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摘要：本文分析了冰蓄冷技术在中央空调系统应用中的特点，并结合某一产业园的中央空调系统设计实践，总结了冰蓄冷技术在产业园区中应用的特点，提出了完善系统设计和运行的措施。
关键词：冰蓄冷 中央空调 产业园
Abstract: this paper analyzes the ice storage technology in the central air conditioning system application characteristic, and combined with a industrial park of the central air conditioning system design practice, the author summarized ice storage technology in the industrial park of the applications of the characteristics, puts forward the system design and operation of the measures.
Keywords: ice storage cold central air conditioning industrial park
中图分类号：TQ025.3文献标识码：A 文章编号：
一，前言
冰蓄冷空调系统就是在电力负荷很低的夜间用电低谷期，利用电制冷机将冷量用冰的形式储存起来，在电力负荷较高的白天，把储存的冷量释放出来，满足建筑物空调负荷需要的一种空调系统。作为一种转移高峰电力，开发低谷用电，优化资源配置，保护生态环境的重要技术措施，冰蓄冷技术在上世纪80年代首先在美国得到大量应用，90年代初开始在我国发展起步，至今已有近400余个工程投入运行。
冰蓄冷空调系统适用于有合适的分时电价构成，并且有相关的产业用电优惠政策的地区。要求建筑物在使用时间空调负荷大，在非使用期空调负荷较小。冰蓄冷空调系统可以减少约30~50%的主机装机容量，并同时减少相应的电力设备投资。
二，工程概况
苏州工业园区桑田岛融合通信产业园区位于淞北路和方中街交叉口，地上总建筑面积约157900m2。由融合通信大厦，物联网大厦，创新应用生产楼，文化产业大厦和图书体育中心等七幢楼组成。见图一。
图一 桑田岛融通产业园总平面示意图
三，冰蓄冷技术可行性分析
桑田岛融合通信产业园区为国家产业政策鼓励的新兴产业园区，用于通信产业，物流产业和文化产业的研发和办公。整个园区的中央空调系统负荷具有总量大以及“使用时间空调负荷大，非使用期空调负荷很小”的特点，加上产业园区的电价具有一定的峰谷价差，可以选用冰蓄冷系统作为中央空调系统的冷源选项。表一为冰蓄冷系统和常规电制冷系统主要设备配置比较表。比较的基准数据：一，电价：常规空调系统电价：0:00～8:00共8小时，电价为0.354元/kwh；8:00～12:00和17:00～21:00共8小时，电价为1.372元/kwh；12:00～17:00和21:00～24:00共8小时，电价为0.823元/kwh；需要电力增容费。冰蓄冷空调电价：0:00～8:00共8小时，电价为0.354元/kwh；8:00～24:00共16小时，电价为0.823元/kwh；可免除一路进线对应冰蓄冷设备电气负荷的增容费。二，中央空调系统夏季峰值负荷约为18255kw(5216RT)，夜间19：00~22：00加班时间的负荷按1750kw(500RT)计算。
表一 融通产业园冰蓄冷系统和常规电制冷系统主要设备配置比较表
表二为冰蓄冷系统和常规电制冷系统设备初投资和运行费用比较表。比较的基准数据：一，供冷期为120天，每天运行14小时计算（8：00~22：00）二，两种系统的运行费用（电费）均基于建筑物空调冷负荷频数计算。分别是：负荷率25%的时间频数为10.1%；负荷率50%的时间频数为41.6%；负荷率75%的时间频数为29.16%；负荷率100%的时间频数为12.5%。三，考虑部分负荷时的制冷机COP的变化。25%负荷时，COP为额定值的90%；50%负荷时，COP为额定值的125%，75%负荷时，COP為额定值的120%。
蓄冰模式的选择：蓄冰模式分为两种，一种是全量蓄冰模式，另一种是分量蓄冰模式。全量蓄冰模式是指主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的全部冷量，在白天电力高峰期，所有主机停运，所需冷负荷全部由融冰来满足。分量蓄冰模式是指主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的部分冷量；主机在设计日以满足负荷运行，不足部分由融冰补充。全量蓄冰模式与分量蓄冰模式最大的差异在于蓄冰率的高低，虽然全量蓄冰模式蓄冰率达100％，转移电量最多，运行费用最低，但因在制冷机组、蓄冰装置上投入过多，经过经济比较，投资回收期反而较分量模式长。目前国内绝大多数冰蓄冷工程项目均采用分量蓄冰模式。由于全年空调负荷存在不均衡性，在负荷逐渐下降时，分量蓄冰系统的蓄冰率会逐渐上升，避免了全量蓄冰模式在部分负荷下系统设备闲置过多的问题。针对本工程的实际情况，选择分量蓄冰模式。
2.系统流程：本系统采用制冷主机上游、蓄冰盘管下游的单级泵串联系统流程，这种系统形式效率高、控制简单可靠、使用灵活。乙二醇泵的出口与双工况主机相联，乙二醇泵的进口可根据工况要求既可与蓄冰装置相联，也可切换成与板式换热器相通，满足系统在各工况下对乙二醇回路的要求。
通往空调末端的冷冻水回路与乙二醇回路通过板式换热器进行热交换，彼此完全隔离，在供冷期间，板式换热器将蓄冰系统中循环的乙二醇溶液温度调整到空调负荷所需要的温度，同时保证乙二醇仅在蓄冰循环中流动，减少乙二醇用量并避免乙二醇在空调负荷回路中的泄漏，降低了末端系统设计与维护的难度。
所有正常工作的乙二醇泵配置变频装置，循环回路中设置电动阀，在控制系统指示下进行工况转换与系统保护，根据冷负荷变化，调节进入蓄冰装置的乙二醇流量，保证板式换热器冷侧恒定的乙二醇温度，同时通过板式换热器处的电动调节阀的调节保证冷冻水的供水温度，满足空调冷负荷需求。
蓄冰装置：蓄冰装置是冰蓄冷系统中重要的核心设备，双工况主机夜间低谷电期间运行制冰工况时制备的冷量通过乙二醇溶液在蓄冰装置内与水发生热交换，水凝结成冰，储存在蓄冰装置内。在白天供冷时，同样通过载冷剂，在蓄冰装置内与冰发生热交换从而获取冷量，并将冷量通过板式换热器传递至空调冷冻水。
本工程选用盘管式不完全冻结型整装蓄冰设备，在制冰时，低温载冷剂在盘管内循环，将盘管外表面的水逐渐冻结成18mm厚度的冰层，冰层之间留有空隙，槽内仍有液态水存在；融冰时，随着融冰比例的增加，冰层与盘管之间形成水环，但冰层受到外界水的浮力作用，始终与盘管之间保持良好接触。融冰后期，冰层破裂均匀散落在水中，冰槽内始终维持冰水混合物的状态。因此，可保证换热均匀，乙二醇出口温度恒定，并可控制取冷过程，取冰率可达100%。
五，结语
在设计过程中，本项目在空调负荷逐时计算这一环节上遇到了困难。因为本项目的各单体建筑需要根据招商情况分期施工，而且其功能也没有完全定位。许多单体的楼层甚至连房间都没有分隔。针对这些不确定因素，经与业主商量，本项目的冰蓄冷站也分两期施工安装。第一期先安装两台双工况主机和两台基载主机，蓄冰装置也安装三分之二。这样，在各单体功能明确后再计算一下空调逐时负荷，可以根据计算结果对未安装的设备进行调整，避免不必要的浪费。同时也会减少初投资，取得更好的经济效益。
冰蓄冷系统与常规电制冷系统比较，其复杂性体现在多种工作模式上。冰蓄冷系统的工作模式包括双工况主机单独供冷模式；双工况主机制冰模式；主机蓄冰装置联合供冷模式；蓄冰装置单独供冷模式等。各种工作模式之间的切换通过PLC装置自动实现。因此需要暖通工程师对自控系统提出控制要求。本工程通过合理配置基载主机和双工况机组，采用了双工况主机制冰模式；主机蓄冰装置联合供冷模式；蓄冰装置单独供冷模式三种模式，简化了工作模式，有利于提高系统运行的可靠性。
参考文献：
《冰蓄冷系统--中央空调节能系统设计指南》特灵公司设计手册
国家建筑标准设计突击06K610《冰蓄冷系统设计与施工图集》中国建筑标准设计研究院
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：冰蓄冷 中央空调 产业园
Abstract: this paper analyzes the ice storage technology in the central air conditioning system application characteristic, and combined with a industrial park of the central air conditioning system design practice, the author summarized ice storage technology in the industrial park of the applications of the characteristics, puts forward the system design and operation of the measures.
Keywords: ice storage cold central air conditioning industrial park
中图分类号：TQ025.3文献标识码：A 文章编号：
一，前言
冰蓄冷空调系统就是在电力负荷很低的夜间用电低谷期，利用电制冷机将冷量用冰的形式储存起来，在电力负荷较高的白天，把储存的冷量释放出来，满足建筑物空调负荷需要的一种空调系统。作为一种转移高峰电力，开发低谷用电，优化资源配置，保护生态环境的重要技术措施，冰蓄冷技术在上世纪80年代首先在美国得到大量应用，90年代初开始在我国发展起步，至今已有近400余个工程投入运行。
冰蓄冷空调系统适用于有合适的分时电价构成，并且有相关的产业用电优惠政策的地区。要求建筑物在使用时间空调负荷大，在非使用期空调负荷较小。冰蓄冷空调系统可以减少约30~50%的主机装机容量，并同时减少相应的电力设备投资。
二，工程概况
苏州工业园区桑田岛融合通信产业园区位于淞北路和方中街交叉口，地上总建筑面积约157900m2。由融合通信大厦，物联网大厦，创新应用生产楼，文化产业大厦和图书体育中心等七幢楼组成。见图一。
图一 桑田岛融通产业园总平面示意图
三，冰蓄冷技术可行性分析
桑田岛融合通信产业园区为国家产业政策鼓励的新兴产业园区，用于通信产业，物流产业和文化产业的研发和办公。整个园区的中央空调系统负荷具有总量大以及“使用时间空调负荷大，非使用期空调负荷很小”的特点，加上产业园区的电价具有一定的峰谷价差，可以选用冰蓄冷系统作为中央空调系统的冷源选项。表一为冰蓄冷系统和常规电制冷系统主要设备配置比较表。比较的基准数据：一，电价：常规空调系统电价：0:00～8:00共8小时，电价为0.354元/kwh；8:00～12:00和17:00～21:00共8小时，电价为1.372元/kwh；12:00～17:00和21:00～24:00共8小时，电价为0.823元/kwh；需要电力增容费。冰蓄冷空调电价：0:00～8:00共8小时，电价为0.354元/kwh；8:00～24:00共16小时，电价为0.823元/kwh；可免除一路进线对应冰蓄冷设备电气负荷的增容费。二，中央空调系统夏季峰值负荷约为18255kw(5216RT)，夜间19：00~22：00加班时间的负荷按1750kw(500RT)计算。
表一 融通产业园冰蓄冷系统和常规电制冷系统主要设备配置比较表
表二为冰蓄冷系统和常规电制冷系统设备初投资和运行费用比较表。比较的基准数据：一，供冷期为120天，每天运行14小时计算（8：00~22：00）二，两种系统的运行费用（电费）均基于建筑物空调冷负荷频数计算。分别是：负荷率25%的时间频数为10.1%；负荷率50%的时间频数为41.6%；负荷率75%的时间频数为29.16%；负荷率100%的时间频数为12.5%。三，考虑部分负荷时的制冷机COP的变化。25%负荷时，COP为额定值的90%；50%负荷时，COP为额定值的125%，75%负荷时，COP為额定值的120%。
蓄冰模式的选择：蓄冰模式分为两种，一种是全量蓄冰模式，另一种是分量蓄冰模式。全量蓄冰模式是指主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的全部冷量，在白天电力高峰期，所有主机停运，所需冷负荷全部由融冰来满足。分量蓄冰模式是指主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的部分冷量；主机在设计日以满足负荷运行，不足部分由融冰补充。全量蓄冰模式与分量蓄冰模式最大的差异在于蓄冰率的高低，虽然全量蓄冰模式蓄冰率达100％，转移电量最多，运行费用最低，但因在制冷机组、蓄冰装置上投入过多，经过经济比较，投资回收期反而较分量模式长。目前国内绝大多数冰蓄冷工程项目均采用分量蓄冰模式。由于全年空调负荷存在不均衡性，在负荷逐渐下降时，分量蓄冰系统的蓄冰率会逐渐上升，避免了全量蓄冰模式在部分负荷下系统设备闲置过多的问题。针对本工程的实际情况，选择分量蓄冰模式。
2.系统流程：本系统采用制冷主机上游、蓄冰盘管下游的单级泵串联系统流程，这种系统形式效率高、控制简单可靠、使用灵活。乙二醇泵的出口与双工况主机相联，乙二醇泵的进口可根据工况要求既可与蓄冰装置相联，也可切换成与板式换热器相通，满足系统在各工况下对乙二醇回路的要求。
通往空调末端的冷冻水回路与乙二醇回路通过板式换热器进行热交换，彼此完全隔离，在供冷期间，板式换热器将蓄冰系统中循环的乙二醇溶液温度调整到空调负荷所需要的温度，同时保证乙二醇仅在蓄冰循环中流动，减少乙二醇用量并避免乙二醇在空调负荷回路中的泄漏，降低了末端系统设计与维护的难度。
所有正常工作的乙二醇泵配置变频装置，循环回路中设置电动阀，在控制系统指示下进行工况转换与系统保护，根据冷负荷变化，调节进入蓄冰装置的乙二醇流量，保证板式换热器冷侧恒定的乙二醇温度，同时通过板式换热器处的电动调节阀的调节保证冷冻水的供水温度，满足空调冷负荷需求。
蓄冰装置：蓄冰装置是冰蓄冷系统中重要的核心设备，双工况主机夜间低谷电期间运行制冰工况时制备的冷量通过乙二醇溶液在蓄冰装置内与水发生热交换，水凝结成冰，储存在蓄冰装置内。在白天供冷时，同样通过载冷剂，在蓄冰装置内与冰发生热交换从而获取冷量，并将冷量通过板式换热器传递至空调冷冻水。
本工程选用盘管式不完全冻结型整装蓄冰设备，在制冰时，低温载冷剂在盘管内循环，将盘管外表面的水逐渐冻结成18mm厚度的冰层，冰层之间留有空隙，槽内仍有液态水存在；融冰时，随着融冰比例的增加，冰层与盘管之间形成水环，但冰层受到外界水的浮力作用，始终与盘管之间保持良好接触。融冰后期，冰层破裂均匀散落在水中，冰槽内始终维持冰水混合物的状态。因此，可保证换热均匀，乙二醇出口温度恒定，并可控制取冷过程，取冰率可达100%。
五，结语
在设计过程中，本项目在空调负荷逐时计算这一环节上遇到了困难。因为本项目的各单体建筑需要根据招商情况分期施工，而且其功能也没有完全定位。许多单体的楼层甚至连房间都没有分隔。针对这些不确定因素，经与业主商量，本项目的冰蓄冷站也分两期施工安装。第一期先安装两台双工况主机和两台基载主机，蓄冰装置也安装三分之二。这样，在各单体功能明确后再计算一下空调逐时负荷，可以根据计算结果对未安装的设备进行调整，避免不必要的浪费。同时也会减少初投资，取得更好的经济效益。
冰蓄冷系统与常规电制冷系统比较，其复杂性体现在多种工作模式上。冰蓄冷系统的工作模式包括双工况主机单独供冷模式；双工况主机制冰模式；主机蓄冰装置联合供冷模式；蓄冰装置单独供冷模式等。各种工作模式之间的切换通过PLC装置自动实现。因此需要暖通工程师对自控系统提出控制要求。本工程通过合理配置基载主机和双工况机组，采用了双工况主机制冰模式；主机蓄冰装置联合供冷模式；蓄冰装置单独供冷模式三种模式，简化了工作模式，有利于提高系统运行的可靠性。
参考文献：
《冰蓄冷系统--中央空调节能系统设计指南》特灵公司设计手册
国家建筑标准设计突击06K610《冰蓄冷系统设计与施工图集》中国建筑标准设计研究院
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。