冰蓄冷空调问题与对策探讨

1、For personal use only in study and research; not for commercial use冰蓄冷空调问题与对策探讨摘要： 文章 分析 了冰蓄冷空调在我国 发展 缓慢的原 因，从采用大温差冷水系统、低温送风设计、系统布置、使 用国产设备、电力部门激励政策等方面探讨了降低初投资的 途径。另外，论述了提供系统产品、改进控制水平以寻求简 化复杂设计、安装的过程，提高冰蓄冷系统的质量及方便操 作维护的 方法 。 关键词： 冰蓄冷空调 初投资 系统产品 0 前言我国的电力 工业 发展很快， 96 年发电装机容量已达到 世界第 2位，到97年底全国发电装机容量达

2、2.5 亿千瓦，2004 年装机容量达到 4.4 亿千瓦，预计 2005 年要突破 5 亿千瓦， 仅比美国装机容量少 3 亿千瓦左右。但是，尽管如此，我国 的电力供应仍日益紧缺，尤其是高峰不足与低谷过剩的矛盾 日益突出，如果全靠新建电厂来满足尖峰需求，则势必造成 电厂及输配电设备投资的浪费，使国家 经济 遭受损失，如 1997 年每千瓦装机容量所产生的国民经济总产值为 28800 元，而到 2004 年则降为 27300 元，随着未来几年新建电厂 的陆续投产，此现象将更加突出。这样不能充分利用廉价环 保能源，与建设节约型 社会 的要求不相符合。如果采用需 求侧调控的方法，如空调的冰蓄冷等可以将

3、用电时间移至非 高峰期， 起到 “移峰填谷 ”的作用。以上海市为例， 历史 最 高用电负荷为 1668.2 万千瓦，而同日的最低用电负荷为 1050 万千瓦，其中空调用电约占 45% ，同使用常规空调相比，冰 蓄冷空调有 25% 左右的移峰能力， 理论 上可转移 11%的高 峰负荷到低谷。可见大力发展冰蓄冷空调前景广阔。但是冰 蓄冷空调在我国的发展速度非常缓慢，如上海市已建成的蓄 冷工程仅十余家，广东省也只有十多家，如此并没有发挥出 应有的 “ 移峰填谷 ”作用。为何既节能又环保的冰蓄冷空调 会受到如此冷遇？据 研究 ，在我国已建的冰蓄冷工程中， 存在以下 问题 ：- 投资回收周期长， 经济性

4、不佳。 - 设计选 型复杂、设计工作量大、各部件匹配优化难。 - 供货商众多， 安装调试周期长，系统施工质量难以控制。 - 运行操作使用 困难。 - 维护成本高。以上因素阻碍了冰蓄冷空调在我国的 发展。本文将探讨相关方法，试图从根本上解决上述问题， 以期能够迅速、 广泛地推动冰蓄冷空调在我国的正常发展。 1多种途径降低初投资对于业主来说，选择空调系统的主要原 则之一就是经济性，包括初投资和运行维护费用。国内外大 量的工程实践表明，单纯的冰蓄冷加常规空调系统，由于增 加了蓄冰系统和乙二醇载冷剂板式换热器，空调系统设备的 初投资比常规设备高 20% 以上，单单依靠 目前 电力峰谷电 价差所获得的运

5、行节约费用，其实际偿还年限一般需7 12年，甚至达到 19 年，这就是制约我国冰蓄冷空调产品发展的 主要原因。为此，设计院、设备制造厂、安装公司、电力部 门应全力配合，从设计、设备制造、安装、选用、政策激励 等方面着手，大幅度降低用户初投资。 1.1 采用冷水大温差 系统以降低冷水管路投资。常规空调水系统的供回水温度为 7-12 ，冷水机组一般也按此设计，冰蓄冷空调在融冰与主 机联合供冷时，载冷剂侧的温差要大于 5，达到 7-8 。若 将空调水系统温差提高到 10 ，可以节约 50% 的系统循环水 量以及相应的水泵电耗，水系统和空气端设备的总成本可降 低 5% 左右。若再将空调水系统从传统并联

6、方式变为更加灵活 的串联或串并联方式、以更加灵活合理地利用冷冻水温差， 还可以节约相关成本 2-3% 。 1.2 采用大温差低温送风方式。 常规空调系统从空气处理机送出来的空气温度为16 18 左右，而低温送风系统的上述空气温度为712 。低温送风一方面可减小空气处理机、风机规格和投资成本，另一方面 也会增加冷却盘管、末端装置和管道保温投资，但投资减少 金额高于投资增加金额，使得低温送风初投资可减小很多， 如当送风温度为 7时，风管尺寸减少 30%36% ，空气处理 机尺寸减少 20%30% ，风机功率减少 30%40% 。当对现有 建筑的常规送风系统进行改造时，如改为低温送风，则其供 冷能力

7、可大大提高。由 计算 得知：低温送风与常规送风相 比，空调水系统与风系统的投资可减少 14%19% ，而总投 资可减少 6%11% 。节省用电量显著，特别是高峰期用电量 减少，年运行费可降低 18% 28% 。此外，由于低温送风风 管比常规送风风管小，还能节省建筑空间和造价，据统计， 采用低温送风所需安装风管的房间顶部空间至少可以降低 85180mm ，建筑工程造价相应可减少 3.76%13.6% 。同时， 风管等尺寸的缩小还节省基建初投资，建筑空间的减小相应 增加了层高和建筑物总层数，增加建筑使用面积，这时的送 风相对湿度一般为 33%38% ，室内空气品质优良，具有较 好的舒适度并能减少建

8、筑病综合症的发生。 1.3 充分考虑初 投资的系统流程布置方式，如串联系统中冷水机下游布置方 式可以降低成本，改善蓄能槽放热特性，这方面美国日本已 有许多 应用 ，甚至已在设计手册中作了专门说明，但国内 目前还很少使用。 1.4 大力使用国产优质设备。据调查，在 国内目前已建成的一些项目中，冰蓄冷空调的冷水机和蓄冰 槽 （盘管、球）大都采用进口设备， 而这些进口设备价格必然偏 高。其实，对于冷水机组，国际许多著名 企业 早已在 中国 设立了生产基地，其制造产品质量标准、关键件来源、工艺 手段等与国外完全一样，甚至还出口国外（包括对产品质量 要求极高的欧洲） ，因此， 各设计单位和业主应放心使用

9、国内 生产的品牌产品。 而对于蓄冰槽 （盘管、 球）等，由于它们都是 常规的换热部件，采用的也都是成熟的焊接、热处理及保温 加工方法，国内厂家的选材质量和安全余量要求并不比国外 低，该相应的国产产品在食品、制药等行业已使用多年，效 果良好。同时，选用国产优质设备，在系统设计、安装、服 务、零配件供应、日后维修等方面也具有更多的优势，在笔 者所熟悉的冰蓄冷工程项目中，就有由于进口设备出现问题 无法及时维修掉换而造成工期延误、 经济受损的实例。 1.5 实 行积极的电力补贴政策。冰蓄冷空调系统具有移峰填谷、均 衡用电负荷、提高电力建设投资效益等优点，能减少电厂和 输配电设备的建设、使用环保廉价能源

10、以降低环境污染，高 效率使用已有发电设备，给国家和电力部门带来巨大利益。 但要想使之得到良好发展，还必须依赖相关政策法规的尽快 出台、以使建筑业主得到实惠。为缓解夏季电力高峰供电缺 口，我国某些地区和个别项目采用电力补助的措施，如福建 规定 2004 年新建的冰蓄冷空调每千伏安补贴 200 元， 2005 年新建的每千伏安补贴 100 元；2004 年用冰蓄冷技术改造原 有空调的每千伏安补贴 500 元，2005 年进行改造的每千伏安 补贴 300 元； 2006 年（以后）新建或改造的将不予以补贴。这些临时措施应制度化，建议政府、电力部门、相关设备制 造商应尽快研究并颁布制度化的激励措施，特

11、别是能够获得 巨大利益的电力部门，应从实际或潜在获利中拿出部分返还 业主和设备制造商，比如可考虑借鉴燃气空调的补贴制度： 上海在 2004 年实行了 燃气空调的补贴制度 ，规定在 2004 2007 年内，对纳入上海市燃气空调推进计划的燃气空调， 由市政府给予 100 元 /千瓦制冷量的设备补贴； 还可比照日本 和美国的冰蓄冷扶持政策：电力公司给予用户/设备厂商每转移 1 千瓦高峰电 200-300 美元的电力补贴。若政府及电力部 门能对冰蓄冷空调采用类似于上述燃气空调的政策，相当于 每转移 1 千瓦高峰用电补贴 1600 元，基本接近美国和日本 等广泛使用冰蓄冷空调国家的补贴水平，则可降低蓄

12、冷空调 初投资 8-10% ，大幅度缩短冰蓄冷空调的投资回收期。 2 发 展系统产品降低设计安装复杂性冰蓄冷空调设计和常规空调 相比，其设计选型复杂性大大提高、安装施工难度大，故有 设计施工能力的安装公司极少， 工程质量较难控制， 详见表 1， 这也是制约我国冰蓄冷空调发展的重要原因。表 1 常规空调 与冰蓄冷空调设计安装比较 内容 冰蓄冷常规空调建筑负荷 计算逐时负荷最大负荷各种蓄冰方式经济分析有无蓄能槽 （盘管 /冰球）选型计算有无二次换热器设计选型有无乙二醇 管路水力平衡和泵选型有无现场自动控制系统设计有无设计 工作量 220-300%100% 零部件数量 150%100% 安装工作量1

13、50-170%100% 施工单位能力仅几家数千家若制造公司能够 提供一种类似常规空调的系统冰蓄冷产品，使得设计师、安 装公司、业主不再对冰蓄冷空调望而生畏，将会有力推动蓄 冷空调事业的发展。最近， 文献 1 报道了一种系统的冰蓄 冷空调产品。该系统产品由冰蓄冷主机、水力控制模块、蓄 冰槽三大部件组成，见图 1。图 1 冰蓄冷系统产品冰蓄冷系统产品能将分散的零部件 在出厂前制作为完整的产品，选型安装方便，并结合了多项 先进技术：冰蓄冷系统产品主机形式多样，包括风冷蓄冷产 品和水冷蓄冷产品，压缩机可采用涡旋、螺杆和活塞式。在 缺水或日夜温差大的地区可使用风冷主机，其它地区可选用 水冷主机。水冷产品

14、中螺杆机效率较高，可优先选用。对于 风冷、热回收、水源热泵型等压缩比大的 应用 场合，活塞 机、涡旋机的效率也不错、且价格实惠，可考虑使用。对于 具有多台压缩机的主机，由于其部分负荷性能好、备机功能 强，同等条件下应优先考虑。如图1，冷水机组布置在蓄冰槽下游， 标准空调水进出水温度为 15-5 ，调节方便， 稳定， 蓄冰槽的融冰释冷速度快。这样，设计师只需直接按照10 大温差空调水来设计系统即可， 不必再花费精力和时间 研究 如何制取 10 大温差空调水。带有蓄能量测量装置和严密隔 热防潮措施的模块式蓄冰槽，安装极其方便，只需将蓄冰槽 体就位和接管即可，不需任何槽体内部安装工作。水力控制 模块

15、包括载冷剂泵、冷却水泵、空调水泵、板式换热器、闭 式膨胀水箱、过滤器、电动调节阀门、蓄冷系统的电力控制 柜，以及排气、泄水口。水力控制模块已经各种运行模式的 水力平衡设计和校核，换热器和水泵的工作性能匹配优化。 该系统冰蓄冷产品还能与热回收、水源热泵结合，以进一步 提高使用效能和产品的可靠性。该类产品避免了大量复杂机 房设计和现场装配工作，质量可靠、运行性能佳、使用方便 放心。与同类产品比较可显著降低设计、交货、安装、调试 时间，见图 2。这样，对于机房设计，冰蓄冷产品的设计工 作量与常规空调产品相当，现场安装工作简洁，省时省力， 也大大减少安装出错的可能性。图 2 系统冰蓄冷产品特点 3 开

16、发先进的自适应控制系 统常规空调的运行模式单一，只要控制主机的出力和冷水温 度即可；而冰蓄冷空调运行模式多样：有夜间蓄冷、白天主 机单独供冷、蓄冰槽单独供冷、主机和蓄冰槽联合供冷等。 除主机外还要控制蓄冰槽的工作，以及主机和蓄冰槽出力分 配和优化运行，因此，普通的控制系统难以真正发挥冰蓄冷 的功能。早期的冰蓄冷工程自动控制水平不高，需要由机房 操作人员手动设置运行模式。依靠工人技术水平和经验性手 动控制难以胜任这些工作，致使有的冰蓄冷空调建成后蓄冷 功能基本不用， 有的冰蓄冷空调运行费用大大高出预期成本。 手动控制不能发挥冰蓄冷的全部优势，更不能保证最低的能 耗水平。近期的冰蓄冷空调工程多采用

17、 PLC 结合上位机模式， 用户操作界面友好，利用已建立的 历史 数据库，实现冰蓄 冷空调全自动运行，但成本高、还不能按建筑负荷的需求自 动寻求最 经济 有效的工作方式。新型的冰蓄冷空调控制系 统应包括： - 简单、直接、精确的蓄冰量测量装置。蓄冰量 测量的准确与否直接 影响 到能否保证室内空调参数的稳 定。 - 根据外界气候条件变化或空调水温变化的情况自动判 断和预测最佳工作模式和最佳空调水工作温度，即先进的自 适应控制逻辑。如部分蓄冷系统的控制策略有主机优先和融 冰优先两种控制策略。主机优先是指在需要用冷时，首先制 冷主机运行供冷，不足部分由蓄冰槽提供，融冰优先则是先 由蓄冰槽供冷，不足部

18、分由主机提供。融冰优先的控制策略 能充分利用电力低谷，节省运行费用。应能够根据气候、电 力政策自动确定最佳控制策略。自适应控制逻辑将根据外部 需求和蓄冰槽的蓄冰情况，最大限度地发挥融冰优先的控制 优势。 - 依据日程计划能在不同运行模式间自动切换。 - 实现 与空气端 DDC （直接数字控制）装置的信息传递。 4 建立设 计选型软件和标准产品参数 4.1 逐时负荷分布图。建筑物的 负荷 计算 是空调设计的依据。对于常规空调系统，制冷设 备的装机容量一般只需根据建筑物设计日的最大小时负荷来 确定；而在冰蓄冷空调设计中，需采用专门的建筑负荷设计 软件，设计师按照当地逐时气象参数与建筑维护结构参数、

19、 建筑物内居住、照明产热设备的工作时间表等数据，计算出 整个供冷季节的逐时空调负荷，从而确定系统的设备容量。 目前 市场上主要的设备制造商都具备有关建筑负荷设计计 算软件，在具体项目中可协助设计院进行建筑负荷计算。 4.2 简化冰蓄冷主机选型和蓄冷模式的经济 分析方法 。传统的 冰蓄冷空调系统，由于其制冷机和蓄冷设备容量的确定非常 烦琐，因为还不能简单地依靠某个逐时负荷，而是需要结合 所选蓄冷系统形式、运行与控制模式、当地电价结构及蓄冷 装置的蓄、放冷特性曲线等诸多因素进行综合考虑。相比之 下，文献 1 报道的系统冰蓄冷产品已经将设备匹配和设计等 优化为经济运行控制模式，融冰性能完全满足要求，在确定 建筑物逐时负荷后可方便地开展主机、蓄能槽、水力控制模 块选型，并进行经济分析。 4.3 厂家提供系统的设计数据。 常规空调的产品参数在厂家样本中一般都很完整，冰蓄冷空 调也应该象常规空调一样能够提供完整的系统参数，以方便 设计师选型计算。如有需要的话，