冰蓄冷系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況與展望

冰蓄冷系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況與展望摘要：我國(guó)已安裝運(yùn)行的冰蓄冷空調(diào)工程大多運(yùn)行情況良好，這證明蓄冷空調(diào)在我國(guó)是完全可用的，是具有良好前景的。當(dāng)然由于對(duì)冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的認(rèn)識(shí)還不夠成熟，應(yīng)用中還存在著各式各樣的問題，本文以測(cè)試所獲得的第一手資料為依據(jù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)的冰蓄冷工程發(fā)展情況，從幾個(gè)方面分別論述。關(guān)鍵字：冰蓄冷系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

自1995年至今，對(duì)全國(guó)各地的多個(gè)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和測(cè)試，這些系統(tǒng)各具特色，基本包括了我國(guó)當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)形式，已測(cè)試工程如表1所示?？偟目磥?，我國(guó)已安裝運(yùn)行的冰蓄冷空調(diào)工程大多運(yùn)行情況良好，這證明蓄冷空調(diào)在我國(guó)是完全可用的，是具有良好前景的。當(dāng)然由于對(duì)冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的認(rèn)識(shí)還不夠成熟，應(yīng)用中還存在著各式各樣的問題，本文以測(cè)試所獲得的第一手資料為依據(jù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)的冰蓄冷工程發(fā)展情況，從以下幾個(gè)方面分別論述。

表1測(cè)試工程列表

一、國(guó)內(nèi)冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題總結(jié)調(diào)查實(shí)際情況后，我們認(rèn)為國(guó)內(nèi)相當(dāng)一部分冰蓄冷空調(diào)工程中存在冷機(jī)或冷槽余量過大的問題。由于我國(guó)的冰蓄冷事業(yè)剛剛開始，部分設(shè)計(jì)者對(duì)冰蓄冷系統(tǒng)的能力不大信任，以至于將系統(tǒng)冷機(jī)選得過大或過多，有的系統(tǒng)無需冷槽即可保證系統(tǒng)負(fù)荷要求。另一方面的問題則是冷槽的余量取得過大，以A工程為例，其冷蓄冷空調(diào)系統(tǒng)中選取了42臺(tái)冷槽，每臺(tái)的蓄冷容量均為180RTH，總蓄冷容量為7560RTH，但該系統(tǒng)所選配的蓄冷主機(jī)為兩臺(tái)，每臺(tái)空調(diào)工況供冷能力為382RTH，若按其當(dāng)前實(shí)際9小時(shí)蓄冷時(shí)間計(jì)算，則冷機(jī)夜間的蓄冷能力約為382×0.7×2×9=4813RTH，占冷槽實(shí)際蓄冷容量的63%左右，與我們的實(shí)測(cè)蓄冷量基本相符，此工程中蓄冷槽的安全系數(shù)選擇太大，以至冷槽實(shí)際無法充分發(fā)揮作用，是一種設(shè)備資源和用戶資金的浪費(fèi)。B工程也有類似的問題，其建筑面積僅4000平方米，所選的冷槽容量共達(dá)950RTH，在運(yùn)行中這五個(gè)冷槽實(shí)際上只用四個(gè)，另一個(gè)備用，而事實(shí)上在蓄冷空調(diào)系統(tǒng)中備用冷槽并沒有很大的實(shí)際意義。即使按照四個(gè)冷槽760RTH容量計(jì)算，該系統(tǒng)蓄冷時(shí)間也需要760/（101×0.7）=11小時(shí)左右，實(shí)測(cè)則發(fā)現(xiàn)蓄滿約需12小時(shí)，遠(yuǎn)超過較合理蓄冷時(shí)間段，即不能在低谷時(shí)段充分發(fā)揮蓄冷作用。冰蓄冷空調(diào)的初投資較常規(guī)定空調(diào)系統(tǒng)高，怎樣充分發(fā)揮冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，盡量減少裝機(jī)容量和設(shè)備初投資，是每個(gè)設(shè)計(jì)者都應(yīng)當(dāng)關(guān)心的問題。當(dāng)然，國(guó)內(nèi)也有一些冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)真正做到了減少裝機(jī)容量，安全系數(shù)選取比較合理，如交通銀行杭州市分行、清華同方人環(huán)樓等工程。下面將調(diào)查的各工程冷機(jī)、冷槽容量選擇情況列于表2，可以看出，同樣是蓄冷系統(tǒng)，冷槽和冷機(jī)的裝置比例相差很多。表2蓄冷空調(diào)工程系統(tǒng)配置

在調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，有的冰蓄冷系統(tǒng)顯得實(shí)驗(yàn)性過強(qiáng)，如某工程選用了5個(gè)蓄冰罐，每個(gè)容積均為100立方米，共分三個(gè)支路并聯(lián)在系統(tǒng)中，兩組為兩個(gè)串聯(lián)罐，一組為一個(gè)單罐，他們通過的流量大致相等，串聯(lián)罐流過的流量略小。蓄冷13小時(shí)后，小罐結(jié)冰達(dá)到IPF=1，串聯(lián)罐的結(jié)冰率僅為0.6左右，測(cè)試結(jié)果表明串聯(lián)罐的結(jié)冰速度遠(yuǎn)小于單罐，因此根本無法充分發(fā)揮其削峰填谷蓄冷作用。

二、冰蓄冷系統(tǒng)的控制問題

冰蓄冷系統(tǒng)的控制分為冷機(jī)優(yōu)先、冷槽優(yōu)先和優(yōu)化控制三種，同樣系統(tǒng)的控制好壞往往直接關(guān)系到用戶運(yùn)行費(fèi)用，關(guān)系到蓄冷系統(tǒng)是否充分發(fā)揮其移峰填谷能力，關(guān)系到空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行品質(zhì)的好壞。另外，從我國(guó)國(guó)情出發(fā)，由于電價(jià)政策在不斷調(diào)整，這就要求系統(tǒng)控制能較為靈活，能對(duì)不同的電價(jià)政策有一定的適應(yīng)性。以杭州為例。從以前的電價(jià)政策規(guī)定上午三個(gè)小時(shí)禁開冷機(jī)，現(xiàn)在此規(guī)定已取消。但我們這次測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)安裝的一些系統(tǒng)如國(guó)際大廈、世貿(mào)中心等仍基本按照以前的控制思路運(yùn)行，或者按照機(jī)房人員的經(jīng)驗(yàn)來運(yùn)行，這樣必然不能保證系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能和優(yōu)化。這次測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，冰蓄冷系統(tǒng)的控制情況各不相同，總的來看大多數(shù)系統(tǒng)的控制效果都較好，能夠保證系統(tǒng)空調(diào)供回水溫度控制平穩(wěn)。如杭州世貿(mào)中心、交通銀行杭州市分行及清華同方人環(huán)樓等。而有的工程控制系統(tǒng)水平較低，空調(diào)水溫控制極不穩(wěn)定，從現(xiàn)象上分析推測(cè)已接近ON—OFF控制。就測(cè)試調(diào)查情況來看，Honeywell及國(guó)內(nèi)一些蓄冷空調(diào)系統(tǒng)控制軟件技術(shù)上比較成熟，實(shí)際控制效果比較好，實(shí)測(cè)的空調(diào)供回水溫度比較平穩(wěn)，較好地為用戶做好了削峰節(jié)能。

三、蓄冷槽的性能比較

目前在我國(guó)真正用于實(shí)際工程的蓄冷裝置主要是兩大類：封裝式蓄冷槽和盤管式蓄冷槽。封裝式蓄冷槽細(xì)分為冰球式蓄冷槽和蕊芯褶囊冰球式蓄冷槽，前者如CIAT公司的產(chǎn)品，后者如杭州華源公司的產(chǎn)品。盤管式蓄冷槽在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的一般都是內(nèi)融冰形式，細(xì)分為U型塑料盤管、圓形塑料盤管、金屬蛇形盤管等幾種。U形盤管以FAFCO的產(chǎn)品為代表，圓形盤管以CLAMAC的產(chǎn)品為代表，金屬蛇形盤管的生產(chǎn)廠家則有BAC、清華同方等。蓄冷裝置形式不同，則其取冷特點(diǎn)各不相同，以下分別論述。

冰球式蓄冷槽的蓄冷速度較慢，但取冷速度較快且在整個(gè)過程中不斷降低。以深圳中電大廈的測(cè)試結(jié)果為例，在蓄冷流量約0.19m3/h/RTH，蓄冷溫度約-6攝氏度條件下，花費(fèi)了12.5小時(shí)才全部蓄滿，且在蓄至80％左右時(shí)，蓄冷速度較低較為嚴(yán)重。而在取冷流量約0.1m3/h/RTH，取冷溫度約11攝氏度的條件下，4小時(shí)內(nèi)取出了冷量的70％以上，但此后很難再取出應(yīng)用，因取水溫度已超過空調(diào)系統(tǒng)要求的7攝氏度限制（若考慮板熱影響，實(shí)際應(yīng)限為6攝氏度），故可認(rèn)為剩余的冷量基本無法利用。在清華大學(xué)空調(diào)實(shí)驗(yàn)室的蓄冷實(shí)驗(yàn)臺(tái)上也得到了類似的結(jié)論。

蕊芯褶囊冰球式蓄冷槽的換熱性能普通圓形冰球有所改善，蓄冷速度更快，取冷后期的傳熱性能也有一定改善。以國(guó)際大廈的測(cè)試結(jié)果為例，再蓄冷流量0.13m3/h/RTH，蓄冷溫度約-6.3攝氏度條件下，花費(fèi)了9小時(shí)即全部蓄滿。而在取冷流量約0.11m3/h/RTH，取冷溫度約11攝氏度的條件下，4小時(shí)內(nèi)取出了冷量的90％，雖蓄冷槽出口溫度在取冷過程中逐漸上升，但在此期間仍可基本保持在8攝氏度以下。

金屬蛇形盤管式蓄冷槽的蓄冷速度較快，取冷速度較恒定，且性能良好的蓄冷槽出口溫度在整個(gè)取冷過程中可基本保持在4—5攝氏度，以G工程的測(cè)試結(jié)果為例，在蓄冷流量0.14m3/h/RTH，蓄冷溫度約-5攝氏度條件下，花費(fèi)了9小時(shí)即全部蓄滿；系統(tǒng)所蓄冷量在白天的9個(gè)小時(shí)中陸續(xù)放完，取冷流量由自控系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)，取冷入口溫度保持在10攝氏度左右，出口溫度則一直保持在4攝氏度左右。

圓形塑料盤管式蓄冷槽和U形塑料盤管式蓄冷槽的性能特征與金屬蛇形盤管相近，但在融冰過程中取冷溫會(huì)較緩慢地升高。以B工程的蓄冷系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)使用CLAMAC冷槽，在蓄冷流量0.08m3/h/RTH，蓄冷溫度約-6攝氏度條件下，花費(fèi)了12小時(shí)全部蓄滿；系統(tǒng)所蓄冷量在白天的9.5小時(shí)中陸續(xù)放完，取冷流量由自控系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)，取冷入口溫度保持在6攝氏度左右，出口溫度則從初期的0攝氏度上升到末期的5攝氏度左右。

不同的蓄冷設(shè)備具有不同的蓄放冷特性，用戶可根據(jù)自己的具體要求和建筑物負(fù)荷特性選擇適宜的蓄冷設(shè)備?？偟恼f來，冰球式蓄冷槽的放冷速度快，適用于短期快速取冷，如在某時(shí)段禁用冷機(jī)的場(chǎng)合。但普通冰球式蓄冷槽約有20％的冷量蓄存比較困難，需增加蓄冷時(shí)間或降低蓄冷工況水溫；塑料盤管在取冷過程中溫度也會(huì)逐漸上升。而鋼制蛇型盤管式蓄冷槽蓄冷速度快，取冷過程中溫度基本保持恒定，即取冷融冰能力基本恒定。在同樣的設(shè)備容量和系統(tǒng)配置條件下，如果蓄冷設(shè)備的形式不同，則系統(tǒng)的整體性能可能差異較大，因此設(shè)計(jì)者在選擇蓄冷設(shè)備時(shí)，應(yīng)經(jīng)過較全面的考慮。

四、安裝封裝式與盤管式蓄冷設(shè)備的比較封裝式與盤管式蓄冷設(shè)備是在我國(guó)應(yīng)用較廣泛的兩類蓄冷系統(tǒng)形式，表3為其蓄冷融冰特性、設(shè)備壽命及應(yīng)用于系統(tǒng)時(shí)的各方面問題的全面比較。表3封裝式與盤管式蓄冷設(shè)備綜合比較

五、新型蓄能系統(tǒng)

近年來，蓄能空調(diào)的形式發(fā)生了不少變化，總的看其趨勢(shì)有兩個(gè)，一個(gè)高效節(jié)能，一種設(shè)備多種用途；另一個(gè)是蓄能空調(diào)的規(guī)模，大的可實(shí)現(xiàn)集中供冷、供熱，小的則是發(fā)展微型蓄能系統(tǒng)，如家用蓄能空調(diào)機(jī)組等。1.蓄冷與蓄熱的結(jié)合（1）水池蓄冷與蓄熱水池內(nèi)水流向與流速的嚴(yán)格控制是保證池內(nèi)水溫自燃分層，提高蓄能效率的關(guān)鍵。蓄熱水槽不得與消防水池合用。注意對(duì)池壁溫度應(yīng)力的驗(yàn)算與措施。（2）蓄冷與蓄熱合用槽體乙二醇水溶液可在85攝氏度至90攝氏度范圍內(nèi)不分解變質(zhì)是前提。提高水蓄冷槽的蓄冷效率，減少冰盤管容量。節(jié)省蓄能槽體的占用空間，冬、夏蓄冷，蓄熱合用一個(gè)槽體?？蛇m用于內(nèi)融冰盤管或外融冰盤管系統(tǒng)?？蛇m用于熱泵系統(tǒng)或電加熱蓄熱系統(tǒng)。2.外融冰盤管系統(tǒng)，可獲得1攝氏度左右的低溫供水（1）實(shí)現(xiàn)大溫差供水，減少水系統(tǒng)能耗與初投資一般空調(diào)水：t＝7℃/12℃，△t＝5℃。大溫差供水：t＝1℃/15℃，△t＝14℃，流量減小，節(jié)電、省管徑?？山ǔ杉泄├淅湓磁c熱網(wǎng)合用管線。減少用戶建設(shè)冷熱源所需的投資與面積。減輕污染，可用氨高效制冰。高效、節(jié)能、減少初投資。（2）實(shí)現(xiàn)低溫送風(fēng)，節(jié)省空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)容量與能耗一般空調(diào)風(fēng)：t＝16℃/24℃，△t＝8℃低溫送風(fēng)：t＝11℃/27℃，△t＝16℃，風(fēng)量減半，節(jié)電、節(jié)省風(fēng)道和空間。提高室內(nèi)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)溫度低，人更舒暢，不易滋生細(xì)菌。（3）可以極大地提高取冷率，即單位時(shí)間取冷量可擴(kuò)大到50％左右，克服了內(nèi)融冰盤管取冷速率較?。ㄗ畲蠹s13～14％）的缺點(diǎn)。（4）開式系統(tǒng)與水系統(tǒng)一樣，必須解決好系統(tǒng)中壓力保持問題。3.熱泵系統(tǒng)（1）風(fēng)冷熱泵，多用于中小規(guī)模的建筑系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，沒有冷卻水系統(tǒng)，不占機(jī)房面積，全部放在室外。供冷與一般風(fēng)冷機(jī)組相同，COP＝4～5。供熱：出水溫可達(dá)40℃～45℃，最低工作溫度-10℃左右，COP＝2.0～2.5。初投資較高，但與一般直燃機(jī)相比，基本持平?？梢耘c電熱結(jié)合使用。（2）水源熱泵，可用于大、中型規(guī)模的建筑供冷與一般水冷機(jī)組相同，COP＝4.5～5.5。供熱：出水溫可達(dá)56℃至58℃，COP≈3.2～3.8。初投資比風(fēng)冷熱泵便宜，但要有合適的水源系統(tǒng)。同樣可與電熱結(jié)合使用。系統(tǒng)較簡(jiǎn)單方便，無任何污染，冷、熱效率較高，有廣泛應(yīng)用前途。4.利用電能蓄熱（1）系統(tǒng)簡(jiǎn)單、方便、無任何污染。（2）熱效率較低，COP≤1.0，且發(fā)電中一次能源效率只有30％左右。（3）利用低谷電進(jìn)行蓄熱，可以適當(dāng)采用，運(yùn)行費(fèi)用較低，約29元/m2年。（4）直接用電加熱，則運(yùn)行費(fèi)過高，一般不宜采用，其供暖費(fèi)用約50元/m2年。

六、結(jié)論

冰蓄冷技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用至今已有5～6年的歷程，可以說已經(jīng)走過了艱難的啟動(dòng)狀態(tài)，走進(jìn)了進(jìn)一步發(fā)展和完善的良性軌道，可從如下事實(shí)說明：1.發(fā)展速度：1995年全國(guó)只有2家蓄冷工程；1997年發(fā)展到33項(xiàng)；1998年建成60多項(xiàng)；1999年底已建成和正在建的蓄能空調(diào)有100余項(xiàng)。2.發(fā)展規(guī)模：1997年最大蓄冷量只有約3000RTH，1998年建成82