优点及适用范围

3．1．2　优点及适用范围

冰蓄冷技术可以很好地应用于任何冷冻水系统。冰蓄冷系统的配置和运行与常规冷冻水系统类似。主要区别在于冰蓄冷系统是根据每天的时间段来管理冷量的使用的，而不是仅根据负荷要求。制冰过程发生在能源成本和需求成本较低的非高峰供电时段。制冷主机将乙二醇溶液冷却至－6．7～5．6℃，被冷却的乙二醇经水泵输送至位于蓄冰槽内的蓄冰盘管中，蓄冰槽中的水在盘管外侧形成冰环。供冷过程发生在能源成本和需求成本较高的高峰供电时段，制冷主机、冷却水泵和冷却塔风机关闭，冷冻水被输送到蓄冰槽中，冷却至所要求的温度，再被输送至系统中。

冰蓄冷系统的应用没有制冷容量限制。然而，对于小型制冷系统（小于100t的冷却系统），冰蓄冷技术的经济效益较难体现。当冰蓄冷技术应用于几百t或几千t的大型冷却系统时，其经济效益可显著体现。

1）适用范围

（1）HVAC舒适性冷却

舒适性空调系统是冰蓄冷技术最佳的应用领域。常规制冷主机在夏季高峰时段使用了大量能源，冰蓄冷可以将其能源的使用全部或部分转至非高峰时段。一些场所通常只需季节性地供冷，而某些场所则可能全年都需要供冷。典型的应用包括办公楼、医院、购物中心、学校（小学至大学）、体育馆和大型露天体育场。

（2）工艺冷却

①用于清除加热量的批量冷却，例如食品加工；

②清除反应过程中自身产生的热量的批量冷却，例如化学反应或制药工艺；

③保持恒温恒湿的冷却系统；

④数据中心的备用冷源。

（3）发电机组的进气冷却

当进气温度在4．4～10．0℃之间时，发电机组的工作效率最高。然而，在高温的夏季，通常需要发电机输出最大负荷，但周围大气的温度可能超过32．2℃，此时发电机组的效率将大幅度降低。许多电力公司已经使用冰蓄冷系统来降低发电机组的进气温度，即在非高峰时段制冰，在高峰时段通过空气调节装置可使进气温度降至10．0℃以下，从而使发电机组的输出功率达到设计保证值。

（4）区域供冷站

区域供冷将为大学校园或城市区域提供各种冷却应用，例如办公楼、宾馆、宿舍、教室、实验室、体育馆和数据中心等。冰蓄冷可满足多样性负荷叠加的要求，提高整个区域供冷站的效能。

（5）冰蓄冷将通过承担大部分空调负载，来减少对太阳能或风能的需求，还可以通过改变冰蓄冷与主机搭配的运行策略来弥补由于天气改变所引起的电负载波动的影响。

20世纪70年代后期，冰蓄冷技术已经应用于空调系统，80年代蓄能已成为平衡发电负荷和延迟增加额外峰值发电之需求方法。

冰蓄冷的优点是可以使用较小容量的制冷主机，它能在10～12h内制冰并储存，能使压缩机、冷凝器、风机以及水泵的电力成本从能源成本很高的高峰期时段转移到价格低廉的非高峰时段。主机可将冰盘管中循环的乙二醇溶液降至零度以下，冰在盘管的外表面周围形成。通常冰的厚度为28～38mm时，达到100%蓄冰量。

2）节能效果

冰蓄冷最显著的效益在于减少高峰时段的电力需求，将能源消耗转移至非高峰时段，达到移峰填谷的目的。

使用冰蓄冷系统时，温度更低的冷冻水所带来的一些效益包括：

（1）初投资效益

①减少冷冻水输送流量

温度更低的冷冻水可使设计者在不影响设备性能的情况下增加系统温差（ΔT）。不同于常规系统的5．5～6．6℃温差，冰蓄冷应用中的冷冻水循环系统通常设计成10．0～11．1℃的温差。6．6℃温差的常规系统，其设计的流体平均温度为8．9℃。11．1℃温差的冰蓄冷系统也具有相同的流体平均温度（8．9℃）。但11．1℃温差的冷冻水比6．6℃温差的冷冻水流量将减少大约40%，从而减小所需的配水管尺寸。

②减少送风量

温度更低的冷冻水还能使设计者在空气侧使用大温差（ΔT）。常规空调系统的送风温度被设计成12．8℃，从而在空调区域中形成50%的相对湿度。由于冰蓄冷系统可获得温度更低的冷冻水，因此可产生更低的送风温度（7．2℃）。系统的送风温度越低，则整个系统的初投资成本及运行成本越低。

然而，极低的送风温度需要密闭性很高的管道系统（不泄漏）、额外的保温材料和特殊的末端设备。采用适中的设计温度10．6℃，能节省大量成本并在空调区域产生40%～45%的相对湿度。通过将送风温度降低2．2℃，即从12．8℃降至10．6℃，可以将送风量减少20%，从而使风管尺寸相应减小20%。风管系统的成本通常是较大的一笔空调施工费用，因此对于节省初投资有重要的意义。

③减小风机电机和水泵电机功率

使用温度更低的冷冻水和更大的温差进行设计，可以降低送风量和水流量的需求，因此可以减小风机和水泵的容量（包括电机功率），从而可以节省大量的设备和劳动力初投资。

④减少配电容量

由于制冷主机、风机和水泵电机容量减小，系统总功率（kW）随之减小，因而节省了从建筑物的主变压器到配电柜的配电成本，所需要的应急备用电源容量也随之减小。

⑤节省建筑物空间

较小的供回风管道所占用的空间较小，降低了顶棚风管高度，层高也随之减小，最终可以减少工程初投资，增加可使用的楼层空间。

（2）长远效益

①空调系统中的风机和水泵电机的电力需求总和往往超过制冷主机的电力需求。低温冷冻水输送设计将使水泵功率（kW）降低大约40%，低温送风设计将使风机功率（kW）降低大约50%。这样就显著地降低了电力需求和能源使用，从而在整个系统的使用周期中，节省了运行的电力成本。

②蓄冰系统制冰时，制冷主机通常以100%或接近100%的负载运行；而在日间制冷过程中，与常规主机系统相比，主机通常以更好的负载系数工作，这样就减少了制冷主机低负载状态工作时间，避免主机频繁启动。当制冷主机在大多数时间以满负载和接近满负载的状态下工作时，维护量较少。冷负荷的波动由蓄冰补偿。

③工艺过程的运行通常需要短时间、高峰值的冷量。制冷主机通常不能快速加载和卸载，而蓄冰设备可以对负荷变动作出快速有效的响应，并且可以满足峰值负荷的冷却要求。

④供电高峰时段变化很大。高峰时段可以为8～10h或较短的几个2～3h时间段。对于任何分时电价结构，冰蓄冷应用都非常有效，同时可根据将来分时电价结构的调整，对冰蓄冷运行策略加以调整。