1、环境污染和能源危机已成为当今社会的两大难题，如何合理的利用能源为人类创造现代生活已经成为当今社会的共识。在人类共同警视的时期，蓄能空调应运而生。随着社会的发展电力工业作为国民经济的基础产业，以取得了长足的发展。但是，电力的增长仍然满足不了国民经济的快速发展和人民生活用电的急剧增长的需要，全国缺电情况仍未得到根本的改变。目前电力供应紧张表现在以下两点：（1）电网负荷率低，系统峰谷差加大，高峰电力严重不足致使电网经常拉闸限电。电网的峰谷差占高峰负荷的比例已高达25%30%。随着用电结构的变化，工业用电比重相对减少，城市生活商业用电快速增长，达成电网高峰限电，低谷电用不上的问题也越来越突出。（2）城
2、市电力消费迅速，而城市电网不能适应，造成有电送不出，配不上的局面。解决电力不足的问题，一方面是靠增加对电力的投入，加快电力建设的步伐，多装机组；另一方面还要继续坚持开发与节约并重的能源开发的工作方针，加强计划用电和节约用电，通过经济的、技术的、行政的和法律的手段，鼓励用户节约用电，移峰填谷，充分利用电力资源，大力开发低谷用电。为鼓励用户削峰填谷，电力部门同地方制订了峰谷电价政策，将高峰电价与低谷电价拉开，使低谷电价只相当与高峰电价的1/21/5，鼓励用户使用低谷电，这项政策目前已在部分地区实施，并将推广至全国。在电力供应紧张的情况下，峰谷电价政策的实施，为蓄冷空调技术提供了广阔的发展前景。1.
3、2 冰蓄冷空调的发展历史和现状自古以来人民就懂得使用天然冰保存食物和改善环境。采用人工制冷的空调蓄冷大约出现在1930年前后，那时的蓄冷只是着眼于减少制冷机容量和制冷设备的购置费用。随着设备制造业的不断发展，制冷机的成本大幅度降低，节省购置费用渐渐的失去了吸引力。相反，蓄冷装置成本高及电耗多的不利因素却突出起来，以致使该项技术的应用陷入了相当一段停滞期。 自七十年代世界能源危机以来，各国政府都十分重视开发新能源与“节省能源”，促使了蓄冷技术的迅速发展。美国、加拿大、日本和欧洲一些国家率先将冰蓄冷技术引入到建筑空调系统里来，积极开发蓄冷设备与蓄冷系统，实施的工程逐年成倍增多。在日本近年来积极引进
4、蓄冷技术，大力开展冰蓄冷技术的研究与开发应用，到1989年美国、日本、加拿大等国从事冰蓄冷系统开发和冰蓄冷专用制冷机生产的公司多达49家；美国提出将在1997年将空调蓄冷技术普及应用到99%的宏伟目标；根据有关统计1990年北美冰蓄冷空调系统的投资占当年新增暖通空调系统总投资的24.2%；我国台湾省自1984年建成第一个冰蓄冷空调系统以来，蓄冷空调系统发展很快，由1992年33个蓄冷空调系统，到1993年为142个，到1994年就已建成225个蓄冷空调系统，总冷量高达2009000Kwh；移稼高峰用电超过52000Kw，用户每年节省台币达3.1105万元；九十年代，我国大陆地区蓄冷技术也得到了
5、发展，首先中电深圳工贸公司在办公楼中应用了法国的冰球式蓄冷系统，使装机容量降低45%以上；北京西冷工程公司开发研制的有压式齿球蓄冷器已获国家专利并用在北京日报社综合楼和广州市面上某办公楼的空调系统中，取得了良好的社会效益和经济效益；同时浙江国祥制冷工业公司推出了完全结冻式冰蓄冷系统在浙江诸暨百货大楼实行了国产大型冰储冷首例中央空调系统，仅用一年时间就完成了设计施工任务，并于1995年8月10日调试成功投入运行。储冰蓄冷国产化的成功，克服了冰储冷中央空调投资大的缺点，对推广冰蓄冷空调事业起到很好的促进作用；国家计委、国家经贸委和电力工业部联合提出到2000年将转移100012000万Kw的尖峰负
6、荷到低谷使用，这将为国家节省150250万元的资金，这是节能节电中一项利国利民的重大创举；据统计，就北京市面上目前拥有集中空调的宾馆与写字楼约250座，商场约50家，空调负荷约3040万kw，这是些负荷具有较大的冰蓄冷空调前景，即具有很大的削峰填谷的潜力，联系到全国冰蓄冷空调的前景更加是宏伟壮观。 由中国制冷学会组织的“第三届海峡两岸制冷空调学术交流会-冰蓄冷空调技术研讨会”。海峡两岸著名的空调科技工作者、专家教授、欢聚一堂畅所欲言，共同探讨研究：（1）.冰蓄冷技术在制冷空调工程中的应用前景与发展趋势；（2）.冰蓄冷技术应用的环境及匹配的设备；（3）.冰蓄冷技术的新工艺和新设备；（4）.衡量和
7、推广冰蓄冷技术（设备）先进性指标；（5.冰蓄冷工程应用实例总结等问题，这将会大大地促进海峡两岸冰蓄冷技术的迅速发展。1.3 冰蓄冷空调系统介绍1.3.1 冰蓄冷空调的基本概念空调系统不需要能量或用能量小的时间内将能量储存起来，在空调系统需求大量的冷量时，就是利用蓄冰设备在这时间内将这部分能量释放出来。根据使用对象和储存温度的高低，可以分为蓄冷和蓄热。结合电力系统的分时电价政策，以冰蓄冷系统为例，在夜间用电低谷期，采用电制冷机制冷，将制得冷量以冰（或其它相变材料）的形式储存起来，在白天空调负荷（电价）高峰期将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足供冷需求。每1千克水发生1的温度变化会向外界吸收或释放
8、1千卡的热量，为显热蓄能；而每1千克0冰发生相变融化成0水需要吸收80千卡的热量，为潜热蓄能。很明显，同一物质的潜热蓄能量（相变温度）大大高于显热蓄能量（1温差），因此采用潜热蓄能方式将大大减少介质的用量和设备的体积。冰蓄冷空调系统主要就是利用水结成冰的潜热进行工作，原理工作示意图如图1-1。图 1-1 冰蓄冷示意图“冰蓄冷空调”一词大家都一目了解，英文为ICE STORAGE，日文为冰蓄热，狭义的定义为制冰蓄冷的冷气系统。早期称谓COOL STORAGE（蓄冷），此包含了制冷水蓄冷的冷气系统。但在寒带国家除了蓄冷外，还要蓄热，因此，广义的用语为THERMAL （ENERGY）STORAGE
9、AIR CONDITIONING SYSTEM （缩写为TES），可译为蓄能式空调系统。对于南方地区仅有夏季（冷气）电力过载的困扰，仅需蓄冰空调。蓄冰率一般英文简写为IPF（ICE PACKING FACTOR），即蓄冰槽内制冰容积与蓄冰槽容积之比值。IPF=蓄冰槽内制冰容积M3/蓄冰槽容积M3*100% （日本冷冻协会） 一般用它来决定蓄冰槽的大小。目前各种蓄冰设备，其IPF约在20-70%范围内。另一称之为制冰率，其英文简写也为IPF，即蓄冰槽中水的最大制冰量与全水量（槽中充水的容积）之比值：IPF=槽中水的最大制冰量kg/全水量kg*100% （日本电力空调研究会）通过它可了解结冰多少，
10、有的蓄冰设备，此值可达90%以上。应注意，国外两个定义都用IPF表示。各种冰蓄冷设备的两种蓄冰率数据见表1.1。表1.1 冰蓄冷设备的蓄冰率类型冷媒盘管式完全冻结式制水滑落式冰晶或冰泥冰球式蓄冰率IPF120-50%50-70%40-50%45%左右50-60%蓄冰率IPF230-60%70-90%-90%以上美国多以Void（Space）Ratio无效（空间）比来表示，故蓄冰率IPF=1-Void Ratio.融冰能力DISCHARGE CAPACITY 蓄冰槽中之冰，实际可溶解而用于空调的蓄冷量。融冰效率 DISCHARGE EFFICIENCY实际可用于应付空调负荷之融冰能量除以总蓄冰能
11、量之值。蓄冷效率 STORAGE（THERMAL）EFFICIENCY指实际可用于应付空负荷之融冰能量除以用以制冰蓄冷的能量之值。此值与融冰效率不同，但有时蓄冷效率也定义为融冰效率。过冷现象 SUPER COOLING指超过流体的冻结点而仍不冻结的现象。例如：纯水的冻结点为0oC，但水温需先降至-7oC左右，才会形成冰核再冻结成冰，（一般水之过冷现象约为-5oC，此现象将增加制冰初期的耗能量。）如图1-5所示。如要设法提高成核温度，减少过冷度，就要添加成核剂，但使用不同的成核剂配方，效果也各不相同。有些单位在研究和试验。1.3.2 冰蓄冷系统的分类冰蓄冷的种类很多，归纳起来有以下常用的几种：（
12、1）完全冰结式；（2）优待盐式；（3）冰球、蕊心冰球工；（4）制冰滑落式；（5）热管式；（6）冰晶、冰片式；（7）冰盘管式；（8）供冷蓄冷双效机等等。1.3.3 冰蓄冷系统的运行方式制冰方式多种多样，仅日本各厂商生产的蓄冰制冰设备的形式就有30多种之多，但归纳起来无非是两种，即静止制冰与动态制冰；运行方法有以下两种：（1）全蓄冷式，蓄冰时间与空调时间完全分开，夜间用电谷值期间，制冷机用于制冰，一般采用静止型制冰，当冰层厚度达到设定值时便停机，设定厚度值由电脑预测第二天负荷用冷量来控制，在白天空调开始运行后的用电高峰值期间，水与冰换热，冰水用于空调，制冰机不运行，这种系统制冰器要承担全部负荷，多
13、数用于间歇性的空调场合，如体育馆、影剧院、写字楼，商业建筑等。但制冰器要求容量大，初投资费用高；（2）半蓄冰式：在用谷值期间，制冰机用于蓄冰制冰到家行，在白天里，一部分负荷由蓄冰器承担，另一部分则由制冰机看接负担，这种方式可由下面三种方法运行：冰水并联系统，这种系统中空调器只需一个盘管，空调期间，冷媒不直接送入空调器而是在另一组蒸发器中蒸发，制成冰水再泵入制冰器中与冰换热，进一步冷却成低温冷水，再送入空调器盘管使用，蓄冰器与制冰水蒸发器回路是并联的；冰媒并联系统，这种系统的空调器中有两个盘管，用电“谷值”期间，制冷机冷媒送入蓄冰器制冰。空调期间，制冰机冷媒送入空调器一个盘管直接蒸发，而蓄冰器中
14、的冰水则送入另一个盘管，蓄冰器与空调器中的冷媒回路是并联的；压缩机辅助系统，这种系统全部冷媒均进入蓄冰器，这种系统不仅夜间制冰，在空调高峰期间也是一边融冰，一边继续制冰，这种系统初投资省，但因昼夜制冰，始终维持较低的蒸发温度，故耗电量较大，与以上两种方法相比，因其系统简单，初投资省而得到最普遍的青睐与应用。1.3.4 冰蓄冷系统的工作模式冰蓄冷系统的工作模式是指系统在充冷还是供冷，供冷时蓄冷装置及制冷机组是各自单独工作还是共同工作。蓄冷系统需要在几种规定的方式下运行，以满足供冷负荷的要求，常用的工作模式有如下几种：（1） 机组制冰模式在此种工作模式下，通过浓度为25%的乙二醇溶液的循环，在蓄冰
15、装置中制冰。此间，制冷机的工作状况受到监控，当离开制冷机的乙二醇溶液达到最低出口温度时制冷机关闭。此种工作模式的示意图如图1-2所示。图1-2 机组制冰工作模式示意图（2） 制冰同时供冷模式当制冰期间存在冷负荷时，用于制冷的一部分低温乙二醇溶液被分送至冷负荷以满足供冷需要，乙二醇溶液分送量取决于空调水回路的设定温度。一般情况下，这部分的供冷负荷不宜过大，因为这部分冷负荷的制冷量是制冷机组在制冰工况下运行提供的。蓄冷时供冷在能耗及制冷机组容量上是不经济合理的，因此，只要此冷负荷有合适的制冷机组可选用，就应设置基载制冷机组专供这部分冷负荷，该工作模式示意图如图1-3所示。图1-3 制冰同时供冷模式
16、示意图（3） 单制冷机供冷模式： 在此种工作模式下，制冷机满足空调全部冷负荷需求。出口处的乙二醇溶液不再经过蓄冰装置，而直接流至负荷端设定温度有机组维持。该工作模式示意图如图1-4所示。图1-4 单制冷机供冷模式示意图（4） 单融冰供冷模式：在此工作模式下，制冷机关闭。回流的乙二醇溶液通过融化储存在蓄冷装置内的冰，被冷却至所需要的温度。在全部蓄冷运行策略下，融冰供冷是基本的运行方式它的运行费用是最低的，但是要求有足够大的蓄冷装置的容量，初投资费用会较大。该工作模式示意图如图1-5所示。图1-5 单融冰供冷模式示意图（5） 制冷机与融冰同时供冷： 在此工作模式下，制冷机和蓄冰装置同时运行满足负荷
17、需求。按部分蓄冷运行策略在较热季节需要采用该种工作模式，才能满足供冷要求。该工作模式又分成两种情况，即机组优先和融冰优先。机组优先：回流的热乙二醇溶液，先经制冷机预冷，而后流经蓄冷装置而被融冰冷却至设定温度。下该种工作模式示意图如图1-6所示图1-6 机组优先融冰优先：从空调负荷端流回的热乙二醇溶液先经蓄冷装置冷却到某一中间温度而后经制冷机冷却至设定温度。该种工作模式示意图如图1-7所示。 图1-7 融冰优先1.3.5 低温送风空调低温送风空调-冰蓄冷系统之核心 当代冰蓄冷系统与低温送风空调紧密结合在一起，被誉为蓄冷技术的一颗明珠，更显示出了冰蓄冷技术的优越性与竞争力，被称为暖通空调工程中继变
18、风量空调系统之后最重大的变革。（1）低温送风空调系统中，应用冰蓄冷技术把建筑空调的用电需要，从白天高峰期转移至夜间低谷期，实现用户侧的“移峰填谷”，改变了建筑物电力物负荷曲线形状，减少用户高峰电力需求，相应地也减少了对整个输配电设备的容量要求，并减少了建筑物制冷系统机电设备的增容费用；（2）冰蓄低温送风系统运行时，主要设备制冷机是在夜间用电低谷期运转，在白天供泠时，只有系统循环泵和终端设备运行，在电力公司制定的分时电价下，空调运行费用会有较大程度的降低，若峰谷电价差是两倍的话，运行费用可以节省5070%，据某纪念体育馆在对空调系统改造中，采用了两台1056kw螺杆压缩制冷机，54个蓄冰缸（总容
19、量为124GJ）储存设计73%的空调负荷，可移荷1200kw，每年可节省电费约6080万元，取得了显著的经济效益；（3） 低温送风蓄冰空调系统在建筑空调系统建设和工程改造中具有很优越的应用前景,在未来21世纪高科的应用中将得到广泛应用前；（4）低温送风蓄冷空调，通过降低使用区域内的相对湿度而改善高干球温度环境的舒适程度，盘管出口的干球温度减少到5.5，可使相对湿度达到36%，而常规系统是50%。相对温度的降低及25的室内条件（典型的低温一次风系统）可以在使用区内产生清新而凉爽的感觉，同时较小的空气处理设备也减少了空调区域内噪音释放，由此也增加了使用者的舒适度而受到很大的欢迎；（5）在扩建和新建
20、的项目中，冰蓄冷低温送风系统是一项最好的方式，在选定系统之前，重要的是根据各种条件和数据，如电价，用户负荷特征，设备费用等，进行技术经济分析比较，选择出建设项目的最佳方案，随着经济建设的发展，在大中城市新建和改建的高级商业中心、宾馆饭店、办公大楼等建筑中，大型集中冰蓄系统将会更加普及，同时，现在许多商业建筑原有的空调系统已不能满足现实要求，也必须进行更新改造；（6）不同末端送风方式时送风系统的功率消耗见表5，从表中可以看出，当采用相同类型的末端送风方式时，送风温度为7.2 的低温送风系统比常规送风系统风机功率减少1328%，对于低温送风系统，有这样规律即送风温度较低，建筑规模越大时，低温送风系
21、统消耗功率相对减小。1.4 冰蓄冷在制冷空调中的发展趋势1.4.1 建立与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统冰蓄冷低温送风系统具有优越的经济特性：推行蓄冰空调系统并配合46的超低温送风，大大地降低能耗，有效地提高COP值，使一次投资比常规系统更省，具备了特有的竞争力，如采用半蓄冷式空气-水VAV系统的用电量和初投资最小，显示出了低温送风系统优越的经济性，如果一个空调系统按使用20年计算，所取得社会效益和经济效益是非常巨大的，这就是冰蓄冷低温送风系统能迅速发展起来的根本原因，由此证明空调蓄冷技术特别适用于冷负荷要求变化大的场所：如办公写字楼、体育馆、音乐厅、影剧院、商业中心、文化馆建身康乐城、国防、
22、科研、教学试验楼和白班制的工业厂房等等全方位的广泛应用。1.4.2 开发新型的蓄冷技术和设备我国蓄冰空调与低温送风冰蓄冷空调系统，九十年代与21世纪的发展趋势是：（1）只要国内具备了技术先进，可靠的冰蓄冷系统设备供货条件，全国范围内将积极推广此项技术；（2）当前摆在中国电力部门和空调工程界科技人士面前的一个紧迫任务是如何引进国外先进技术肖化吸收并提高，建立我国自已的蓄冰空调设备系列；（3）冰蓄冷在当代制冷空调事业中有着极其广阔的发展前景，冰蓄冷低温送风空调将成为九十年代和21世纪集中空调的“主流”系统。归纳起来有以下三个大项目，蓄冰产品一定要逐步国产化，就是向国外购买专昨，组织在国内生产；将蓄
23、冰空调系统积极推向高效率化，降低系统耗电率，提高性能系数；使用上安全、故障少、维护方便。1.4.3 建立区域性蓄冷空调供冷站九十年代乃至21世纪冰蓄冷空调的发展趋势应是建立冰蓄冷区域性空调低温供冷站，这种供冷站可根据区域空调负荷的大小，而建立大中、小三种类型的供冷站，采用微电脑全自动控制，应用十分方便。这类方式的供冷，不需使用CFC冷媒，保护环境、占地较小，使用灵活、安装及运行费和低廉等优点。目前区域供冷空调，对有意向减低空调成本的建设业主及管理人员来说，无疑是一个最好的选择。实际上区域性冰蓄冷空调低温送风系统已在世界各地，从美国芝加哥、至日本东京、法国里昂、再到瑞典、化敦等大城市都被普遍应用
24、。 在美国芝加哥夜间的电费仅是日间电费的1/6，普金斯大学的应用物理实验室，其夜间制冰每年分别节省153000美元及250000美元。因此，无论是从省钱节地或保护环境等方面来看，就蓄冷区域供冷是当代空调发展的趋势。随着冰蓄冷供冷向小型的、分层的、家庭式的方向发展，微型冰蓄冷机将进入行驶万户，造福于人类。1.5 应用蓄冷空调技术的意义蓄冷系统就是在不需要冷量或冷量少的时间（如夜间），利用制冷设备在蓄冷介质中的能量转移，进行蓄冷，并将此冷量用在空调或工艺用冷高峰期。蓄冷空调的实质是：将制冷机组用电高峰时的运行时间转移到用电低谷期运行，从而达到削峰填谷的目的，并利用峰谷电价差实现其较高的经济性。蓄冷
25、空调系统全部或部分地将制冷主机的负荷自白天转移至夜间的特性，称为蓄冷空调系统的“负荷平移”效应。在能源消费逐渐增加的情况下，应用蓄冷空调技术具有较大的社会效益和经济效益，主要表现在如下几个方面：削峰填谷、平衡电力负荷。改善发电机组效率、减少环境污染。减小机组装机容量、节省空调用户的电力花费。改善制冷机组的运行效率。空调的制冷机组运行时，其效益随着负荷的变化而变化，因此，具有蓄冷的空调系统，可根据空调负荷的大小使机组处在最佳的效益下运行。蓄冷空调系统特别适用于负荷比较集中变化比较大的场所。应用蓄冷空调技术，可扩大空调区域使用面积。亦即蓄冷空调系统适合于改扩建空调工程。适合于应急设备所处的环境，使用应急蓄冷系统可大大减少对应急能源的依赖提高系统的可靠性。综上所述，蓄冷空调技术在未来具有广阔的发展前景，今后我们要不失时机地抓住机遇继续加强与扩大与外国蓄冷设备厂的合作。国产的蓄冷空调要向低成本、高效率、全自动化方向发展，使国内蓄冷空调应用建立在吸收众多技术优点的基础上。另外，政府部门应大力提倡、宣传蓄冷空调的社会效益和经济效益，制定合理的
