空調(diào)蓄冷技術(shù)

　　1　引言
　　
　　隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)的應(yīng)用已越來越廣泛，一些大中城市的空調(diào)用電量已占其高峰用電量20%[1]以上，致使電力系統(tǒng)峰谷負荷差加大，電網(wǎng)負荷率下降。有的電網(wǎng)峰谷負荷差達40%，不僅影響人們正常用電，而且造成了發(fā)電資源很大閑置。表現(xiàn)在電網(wǎng)低谷時，要停掉很多機組，機組頻繁啟停不僅增加能耗，而且影響機組壽命。應(yīng)用蓄冷技術(shù)是解決該問題的有效辦法之一，將空調(diào)用電從白天高峰期轉(zhuǎn)移到夜間低谷期，來均衡城市電網(wǎng)負荷，達到削峰填谷的目的。    
　　
　　因此，我國政府和電力部門推行新的能源政策和電價政策，利用峰谷電價差值鼓勵應(yīng)用空調(diào)蓄冷技術(shù)減少或轉(zhuǎn)移高峰電力需求。蓄冷技術(shù)的推廣將有效平衡我國電能消耗，引導(dǎo)新的用電模式，合理利用電力資源。

　　1　蓄冷技術(shù)
　　
　　空調(diào)蓄冷技術(shù)現(xiàn)已是一項成熟的技術(shù)，歐洲和日本等經(jīng)濟發(fā)達國家在80年代初期即開始對蓄冷技術(shù)應(yīng)用進行研究，在家用蓄冷、蓄熱式空調(diào)產(chǎn)品和成套蓄冷設(shè)備方面取得很大進展。近幾年，蓄冷技術(shù)發(fā)展迅速，規(guī)模愈來愈大，已形成了區(qū)域性蓄冷、供冷系統(tǒng)。有效地緩解了高峰用電需求，合理充分地利用能源，提高了電廠效率。
　　
　　隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，工業(yè)用電和居民用電大幅增加，用電模式已和發(fā)達國家相近，國外蓄冷技術(shù)的成功應(yīng)用值得借鑒。由于我國過去單一制電價政策使該技術(shù)的發(fā)展受到限制。近年來，我國出臺了峰谷電價政策以及各項鼓勵性措施，奠定了推廣蓄冷技術(shù)的基礎(chǔ)，但發(fā)展仍舊緩慢。除北京、上海等一些大城市，其余地區(qū)蓄冷系統(tǒng)應(yīng)用非常有限。

　　2　蓄冷技術(shù)簡介

　　蓄冷技術(shù)原理，簡而言之，是利用夜間電網(wǎng)多余的谷荷電力繼續(xù)運轉(zhuǎn)制冷機制冷，并通過介質(zhì)將冷量儲存起來，在白天用電高峰時釋放該冷量提供空調(diào)服務(wù)，從而緩解空調(diào)爭用高峰電力的矛盾。目前較為流行的蓄冷方式有三種，即水蓄冷、冰蓄冷、優(yōu)態(tài)鹽蓄冷[2]。

　　2.1　水蓄冷
　　
　　以水作為蓄冷介質(zhì)的水蓄冷系統(tǒng)是空調(diào)蓄冷重要方式之一，也是能源利用，開源節(jié)流的形式之一。水蓄冷可利用室內(nèi)外蓄水池或消防水池，用普通冷水機組制冷，夜間制取2~5℃的冷水蓄存起來供白天使用。為了提高蓄冷罐的蓄冷能力并滿足供冷負荷需求，應(yīng)提高水蓄冷系統(tǒng)蓄冷效率，維持較大的蓄冷溫差，并防止儲存冷水與回流熱水的混合以減少能量損失。通常水蓄冷系統(tǒng)貯槽結(jié)構(gòu)設(shè)計有四種方式：自然分層蓄冷、復(fù)合貯槽蓄冷、迷宮式蓄冷和隔膜式蓄冷。其中自然分層蓄冷系統(tǒng)簡單，蓄冷效率較高、經(jīng)濟效益好，目前廣為應(yīng)用。
　　
　　自然分層蓄冷利用水的物理特性（水的密度與溫度相關(guān)，水溫大于4℃時，溫度升高密度減小，在0~4℃范圍內(nèi)，溫度升高密度增大，3.98℃時水的密度最大），使溫度為4~6℃的冷水聚集在蓄冷罐下部，而10~18℃的熱水自然地聚集在蓄冷罐上部，從而實現(xiàn)冷熱水自然分層。
　　概括地講，水蓄冷技術(shù)具有以下特點：
　　
　　1）可使用常規(guī)的冷水機組，也可使用吸收式制冷機組，使其在經(jīng)濟狀態(tài)下運行。

　　2）適用于常規(guī)供冷系統(tǒng)的擴容改造，無需增加制冷機組容量。

　　3）利用消防水池、既有蓄水設(shè)施或建筑物地下室等作為蓄冷容器，可降低初投資。

　　4）可實現(xiàn)蓄熱和蓄冷雙重用途。

　　5）技術(shù)要求低，維修方便，無需特殊技術(shù)培訓(xùn)。

　　6）水蓄冷方式是一種較為經(jīng)濟且儲冷量較大的一種蓄冷方式。蓄冷罐體積越大，單位蓄冷量投資越低。蓄冷量大于7 000kW•h或蓄冷容積大于760m3時，以水蓄冷為經(jīng)濟。

　　2.2　冰蓄冷
　
　　冷的制冰方式主要有兩種[3]：1.靜態(tài)制冰方式。即在冷卻管外或盛冰容器內(nèi)結(jié)冰，冰本身始終處于相對靜止狀態(tài)，這類制冰方式包括冰盤管式、冰球式等多種形式；2.動態(tài)制冰方式。該方式中有冰晶冰漿生成，且冰晶冰漿處于運動狀態(tài)。


　　制冰系統(tǒng)簡單，現(xiàn)是冰蓄冷系統(tǒng)的主流。目前，動態(tài)制冰方式國內(nèi)外應(yīng)用較多的是冰盤管式、冰球式蓄冷系統(tǒng)，其他少用。

　　冰球式蓄冷分為內(nèi)融冰式和外融冰式，內(nèi)融冰式設(shè)備是由沉浸在充滿水的貯槽中的盤管構(gòu)成結(jié)冰載體的一種蓄冷裝置。充冷時，低溫載冷劑在盤管內(nèi)循環(huán)，將盤管外表面的水逐漸冷卻至結(jié)冰。釋冷時，經(jīng)空調(diào)負荷加熱的高溫載冷劑在盤管內(nèi)循環(huán)，將盤管外表面的冰逐漸融化，使載冷劑降溫，供用戶需要。外融冰式相反，在管內(nèi)結(jié)冰，載冷劑在管外流動。沉浸在貯槽中的盤管形狀通常有三種，即蛇形盤管、圓筒形盤管和U形立式盤管。
   
　　蛇形盤管蓄冷裝置以美國BAC公司產(chǎn)品為代表，該裝置一般使用25%（質(zhì)量比）的乙烯乙二醇水溶液。充冷時進液溫度一般為-5~-6℃，釋冷時出口溫度為0~1℃。圓筒形盤管蓄冷系統(tǒng)以美國calmac公司和Dunham-bush公司產(chǎn)品為代表。該裝置載冷劑逆向流動，有利于改善和提高傳熱效率，并使貯槽內(nèi)溫度均勻，在充冷末期貯槽內(nèi)的水基本可全部凍結(jié)成冰，因此，又稱為完全凍結(jié)式蓄冷裝置。U形盤管蓄冷裝置以美國Fafco系列產(chǎn)品為代表。
　　
　　上述盤管作為換熱器分別與相應(yīng)的不同種類貯槽組合為成套的各標準型號制冷設(shè)備。同時，這些盤管亦可以根據(jù)實際需要制作成非標尺寸，以適于各種建筑物布置，組成非標蓄冷裝置，滿足用戶不同需求。
　　
　　冰球式蓄冷屬于封裝冰式，蓄冰球的外殼一般由高密度聚合烯烴材料制成，球內(nèi)裝有有機鹽溶液，蓄冰時低溫載冷劑使冰球內(nèi)的鹽溶液結(jié)冰，放冷時高溫載冷劑與冰球內(nèi)的冰進行熱交換達到降溫目的。
　　
　　靜態(tài)制冰有自身缺點：冰層厚度使熱阻增大，導(dǎo)致冷凍機性能系數(shù)COP降低。一些靜態(tài)系統(tǒng)中印冰塊的相互粘連易導(dǎo)致水路堵塞。

　　所以，冰蓄冷研究的主要方向是動態(tài)制冰技術(shù)，動態(tài)制冰技術(shù)將成為冰蓄冷主要形式。

　　2.3　優(yōu)態(tài)鹽變相蓄冷
　　
　　其原理類似冰蓄冷，利用材料相變蓄存冷量，但一般都在高溫下相變，故冷機及系統(tǒng)類似于水蓄冷。優(yōu)態(tài)鹽是由無機鹽，即硫酸鈉的水化合物為主要成份，與水和添加劑調(diào)配而成的混合物。將其充注在高密度聚乙烯板式容器內(nèi)，其相變溫度應(yīng)在空調(diào)適應(yīng)的范圍之內(nèi)，通常以2~7℃為宜，冷機可采用普通冷水機組，運行效率高，但這種方式造價較高，且單位體積蓄冷量低，蓄冷槽體積大，是冰槽的2~3倍，重量也大，是冰槽的3~4倍。且該材料變相次數(shù)有限，一般在2 000～4 000次，超過之后便失效。
　　
　　優(yōu)態(tài)鹽以其理論上可以在任何溫度下進行相態(tài)變化的特點，非常適合蓄冷式中央空調(diào)系統(tǒng)之應(yīng)用。但實際上常面臨某些技術(shù)問題，再加上有可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、耐久性等要求時，適合空調(diào)應(yīng)用的優(yōu)態(tài)鹽配方及設(shè)備并不多見。盡管如此，隨著技術(shù)的進步，高溫相變材料的蓄冷式中央空調(diào)系統(tǒng)也是值得重視的。