簡介： 本文從冰蓄冷空調系統的發展過程出發，介紹了幾種國內比較先進的冰蓄冷空調系統的形式：冰蓄冷與低溫送風系統、家用小型冰蓄冷系統和冰蓄冷與熱幫浦相結合，簡述了各種系統的特點以及應用過程中存在的問題 。
關鍵字：冰蓄冷系統低溫送風家用冰蓄冷熱幫浦
0 引言
所謂冰蓄冷空調，即在夜間電網低谷時間（同時也是空調負荷很低的時間），製冷主機製冷並由蓄冷裝置將冷量儲存起來，待白天電網高峰用電時間（同時也是空調負荷高峰時間），再將冷量釋放出來滿足高峰空調負荷的需要或生產工藝用冷的需求。這樣製冷系統的大部分耗電發生在夜間用電低峰期，而在白天用電高峰期只有輔助裝置在執行，從而實現用電負荷的「移峰填谷」。蓄冰空調技術正是從電力使用者著手,參與電力調峰, 平衡電網,充分利用谷期電力,將部分峰期電力需求轉移到谷期,削減供電量,減少電力建設投資,保護大氣環境。
利用冰蓄冷技術，還可轉移50%[2]的高峰電力需求，對緩解高峰電力壓力，提高能源使用效率和保護環境都將有巨大的社會經濟意義。
1、冰蓄冷空調系統的發展過程
冰蓄冷技術在空調領域的應用，從世界範圍來看，大致經歷了三個階段：
(1)上世紀30～60年代，以削減空調裝置裝機容量為主要目標，以小冷機帶動大負荷的冰蓄冷階段。主要在一些週期性使用、供冷時間又很短的建築物如教堂、 體育館、會堂中採用，旨在降低初投資。
(2)上世紀70～80年代，以轉移尖峰用電時段空調用電負荷為主要目的的「移峰填谷」的冰蓄冷階段。主要在一些只在用電高峰時段使用空調的建築物，如辦公樓、大型商場內推廣使用。對於單純的冰蓄冷工藝，由於蓄冷過程需降低蒸發溫度，因而降低了製冷效率及增加了製冷時的電耗，所以雖然表面上執行費降低了(由於實行峰谷電價差與其它優惠措施)，但實際電能消耗卻增加了，而且總投資也高，償還期一般在4年以上。
(3)從80年代末至90年代中期開始，除了轉移尖峰用電時段的空調負荷外，又增加了利用冰蓄冷的「高品位冷能」，以提高空調製冷系統整體能效和降低整體投資及建築造價、改善室內空氣質量和熱舒適為目標的冰蓄冷空調階段。
2、現階段國內冰蓄冷空調系統形式簡介
2.1 冰蓄冷與低溫送風相結合
目前 ，國內對冰蓄冷與低溫送風系統的研究很多[3-7]， 詳細分析了系統的特點，以及存在的問題。同時由於低溫送風系統的末端裝置對整個空調系統的效能有很大影響 ，這方面的研究也很深入[8-10]，說明了這種系統在我國具有廣闊的發展前景。
2.1.1 低溫送風系統
在常規全空氣空調系統中,送風溫差一般控制在8～10℃,送風溫度在15～18℃範圍,如果系統有再熱,則盤管出口空氣溫度可低到12℃左右。而在冰蓄冷系統中,利用低溫冷水,可將盤管出口空氣溫度降到4～6℃,送風溫差可達20℃左右,形成所謂「低溫送風系統」。目前對空氣輸送能耗以及保溫效能已經有了評價指標[4]：
根據ashrae標準90-75規定,空氣輸送的能耗可用空氣輸送係數atf(air transport factor)來評價:
式中 ts—送風溫差,℃;
p—風機靜壓,mmh2o;
q—送風量,m3/h;
η—風機,電機綜合效率。
低溫送風系統的最大問題是防止空調器、風道、末端裝置和風口的結露,評價保溫效能可用下述方法 :
(1) 隔熱係數
式中: tr—周圍空氣乾球溫度,℃;
td—周圍空氣**溫度,℃;
tc—空調器盤管出口空氣乾球溫度,℃。
(2) 表面溫度係數r'=1/a1/k=
ts—管壁表面溫度,℃。
低溫送風由於送風溫度降低,送風溫差增大,風量減少,使其具有初投資省,年執行費用低,大大減少了空調的裝機容量,所需占用的建築空間小,增加建築使用面積,空氣質素優良,提高舒適度減少空調病,創造好的經濟效益等優點。與冰蓄冷系統相結合後，由於它能夠充分利用冰蓄冷系統所產生的低溫冷凍水，這在一定程度上彌補了因設定蓄冰系統而增加的初投資，進而提高了蓄冷空調系統的整體競爭力，是新世紀空調系統發展的方向之一。
2.1.2 低溫送風系統中存在的問題
（1）空氣中水的凝結問題
使用冰蓄冷與低溫送風相結合的系統最大的問題就是空氣中水的凝結。由於通過管網中的空氣溫度很低，在輸送過程中很容易使管外的空氣中水的凝結，這樣雖然能夠降低室內的空氣濕度，但常常引起頂棚的破壞和脫膜，因此對管道的保溫提出了更高的要求，還要注意保護空調房間保溫管道的隔汽層。另外，在系統開啟時，為防止凝結水，應採用「軟啟動」，使冷凍水供水溫度和送風溫度逐漸降低，在系統停止執行較長時間後，採用「軟啟動」非常重要。
機房內的管道如保溫良好一般不易結露。對於溫度很低、濕度較大或直接與外界相通的室內又無散熱裝置的裝置間，可採用除濕或室內加熱的方法防止管道及裝置表面結露。
（2）室內的空氣質素低的問題
由於大溫差送風，使得系統的送風量較小，流速也低，從而嚴重影響了室內的空氣質素。在設計系統時，可以採用變風量方式，確定乙個最小新風量，隨著室內負荷的減小，新風比增大，這樣可以適當提高室內的空氣質素。
（3）室內空氣的溫度分布引起的吹風感
由於空氣的性質，溫度低的空氣密度比較大，易於下沉，從低溫送風系統末端吹出的冷空氣下沉而影響室內的空氣分布，室內人員會有吹風感，目前可以用低溫送風系統專用的散流器，這種散流器有很好的帖附誘導效能，但是成本仍然很高，所以對於這個問題有待於進一步研究。
總之，由於低溫送風空調系統在技術上已經有了很大的進步，一次投資只是常規空調造價的76％一86％，這在一定程度上彌補了冰蓄冷與低溫送風相結合的系統中增加蓄冷裝置而引起的初投資的增加。目前就國內情況來說，要使冰蓄冷空調與低溫送風系統結合得更加完美，一方面要大力引進國外先進技術和經驗，開發新產品，降低整個系統的成本，另一方面還要努力實現冰蓄冷系統的高效率化，降低系統的耗電率，提高效能係數。當然低溫送風系統作為新生事物，對整個系統的評價顯得及其重要，這方面有待於進一步的研究，有利用低溫送風系統在我國的推廣。
2.2 家用空調中的冰蓄冷系統
隨著人們的生活水平的提高和受全球氣候變暖的影響,家用空調器正以驚人的速度普及,成為不可忽視的耗電大戶,給電力**帶來很大壓力。如何能把蓄冷技術應用到家用空調器等小型空調裝置上,所起到的削峰填谷作用將是很可觀的，這也是目前研究的熱點[11-17]。
2.2.1 小型家用冰蓄冷系統的組成
由於戶式冰蓄冷空調要求具備以下特點:結構簡單緊湊、蓄冷取冷方便、控制靈活有效等。因此,如圖1 所示，小型家用冰蓄冷空調將直接蒸發製冰蓄冷、製冷劑內融冰取冷及大溫差過冷有機地結合為一體從而大幅度提高了製冷量和製冷效能係數cop。
該冰蓄冷空調系統有以下三種執行工況：
(1) 蓄冷執行。閥門 v1、v2、v3 為開，其餘為關，迴圈依次由壓縮機1、冷凝器3、蓄冷用儲液器4、雙閥機構5、蓄冰槽6等部件組成；
(2) 取冷供冷執行。閥門 4、5、6、7 為開，其餘為關，迴圈依次由壓縮機1、冷凝器3、蓄冷用儲液器 4、蓄冰槽 6、雙閥機構 5、蒸發器7 等部件組成；
(3)常規空調執行。閥門 1、4、7 為開，其餘為關，迴圈依次由壓縮機1、冷凝器3、雙閥機構 5、蒸發器7等部件組成。
圖1 家用冰蓄冷空調系統簡圖1－壓縮機；2－四通閥；3－冷凝器；4－蓄冷用儲液器；5－雙閥機構；6－蓄冰槽；7－蒸發器；8－汽液分離器；9－水幫浦；10－v1～v7球閥
2.2.2 家用小型冰蓄冷系統推廣中存在的問題
家用小型冰蓄冷空調技術的研究開發和推廣應用對我國電網調峰、節能及保護環境有著十分重要的意義和發展前景。就我國目前的研究水平來說，這種形式的冰蓄冷空調在推廣中還存在兩個問題：
（1） 成本高。由於國內這方面的技術還不夠成熟，還沒有成套的國產裝置，目前使用的還是進口裝置，所以要引進國外先進技術，加強蓄冷材料和小型蓄冷空調裝置的研究；
（2） 系統的不穩定性。這是由於蓄冰裝置在融冰供冷過程中，其初期提供的是冰的顯熱，中期提供的是冰的潛熱，末期提供的是水的顯熱，而顯熱與潛熱有著巨大的差值，使供冷初末期的冷量遠遠小於中期提供的冷量，這就使得蓄冷裝置在供冷過程中很不穩定。目前對這方面的改進措施的研究有待於進一步加強。
冰蓄冷空調技術簡述
1 機組製冰模式 2 製冰同時供冷模式 3 單製冷機供冷模式 4 單融冰供冷模式 5 製冷機與融冰同時供冷 製冷機與融冰同時供冷 在此工作模式下製冷機和蓄冰裝置同時執行滿足供冷需求。按部分蓄冷執行策略，在較熱季節都需要採用這種工作模式，才能滿足供冷要求。該工作模式又分成了兩種情況，即機組優先和融冰優...
冰蓄冷空調的系統設計方法選擇及優化
作者 陳細軍 建築工程技術與設計 2014年第19期 摘要 蓄冰空調技術是近幾年發展起來的，次系統對空調電力高峰負荷的傳遞 對電網壓力的減輕 裝置容量的降低意義重大。對蓄冰空調產品進行優化改進，進一步降低運營成本，將有力改變中國目前蓄冰空調的發展緩慢的情況，如果能有效地解決以上的問題冰蓄冰空調系統將...
冰蓄冷空調專案投資建設情況匯報
高密佳樂家 商務區 一 冰蓄冷空調專案概況 高密佳樂家 商務區，位於高密市夷安大道與鳳凰大街交叉口東南角。其中建設1棟五層商場，商場經營模式以百貨店和超市為主，建築面積5.5萬平方公尺，空調夏季設計冷負荷為6465kw 高密佳樂家 商務區空調設計為冰蓄冷空調模式，採用兩台蓄冰工況為1528kw頓漢布...