常用電，而且造成了發(fā)電資源很大閑置。表現在電網(wǎng)低谷時(shí)，要停掉很多機組，機組頻繁啟停不僅增加能耗，而且影響機組壽命。應用蓄冷技術(shù)是解決該問(wèn)題的有效辦法之一，將空調用電從白天高峰期轉移到夜間低谷期，來(lái)均衡城市電網(wǎng)負荷，達到削峰填谷的目的。    
　　
　　因此，我國政府和電力部門(mén)推行新的能源政策和電價(jià)政策，利用峰谷電價(jià)差值鼓勵應用空調蓄冷技術(shù)減少或轉移高峰電力需求。蓄冷技術(shù)的推廣將有效平衡我國電能消耗，引導新的用電模式，合理利用電力資源。

　　1　蓄冷技術(shù)
　　
　　空調蓄冷技術(shù)現已是一項成熟的技術(shù)，歐洲和日本等經(jīng)濟發(fā)達國家在80年代初期即開(kāi)始對蓄冷技術(shù)應用進(jìn)行研究，在家用蓄冷、蓄熱式空調產(chǎn)品和成套蓄冷設備方面取得很大進(jìn)展。近幾年，蓄冷技術(shù)發(fā)展迅速，規模愈來(lái)愈大，已形成了區域性蓄冷、供冷系統。有效地緩解了高峰用電需求，合理充分地利用能源，提高了電廠(chǎng)效率。
　　
　　隨著(zhù)我國經(jīng)濟發(fā)展，工業(yè)用電和居民用電大幅增加，用電模式已和發(fā)達國家相近，國外蓄冷技術(shù)的成功應用值得借鑒。由于我國過(guò)去單一制電價(jià)政策使該技術(shù)的發(fā)展受到限制。近年來(lái)，我國出臺了峰谷電價(jià)政策以及各項鼓勵性措施，奠定了推廣蓄冷技術(shù)的基礎，但發(fā)展仍舊緩慢。除北京、上海等一些大城市，其余地區蓄冷系統應用非常有限。

　　2　蓄冷技術(shù)簡(jiǎn)介

　　蓄冷技術(shù)原理，簡(jiǎn)而言之，是利用夜間電網(wǎng)多余的谷荷電力繼續運轉制冷機制冷，并通過(guò)介質(zhì)將冷量?jì)Υ嫫饋?lái)，在白天用電高峰時(shí)釋放該冷量提供空調服務(wù)，從而緩解空調爭用高峰電力的矛盾。目前較為流行的蓄冷方式有三種，即水蓄冷、冰蓄冷、優(yōu)態(tài)鹽蓄冷[2]。

　　2.1　水蓄冷
　　
　　以水作為蓄冷介質(zhì)的水蓄冷系統是空調蓄冷重要方式之一，也是能源利用，開(kāi)源節流的形式之一。水蓄冷可利用室內外蓄水池或消防水池，用普通冷水機組制冷，夜間制取2~5℃的冷水蓄存起來(lái)供白天使用。為了提高蓄冷罐的蓄冷能力并滿(mǎn)足供冷負荷需求，應提高水蓄冷系統蓄冷效率，維持較大的蓄冷溫差，并防止儲存冷水與回流熱水的混合以減少能量損失。通常水蓄冷系統貯槽結構設計有四種方式：自然分層蓄冷、復合貯槽蓄冷、迷宮式蓄冷和隔膜式蓄冷。其中自然分層蓄冷系統簡(jiǎn)單，蓄冷效率較高、經(jīng)濟效益好，目前廣為應用。
　　
　　自然分層蓄冷利用水的物理特性（水的密度與溫度相關(guān)，水溫大于4℃時(shí)，溫度升高密度減小，在0~4℃范圍內，溫度升高密度增大，3.98℃時(shí)水的密度最大），使溫度為4~6℃的冷水聚集在蓄冷罐下部，而10~18℃的熱水自然地聚集在蓄冷罐上部，從而實(shí)現冷熱水自然分層。
　　概括地講，水蓄冷技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
　　
　　1）可使用常規的冷水機組，也可使用吸收式制冷機組，使其在經(jīng)濟狀態(tài)下運行。

　　2）適用于常規供冷系統的擴容改造，無(wú)需增加制冷機組容量。

　　3）利用消防水池、既有蓄水設施或建筑物地下室等作為蓄冷容器，可降低初投資。

　　4）可實(shí)現蓄熱和蓄冷雙重用途。

　　5）技術(shù)要求低，維修方便，無(wú)需特殊技術(shù)培訓。

　　6）水蓄冷方式是一種較為經(jīng)濟且儲冷量較大的一種蓄冷方式。蓄冷罐體積越大，單位蓄冷量投資越低。蓄冷量大于7 000kW•h或蓄冷容積大于760m3時(shí)，以水蓄冷為經(jīng)濟。

　　2.2　冰蓄冷
　
　　冷的制冰方式主要有兩種[3]：1.靜態(tài)制冰方式。即在冷卻管外或盛冰容器內結冰，冰本身始終處于相對靜止狀態(tài)，這類(lèi)制冰方式包括冰盤(pán)管式、冰球式等多種形式；2.動(dòng)態(tài)制冰方式。該方式中有冰晶冰漿生成，且冰晶冰漿處于運動(dòng)狀態(tài)。


　　制冰系統簡(jiǎn)單，現是冰蓄冷系統的主流。目前，動(dòng)態(tài)制冰方式國內外應用較多的是冰盤(pán)管式、冰球式蓄冷系統，其他少用。

　　冰球式蓄冷分為內融冰式和外融冰式，內融冰式設備是由沉浸在充滿(mǎn)水的貯槽中的盤(pán)管構成結冰載體的一種蓄冷裝置。充冷時(shí)，低溫載冷劑在盤(pán)管內循環(huán)，將盤(pán)管外表面的水逐漸冷卻至結冰。釋冷時(shí)，經(jīng)空調負荷加熱的高溫載冷劑在盤(pán)管內循環(huán)，將盤(pán)管外表面的冰逐漸融化，使載冷劑降溫，供用戶(hù)需要。外融冰式相反，在管內結冰，載冷劑在管外流動(dòng)。沉浸在貯槽中的盤(pán)管形狀通常有三種，即蛇形盤(pán)管、圓筒形盤(pán)管和U形立式盤(pán)管。
   
　　蛇形盤(pán)管蓄冷裝置以美國B(niǎo)AC公司產(chǎn)品為代表，該裝置一般使用25%（質(zhì)量比）的乙烯乙二醇水溶液。充冷時(shí)進(jìn)液溫度一般為-5~-6℃，釋冷時(shí)出口溫度為0~1℃。圓筒形盤(pán)管蓄冷系統以美國calmac公司和Dunham-bush公司產(chǎn)品為代表。該裝置載冷劑逆向流動(dòng)，有利于改善和提高傳熱效率，并使貯槽內溫度均勻，在充冷末期貯槽內的水基本可全部?jì)鼋Y成冰，因此，又稱(chēng)為完全凍結式蓄冷裝置。U形盤(pán)管蓄冷裝置以美國Fafco系列產(chǎn)品為代表。
　　
　　上述盤(pán)管作為換熱器分別與相應的不同種類(lèi)貯槽組合為成套的各標準型號制冷設備。同時(shí)，這些盤(pán)管亦可以根據實(shí)際需要制作成非標尺寸，以適于各種建筑物布置，組成非標蓄冷裝置，滿(mǎn)足用戶(hù)不同需求。
　　
　　冰球式蓄冷屬于封裝冰式，蓄冰球的外殼一般由高密度聚合烯烴材料制成，球內裝有有機鹽溶液，蓄冰時(shí)低溫載冷劑使冰球內的鹽溶液結冰，放冷時(shí)高溫載冷劑與冰球內的冰進(jìn)行熱交換達到降溫目的。
　　
　　靜態(tài)制冰有自身缺點(diǎn)：冰層厚度使熱阻增大，導致冷凍機性能系數COP降低。一些靜態(tài)系統中印冰塊的相互粘連易導致水路堵塞。

　　所以，冰蓄冷研究的主要方向是動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)，動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)將成為冰蓄冷主要形式。

　　2.3　優(yōu)態(tài)鹽變相蓄冷
　　
　　其原理類(lèi)似冰蓄冷，利用材料相變蓄存冷量，但一般都在高溫下相變，故冷機及系統類(lèi)似于水蓄冷。優(yōu)態(tài)鹽是由無(wú)機鹽，即硫酸鈉的水化合物為主要成份，與水和添加劑調配而成的混合物。將其充注在高密度聚乙烯板式容器內，其相變溫度應在空調適應的范圍之內，通常以2~7℃為宜，冷機可采用普通冷水機組，運行效率高，但這種方式造價(jià)較高，且單位體積蓄冷量低，蓄冷槽體積大，是冰槽的2~3倍，重量也大，是冰槽的3~4倍。且該材料變相次數有限，一般在2 000～4 000次，超過(guò)之后便失效。
　　
　　優(yōu)態(tài)鹽以其理論上可以在任何溫度下進(jìn)行相態(tài)變化的特點(diǎn)，非常適合蓄冷式中央空調系統之應用。但實(shí)際上常面臨某些技術(shù)問(wèn)題，再加上有可靠性、穩定性、經(jīng)濟性、耐久性等要求時(shí)，適合空調應用的優(yōu)態(tài)鹽配方及設備并不多見(jiàn)。盡管如此，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，高溫相變材料的蓄冷式中央空調系統也是值得重視的。