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[摘要]结合工程实例，介绍空调冰蓄冷系统设备选型和控制策略优化一些体会和思路。
[关键词]空调冰蓄冷系统 设备选型匹配 控制系统优化
中图分类号：TM5 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)1020116－02
近年来，由于我国经济的迅猛发展，电力供应较为紧张，尤其是东部较为发达地区在用电较高的季节和用电高峰时段这个问题显得尤为突出，有的电网峰、谷负荷之差达30%以上，出现夏季白天常拉闸限电，夜间有电送不出去的现象，造成巨大浪费。国家为了鼓励错峰用电和削峰填谷用电，这些年制定和调整了峰谷时段不同电价和尖峰电价等，因此采用蓄冷技术“移峰填谷”已成为缓解高峰用电、减少空调电费支出的一项很重要的措施，被列为国家级“ 火炬”计划，广泛推广应用。上海的科技城、北京的国贸中心、中央电视台、中央人民广播电台、深圳的富士康工业园区等都是典型代表。
冰蓄冷是潜热蓄冷的一种方式，冰蓄冷空调系统一般是在夜间冷负荷需求较低时(同时电网用电也处于低谷、电价较低)开启制冷机组制冰，冷量以潜热和一部分显热的形式储存于冰蓄冷槽中，待白天在空调负荷高峰时期(同时也是电网用电处于高峰、电价较高时期)直接融冰提供低温冷水供冷，从而即满足了负荷高峰时期的冷量需求，又有效利用了电价峰谷差、降低用发电成本、平衡电网负荷，带来了巨大的社会效益和良好的经济效益。
但冰蓄冷空调系统比一般的空调制冷系统要复杂得多，设备选型要考虑多种因素，只有选择最适合的匹配和选型，才能达到投资少、效果好、见效快综合效益。
一、双工况制冷设备选型
双工况制冷设备一般采用螺杆式、离心式冷冻机，通常，400-500冷吨（空调工况，以下同）以下双工况冷冻机大多采用螺杆式，美国顿汉布什、约克、特灵，意大利RC、法国CIAT等品牌，典型代表是约克开式和特灵半封闭螺杆式双工况冷冻机，400-500冷吨以上双工况冷冻机大多采用离心式，典型代表是特灵半封闭三级离心式和约克开式离心式双工况冷冻机，400-500冷吨左右制冷量两种都可以，但以离心式制冷效率较高。
二、蓄冰设备选型
从制冰融冰的类型划分有很多种类，常见的类型有动态型的冰泥浆和冰片滑落式冰蓄冷、静态型的蓄冰盘管外结冰（内融冰或外融冰）和分装冰（冰球、冰板、芯心冰球等）。
常用蓄冰设备主要有：蛇形盘管式、U形盘管式、环形管式、冰球式等，其中，钢制蛇形管式、塑料U形盘管式、应用较多，钢制蛇形盘管以美国BAC公司产品为典型代表，塑料U形盘管式以美国FAFCO公司产品为典型代表，钢制环管式以美国高陵公司桶式结构为代表，常见的各类型蓄冰设备特点参数如下：
选用蓄冷设备时通常需要考虑的因素：
1．蓄冷温度不宜过低。蓄冷温度每下降1℃，蓄冷能耗增加约2%左右，在冰蓄冷系统中，选择制冰厚度≤50mm比较经济，系统COP值应＞2.5。
2．蓄冰储槽体积要小，以节省占地面积。蓄冰储槽体积体积宜＜0.028m3/kwh，占地面积宜＜0.014m3/kwh。
3．在冰蓄冷系统中，含冰率IPF值（最大制冰量与储槽中水容积之比）要高，一般IPF值＞30%为优。
4．蓄冰设备使用寿命要长，国外进口的蓄冰设备一般寿命可达20年以上。
5．充冷和释冷速率快，温差范围稳定，尤其是释冷温度稳定可以提高蓄冰利用率。
6．根据占地和需求，合理确定设备数量和最佳蓄冷比例，蓄冷比例一般为30-70%，以减少设备数量、占地和投资。
根据以上原则，钢制蛇形管式具有导热性能好、融冰温度稳定、安装容易、维修量小等优点，钢制蛇形管整体镀锌，耐腐蚀，不易泄漏，这是它的优势所在，但也给他的应用带来一些制约因素，因整体焊接、镀锌，不能散件组装，适合于洞口较大的蓄冰槽，对新建建筑或露天开挖的蓄冰槽较为适合；塑料U形盘管式相比钢制蛇形管式在导热性能好、融冰温度稳定等方面略有逊色，但它能够化整为散件，进入蓄冰槽后再组装，采用专用胶粘接即可，适合于洞口较大的蓄冰槽，对已有建筑地下蓄冰槽等不适合洞口很大的情况较为适用，以上这两种多是采用建筑下方地下蓄冰槽布置蓄冰设备，且大多采用进口的蓄冰盘管；钢制环管式、冰球式主要用于较小容量的蓄冰项目，其中，钢制环管式多采用机房或地面布置，冰球式可采用地下蓄冰槽或机房内砌槽布置，而且，冰球式蓄冰设备虽然占地容积较大、效率较低，但因制造、安装工艺简单，国内能够自主生产，价格便宜，在一些小项目应用较多。根据已成功运行的空调冰蓄冷系统实例，钢制蛇形蓄冰盘管因蓄冰厚度大，制冰终了温度较低，一般选用螺杆式双工况冷冻机较多，塑料U形蓄冰盘管蓄冰厚度小，制冰终了温度较高，一般选用离心式双工况冷冻机较多，钢制环管式、冰球式蓄冰设备配套螺杆式双工况冷冻机较多。
三、冰蓄冷自动控制系统
冰蓄冷系统的自动控制系统需要保证制冷机组、各种水泵、冷却塔、蓄冷设备、热交换器等在设计要求的参数下安全可靠运行，并能达到预期的降低能耗级经济的目的。目前的空调冰蓄冷系统的自动控制系统一般采用以计算机及其软件组成的上位机与现场控制的下位机及相关传感器和执行机构相结合的集散系统(DCS)，体现现代控制“集中管理、控制分散、危险分散”的思想，当上位机故障或脱机时，下位机仍能实现自动控制，很多项目还和楼宇控制系统相结合进行监控，执行机构一般采用电动型。
（一）空调冰蓄冷系统的自动控制系统一般要求有以下功能
1．控制功能
（1）负荷预测功能（可选项，对蓄冰量相对较小的部分融冰系统意义不大）；
（2）常用五种运行方式（即充冷、冷冻机单独供冷、融冰单独供冷、冷冻机和融冰联合供冷、停机待用）的启、停和时间控制；
（3）溶液（或冷水）供出温度控制或溶液（或冷水）回入温度控制；
（4）蓄冰设备充冷充足时控制停机；
（5）制冷机组运行台数控制
（6）各种水泵运行台数控制和运行频率控制；
（7）冷却水系统的控制；
（8）冷凝器热回收及自然冷却制冷等（可选项）；
2．计量分析及通信功能
（1）计量和采集各种运行参数和状态信息进行显示、记录及打印；
（2）分析计量数据进行报表及历史和动态点的趋势分析（可选项）；
（3）通过局域网络传输数据和异常报警、输入和重设来自外部的控制参数，应能与楼宇控制系统（BAS）及制冷机组控制器兼容。
3．其他功能
（1）机组轮流运行、自动故障复位和参数重设等；
（2）各个运转设备的顺序启动及连锁；
（3）时间及故障报警、冷冻保护等。
（二）冰蓄冷控制系统的配置
冰蓄冷空调系统涉及的机电设备多、运行模式多、控制要求高，考虑到楼宇控制系统（BAS）扩容裕量有限，距离控制的设备比较远，实施难度大、费用高，根据冰蓄冷系统控制特点和一批冰蓄冷系统控制运行比较成功的实例，采用冰蓄冷系统局域就地控制和楼宇集中控制相结合的监控方式比较适宜。采用PLC（如西门子S300型控制器）作为冰蓄冷系统局域控制器，使用King View组态组态软件编制控制界面和流程图，采用当前市场台式电脑作上位机，提供直观友好的操作界面，供操作运行人员监视、控制各种工况的运行。
双工况冷冻机、变频器等重要设备本身就带有智能控制器，可以通过通讯模块和软件传输相关运行参数，冰蓄冷系统设备与控制系统距离一般比较近，冰蓄冷系统温度、流量、压力等变送器输出4-20mA模拟量信号，状态、故障和开关指令等输数字量信号，分别通过多芯电缆传递给冰蓄冷控制系统，控制系统按照程序要求和设定要求，把控制指令发送到各个设备执行。与此同时，冰蓄冷控制系统PLC控制器把重要设备的状态、控制参数和报警信号传输到楼宇控制系统（BAS），进行集中监视运行，减少冰蓄冷系统现场值班监控要求，达到花钱少、效果好的目标。
（三）冰蓄冷控制策略
蓄冷系统的自动控制主要是根据季节、室外温度、末端负荷和运行时间表，配合电力部门的分时电价政策完成五种模式的自动切换以及空调供水或回水温度控制。在负荷较小的春、秋季节，根据负荷预测，蓄冰冷量可以保证供冷，甚至还有富裕，可采取全融冰供冷方式，白天高电价时段（甚至包括平电价时段）冷冻机基本不开；夏季负荷较大时，全融冰供冷不能满足空调供冷需求，可采用高峰电价时段融冰优先的策略，尽量在高峰电价时段少开或不开制冷主机，达到削峰填谷、减少制冷电费支出的目的。
综上所述， 冰蓄冷技术应用具有良好经济效益和深远社会效益，但冰蓄冷空调系统比一般的空调制冷系统要复杂得多，在指导思想上应大力提倡因地制宜，实事求是的科学态度，切忌片面、盲目、一哄而起。一定要根据实际情况和需求，合理选择系统设备配置和控制策略，更好地发挥冰蓄冷空调的优势。
参考文献：
[1]方贵银，蓄冷空调实用新技术[M].京:人民邮电出版社，20001.
[2]廖传善，空调设备与系统节能控制[M].北京:中国建筑工业出版社，19841.
[3]张伟捷，冰蓄冷空调系统控制策略新发展[J].暖通空调，1994，24 (4) : 33- 351.
[4]严德隆、张维军，空调蓄冷技术[M].北京:中国建筑工业出版社，1997.
[关键词]空调冰蓄冷系统 设备选型匹配 控制系统优化
中图分类号：TM5 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)1020116－02
近年来，由于我国经济的迅猛发展，电力供应较为紧张，尤其是东部较为发达地区在用电较高的季节和用电高峰时段这个问题显得尤为突出，有的电网峰、谷负荷之差达30%以上，出现夏季白天常拉闸限电，夜间有电送不出去的现象，造成巨大浪费。国家为了鼓励错峰用电和削峰填谷用电，这些年制定和调整了峰谷时段不同电价和尖峰电价等，因此采用蓄冷技术“移峰填谷”已成为缓解高峰用电、减少空调电费支出的一项很重要的措施，被列为国家级“ 火炬”计划，广泛推广应用。上海的科技城、北京的国贸中心、中央电视台、中央人民广播电台、深圳的富士康工业园区等都是典型代表。
冰蓄冷是潜热蓄冷的一种方式，冰蓄冷空调系统一般是在夜间冷负荷需求较低时(同时电网用电也处于低谷、电价较低)开启制冷机组制冰，冷量以潜热和一部分显热的形式储存于冰蓄冷槽中，待白天在空调负荷高峰时期(同时也是电网用电处于高峰、电价较高时期)直接融冰提供低温冷水供冷，从而即满足了负荷高峰时期的冷量需求，又有效利用了电价峰谷差、降低用发电成本、平衡电网负荷，带来了巨大的社会效益和良好的经济效益。
但冰蓄冷空调系统比一般的空调制冷系统要复杂得多，设备选型要考虑多种因素，只有选择最适合的匹配和选型，才能达到投资少、效果好、见效快综合效益。
一、双工况制冷设备选型
双工况制冷设备一般采用螺杆式、离心式冷冻机，通常，400-500冷吨（空调工况，以下同）以下双工况冷冻机大多采用螺杆式，美国顿汉布什、约克、特灵，意大利RC、法国CIAT等品牌，典型代表是约克开式和特灵半封闭螺杆式双工况冷冻机，400-500冷吨以上双工况冷冻机大多采用离心式，典型代表是特灵半封闭三级离心式和约克开式离心式双工况冷冻机，400-500冷吨左右制冷量两种都可以，但以离心式制冷效率较高。
二、蓄冰设备选型
从制冰融冰的类型划分有很多种类，常见的类型有动态型的冰泥浆和冰片滑落式冰蓄冷、静态型的蓄冰盘管外结冰（内融冰或外融冰）和分装冰（冰球、冰板、芯心冰球等）。
常用蓄冰设备主要有：蛇形盘管式、U形盘管式、环形管式、冰球式等，其中，钢制蛇形管式、塑料U形盘管式、应用较多，钢制蛇形盘管以美国BAC公司产品为典型代表，塑料U形盘管式以美国FAFCO公司产品为典型代表，钢制环管式以美国高陵公司桶式结构为代表，常见的各类型蓄冰设备特点参数如下：
选用蓄冷设备时通常需要考虑的因素：
1．蓄冷温度不宜过低。蓄冷温度每下降1℃，蓄冷能耗增加约2%左右，在冰蓄冷系统中，选择制冰厚度≤50mm比较经济，系统COP值应＞2.5。
2．蓄冰储槽体积要小，以节省占地面积。蓄冰储槽体积体积宜＜0.028m3/kwh，占地面积宜＜0.014m3/kwh。
3．在冰蓄冷系统中，含冰率IPF值（最大制冰量与储槽中水容积之比）要高，一般IPF值＞30%为优。
4．蓄冰设备使用寿命要长，国外进口的蓄冰设备一般寿命可达20年以上。
5．充冷和释冷速率快，温差范围稳定，尤其是释冷温度稳定可以提高蓄冰利用率。
6．根据占地和需求，合理确定设备数量和最佳蓄冷比例，蓄冷比例一般为30-70%，以减少设备数量、占地和投资。
根据以上原则，钢制蛇形管式具有导热性能好、融冰温度稳定、安装容易、维修量小等优点，钢制蛇形管整体镀锌，耐腐蚀，不易泄漏，这是它的优势所在，但也给他的应用带来一些制约因素，因整体焊接、镀锌，不能散件组装，适合于洞口较大的蓄冰槽，对新建建筑或露天开挖的蓄冰槽较为适合；塑料U形盘管式相比钢制蛇形管式在导热性能好、融冰温度稳定等方面略有逊色，但它能够化整为散件，进入蓄冰槽后再组装，采用专用胶粘接即可，适合于洞口较大的蓄冰槽，对已有建筑地下蓄冰槽等不适合洞口很大的情况较为适用，以上这两种多是采用建筑下方地下蓄冰槽布置蓄冰设备，且大多采用进口的蓄冰盘管；钢制环管式、冰球式主要用于较小容量的蓄冰项目，其中，钢制环管式多采用机房或地面布置，冰球式可采用地下蓄冰槽或机房内砌槽布置，而且，冰球式蓄冰设备虽然占地容积较大、效率较低，但因制造、安装工艺简单，国内能够自主生产，价格便宜，在一些小项目应用较多。根据已成功运行的空调冰蓄冷系统实例，钢制蛇形蓄冰盘管因蓄冰厚度大，制冰终了温度较低，一般选用螺杆式双工况冷冻机较多，塑料U形蓄冰盘管蓄冰厚度小，制冰终了温度较高，一般选用离心式双工况冷冻机较多，钢制环管式、冰球式蓄冰设备配套螺杆式双工况冷冻机较多。
三、冰蓄冷自动控制系统
冰蓄冷系统的自动控制系统需要保证制冷机组、各种水泵、冷却塔、蓄冷设备、热交换器等在设计要求的参数下安全可靠运行，并能达到预期的降低能耗级经济的目的。目前的空调冰蓄冷系统的自动控制系统一般采用以计算机及其软件组成的上位机与现场控制的下位机及相关传感器和执行机构相结合的集散系统(DCS)，体现现代控制“集中管理、控制分散、危险分散”的思想，当上位机故障或脱机时，下位机仍能实现自动控制，很多项目还和楼宇控制系统相结合进行监控，执行机构一般采用电动型。
（一）空调冰蓄冷系统的自动控制系统一般要求有以下功能
1．控制功能
（1）负荷预测功能（可选项，对蓄冰量相对较小的部分融冰系统意义不大）；
（2）常用五种运行方式（即充冷、冷冻机单独供冷、融冰单独供冷、冷冻机和融冰联合供冷、停机待用）的启、停和时间控制；
（3）溶液（或冷水）供出温度控制或溶液（或冷水）回入温度控制；
（4）蓄冰设备充冷充足时控制停机；
（5）制冷机组运行台数控制
（6）各种水泵运行台数控制和运行频率控制；
（7）冷却水系统的控制；
（8）冷凝器热回收及自然冷却制冷等（可选项）；
2．计量分析及通信功能
（1）计量和采集各种运行参数和状态信息进行显示、记录及打印；
（2）分析计量数据进行报表及历史和动态点的趋势分析（可选项）；
（3）通过局域网络传输数据和异常报警、输入和重设来自外部的控制参数，应能与楼宇控制系统（BAS）及制冷机组控制器兼容。
3．其他功能
（1）机组轮流运行、自动故障复位和参数重设等；
（2）各个运转设备的顺序启动及连锁；
（3）时间及故障报警、冷冻保护等。
（二）冰蓄冷控制系统的配置
冰蓄冷空调系统涉及的机电设备多、运行模式多、控制要求高，考虑到楼宇控制系统（BAS）扩容裕量有限，距离控制的设备比较远，实施难度大、费用高，根据冰蓄冷系统控制特点和一批冰蓄冷系统控制运行比较成功的实例，采用冰蓄冷系统局域就地控制和楼宇集中控制相结合的监控方式比较适宜。采用PLC（如西门子S300型控制器）作为冰蓄冷系统局域控制器，使用King View组态组态软件编制控制界面和流程图，采用当前市场台式电脑作上位机，提供直观友好的操作界面，供操作运行人员监视、控制各种工况的运行。
双工况冷冻机、变频器等重要设备本身就带有智能控制器，可以通过通讯模块和软件传输相关运行参数，冰蓄冷系统设备与控制系统距离一般比较近，冰蓄冷系统温度、流量、压力等变送器输出4-20mA模拟量信号，状态、故障和开关指令等输数字量信号，分别通过多芯电缆传递给冰蓄冷控制系统，控制系统按照程序要求和设定要求，把控制指令发送到各个设备执行。与此同时，冰蓄冷控制系统PLC控制器把重要设备的状态、控制参数和报警信号传输到楼宇控制系统（BAS），进行集中监视运行，减少冰蓄冷系统现场值班监控要求，达到花钱少、效果好的目标。
（三）冰蓄冷控制策略
蓄冷系统的自动控制主要是根据季节、室外温度、末端负荷和运行时间表，配合电力部门的分时电价政策完成五种模式的自动切换以及空调供水或回水温度控制。在负荷较小的春、秋季节，根据负荷预测，蓄冰冷量可以保证供冷，甚至还有富裕，可采取全融冰供冷方式，白天高电价时段（甚至包括平电价时段）冷冻机基本不开；夏季负荷较大时，全融冰供冷不能满足空调供冷需求，可采用高峰电价时段融冰优先的策略，尽量在高峰电价时段少开或不开制冷主机，达到削峰填谷、减少制冷电费支出的目的。
综上所述， 冰蓄冷技术应用具有良好经济效益和深远社会效益，但冰蓄冷空调系统比一般的空调制冷系统要复杂得多，在指导思想上应大力提倡因地制宜，实事求是的科学态度，切忌片面、盲目、一哄而起。一定要根据实际情况和需求，合理选择系统设备配置和控制策略，更好地发挥冰蓄冷空调的优势。
参考文献：
[1]方贵银，蓄冷空调实用新技术[M].京:人民邮电出版社，20001.
[2]廖传善，空调设备与系统节能控制[M].北京:中国建筑工业出版社，19841.
[3]张伟捷，冰蓄冷空调系统控制策略新发展[J].暖通空调，1994，24 (4) : 33- 351.
[4]严德隆、张维军，空调蓄冷技术[M].北京:中国建筑工业出版社，1997.