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摘要：介绍了冰蓄冷的技术特点以及在某办公楼中冰蓄冷设备的选型计算、运行策略以及经济分析
关键词：冰蓄冷 动态冰蓄冷 运行策略
1.概述
冰蓄冷系统是利用夜间低谷时段廉价的电力制冰并加以储存，在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期同时也是电价较高的时间段，将冰融化释放冷量，用以承担建筑物全部或者部分空调负荷的一种技术。
根据蓄冰形式冰蓄冷一般分为静态冰蓄冷及动态冰蓄冷，静态冰蓄冷系统冰的制备和融化在同一位置进行，蓄冷设备和制冰部件为一体结构，具体形式有冰盘管式、封装式等多种形式；动态冰蓄冷系统冰的制备和融化不在同一位置进行，制冷机和蓄冰槽相对独立，如滑落式制冰和冰晶式系统，蓄冷介质为冰晶，冰浆等。
表1为2013~2014年执行的某地区蓄冷电价表，对采用蓄冷用户实施蓄能电价，其峰谷电价比为4.03倍，为冰蓄冷供冷提供了有利条件。以下为某地区分时电价：
高峰时段：9:00-11:30、14:00-16:30、19:00-21:00 电价：1.1644（RMB/kwh）
平时段：7:00-9:00、11:30-14:00、16:30-19:00、21:00-23:00 电价：0.8844 （RMB/kwh）
低谷时段：23:00 - 7:00 电价：0.5344 （RMB/kwh）
蓄冰优惠： 23:00 - 7:00 电价：0.2884 （RMB/kwh）
2.项目概况
本项目总建筑面74275m2，建筑高度204.8m，共45层。其中首层至三层为商铺、办公大堂，四五层为商业，六至四十五层为办公层。地下三层为车库及设备用房，制冷机房位于地下二层，冷却塔设于首层室外绿地。
本工程集中空调面积59765m2， 夏季逐项逐时计算冷负荷综合最大值为11650KW （3323USRT）。经逐时负荷计算设计日空调总冷量为38216RTH，计算蓄冷量为11508RT。蓄冷率30.1%。
3.冰蓄冷系统设计
3.1蓄冷系统基本设计
本项目采用动态冰蓄冷，通常流态冰制取方法分为过冷水式和刮刀式两种形式，本项目采用的流态冰冷水机组将冷水机组与旋转刮刀式冰浆生成器合于一体，采用刮刀式原理，通过冷却使冰晶在不锈钢壁面上生成，然后利用旋转的刮刀将壁面上生成的冰晶刮落而生成流态冰。冷水经过机组后直接生成温度低于0℃的冰晶输送至蓄冰槽储存。
本项目动态冰蓄冷具有以下几种优势：
制冷效率高，经济可靠
a、有效的控制了冻结冰层的厚度，每次仅形成较薄的片冰，提高了制冷机的蒸发温度，比间接蓄冰蒸发温度高3℃-5℃，制冷效率高。
b、由于制冷剂直接蒸发制冷，无需乙二醇中间换热，融冰释冷时也无二次换热，该过程也可提高制冷机效率10~15%；晶冰换热表面积大，融冰迅速、彻底，可提供＜0℃冷源，适合低温送风，大温差供回水技术。制冰机组可不经过板换直接向末端供冷，类似普通空调，比传统蓄冷系统减少中间换热过程，系统更加节能。
本项目共选用三台双工况流态冰冷水机组，空调工况名义制冷量：685RT，蓄冰工况名义制冷量：520RT，设置一台基载螺杆式水冷冷水机组空调工况名义制冷量：445RT。四台冷水机组、制冰水泵及放冷水泵均与蓄冰槽一同置于地下二层制冷机房。
3.2蓄冷系统设备参数计算
3.2.1 设备选型原则
1）夜间有空调负荷要求的，宜配置基载制冷机。
2）优先满足电价高峰时段的空调负荷蓄冷需求，负荷/电价高峰时段尽量减少双工况制冷机、基载制冷机运行的时间。
3）每天供冷时段结束时蓄冷量用完。
4）空调冷负荷较小时优先全部由蓄冰供冷。
3.2.2 双工况制冷机容量计算
制冷主机容量：qc＝Q/（C1.n1+Cf.n2）
其中：Q：设计日空调总冷量（RT），qc：空调工况制冷机制冷量（RT）C1：有换热设备时双工况主机制冷工况系数，取0.9n1：白天双工况主机制冷运行小时数（h），取13，
Cf：制冷机制冰工况系数，本项目采用螺杆式水冷冷水机组，取0.7，n2：制冷机制冰工况下的日运行小时数（h），取8，制冷主机容量：qc＝Q/（C1.n1+Cf.n2）=38216/（0.9*13+0.7*8） =2209RT
根据以上结果选取三台双工况螺杆式冷水机组：制冷量：685RT（空调工况）/520RT（制冰工况）
3.2.3 蓄冰装置容量[1]：
QS＝Cf.n2. qc＝8*0.7*685RT=11508RT
蓄冰设备：设置一座蓄冰池，总蓄冰量为11508RT，蓄冰池有效容积＞1200m3。
3.3蓄冷系统运行策略
根据气候特点和空调实际需求，本工程冰蓄冷系统设置负荷预测+实时监测的控制系统通过阀门及设备切换运行，可实现以下四种工作模式运行：
◇双工况主机蓄冰工况：（0:00~次日8:00），在夜间电力低谷时间段内，系统自动进入蓄冰模式。循环水泵开启，蓄冰池内冷水经制冰水泵输送到制冰机组降温后制成晶冰再回到蓄冰池内储存。
◇融冰供冷模式：系统进入该模式后，空调冷冻水回水通过板式换热器与一次侧的冷水换热后，由12℃降为5℃供到空调区域。板换一次侧，蓄冰池出水温度为3.5℃，经与板换二次侧冷冻水换热后，温度升高至11°C，温升后的“高温水”进入蓄冰池内，与蓄冰池内的流态冰换热，“高温水”被冷却进入下一次循环。
◇主机与蓄冰槽联合供冷模式：系统进入该模式后，空调冷冻水回水通过板式换热器与一次侧的冷水换热后，由12℃降为5℃供到空调区域；板换一次侧，蓄冰池出水温度为3.5℃，经与板换二次侧冷冻水换热后，温度升高至11°C，温升后的“高温水”先进入制冷主机处理后得到6℃的供水；一部分水进入蓄冰池融冰，一部分通过蓄冰池旁通管道；冷水混合后提供5℃的冷水供给板式换热器。
◇主机单独供冷：系统进入该模式后，空调冷冻水回水通过板式换热器与一次侧的冷水换热后，由12℃降为5℃供到空调区域；板换一次侧，主机回水温度10.5℃，经机组降温至5℃进入板式换热器。
4.蓄冷系统与常规电制冷系统的经济比较
年运行费用计算比较
结论：本项目空调用电量大，运行时间集中，又有良好的电价政策，经计算，采用冰蓄冷每年可以节省大量电费，是非常经济的。
参考文献：
[1]冰蓄冷系统设计与施工图集（06K160）[S]
论文作者:万筠,穆赵强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/9
标签：制冷机论文; 电价论文; 双工论文; 空调论文; 工况论文; 系统论文; 换热论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;