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摘要：文章分析了冰蓄冷空調在我國發展緩慢的原因，從采用大溫差冷水系統、低溫送風設計、系統布置、使用國產設備、電力部門激勵政策等方面探討了降低初投資的途徑。另外，論述了提供系統產品、改進控制水平以尋求簡化復雜設計、安裝的過程，提高冰蓄冷系統的質量及方便操作維護的方法。

關鍵詞：冰蓄冷空調初投資系統產品

0前言

我國的電力工業發展很快，96年發電裝機容量已達到世界第2位，到97年底全國發電裝機容量達2.5億千瓦，2004年裝機容量達到4.4億千瓦，預計2005年要突破5億千瓦，僅比美國裝機容量少3億千瓦左右。但是，盡管如此，我國的電力供應仍日益緊缺，尤其是高峰不足與低谷過剩的矛盾日益突出，如果全靠新建電廠來滿足尖峰需求，則勢必造成電廠及輸配電設備投資的浪費，使國家經濟遭受損失，如1997年每千瓦裝機容量所產生的國民經濟總產值為28800元，而到2004年則降為27300元，隨著未來幾年新建電廠的陸續投產，此現象將更加突出。這樣不能充分利用廉價環保能源，與建設節約型社會的要求不相符合。如果采用需求側調控的方法，如空調的冰蓄冷等可以將用電時間移至非高峰期，起到“移峰填谷”的作用。以上海市為例，歷史最高用電負荷為1668.2萬千瓦，而同日的最低用電負荷為1050萬千瓦，其中空調用電約占45%，同使用常規空調相比，冰蓄冷空調有25%左右的移峰能力，理論上可轉移11%的高峰負荷到低谷。可見大力發展冰蓄冷空調前景廣闊。

但是冰蓄冷空調在我國的發展速度非常緩慢，如上海市已建成的蓄冷工程僅十余家，廣東省也只有十多家，如此并沒有發揮出應有的“移峰填谷”作用。為何既節能又環保的冰蓄冷空調會受到如此冷遇？

據研究，在我國已建的冰蓄冷工程中，存在以下問題：

-投資回收周期長，經濟性不佳。

-設計選型復雜、設計工作量大、各部件匹配優化難。

-供貨商眾多，安裝調試周期長，系統施工質量難以控制。

-運行操作使用困難。

-維護成本高。

以上因素阻礙了冰蓄冷空調在我國的發展。本文將探討相關方法，試圖從根本上解決上述問題，以期能夠迅速、廣泛地推動冰蓄冷空調在我國的正常發展。

1多種途徑降低初投資

對于業主來說，選擇空調系統的主要原則之一就是經濟性，包括初投資和運行維護費用。國內外大量的工程實踐表明，單純的冰蓄冷加常規空調系統，由于增加了蓄冰系統和乙二醇載冷劑板式換熱器，空調系統設備的初投資比常規設備高20%以上，單單依靠目前電力峰谷電價差所獲得的運行節約費用，其實際償還年限一般需7—12年，甚至達到19年，這就是制約我國冰蓄冷空調產品發展的主要原因。為此，設計院、設備制造廠、安裝公司、電力部門應全力配合，從設計、設備制造、安裝、選用、政策激勵等方面著手，大幅度降低用戶初投資。

1.1采用冷水大溫差系統以降低冷水管路投資。常規空調水系統的供回水溫度為7-12℃，冷水機組一般也按此設計，冰蓄冷空調在融冰與主機聯合供冷時，載冷劑側的溫差要大于5℃，達到7-8℃。若將空調水系統溫差提高到10℃，可以節約50%的系統循環水量以及相應的水泵電耗，水系統和空氣端設備的總成本可降低5%左右。若再將空調水系統從傳統并聯方式變為更加靈活的串聯或串并聯方式、以更加靈活合理地利用冷凍水溫差，還可以節約相關成本2-3%。

1.2采用大溫差低溫送風方式。常規空調系統從空氣處理機送出來的空氣溫度為16℃~18℃左右，而低溫送風系統的上述空氣溫度為7~12℃。低溫送風一方面可減小空氣處理機、風機規格和投資成本，另一方面也會增加冷卻盤管、末端裝置和管道保溫投資，但投資減少金額高于投資增加金額，使得低溫送風初投資可減小很多，如當送風溫度為7℃時，風管尺寸減少30%~36%，空氣處理機尺寸減少20%~30%，風機功率減少30%~40%。當對現有建筑的常規送風系統進行改造時，如改為低溫送風，則其供冷能力可大大提高。由計算得知：低溫送風與常規送風相比，空調水系統與風系統的投資可減少14%~19%，而總投資可減少6%~11%。節省用電量顯著，特別是高峰期用電量減少，年運行費可降低18%~28%。此外，由于低溫送風風管比常規送風風管小，還能節省建筑空間和造價，據統計，采用低溫送風所需安裝風管的房間頂部空間至少可以降低85~180mm，建筑工程造價相應可減少3.76%~13.6%。同時，風管等尺寸的縮小還節省基建初投資，建筑空間的減小相應增加了層高和建筑物總層數，增加建筑使用面積，這時的送風相對濕度一般為33%~38%，室內空氣品質優良，具有較好的舒適度并能減少建筑病綜合癥的發生。

1.3充分考慮初投資的系統流程布置方式，如串聯系統中冷水機下游布置方式可以降低成本，改善蓄能槽放熱特性，這方面美國日本已有許多應用，甚至已在設計手冊中作了專門說明，但國內目前還很少使用。

1.4大力使用國產優質設備。據調查，在國內目前已建成的一些項目中，冰蓄冷空調的冷水機和蓄冰槽(盤管、球)大都采用進口設備，而這些進口設備價格必然偏高。其實，對于冷水機組，國際許多著名企業早已在中國設立了生產基地，其制造產品質量標準、關鍵件來源、工藝手段等與國外完全一樣，甚至還出口國外（包括對產品質量要求極高的歐洲），因此，各設計單位和業主應放心使用國內生產的品牌產品。而對于蓄冰槽(盤管、球)等，由于它們都是常規的換熱部件，采用的也都是成熟的焊接、熱處理及保溫加工方法，國內廠家的選材質量和安全余量要求并不比國外低，該相應的國產產品在食品、制藥等行業已使用多年，效果良好。同時，選用國產優質設備，在系統設計、安裝、服務、零配件供應、日后維修等方面也具有更多的優勢，在筆者所熟悉的冰蓄冷工程項目中，就有由于進口設備出現問題無法及時維修掉換而造成工期延誤、經濟受損的實例。

1.5實行積極的電力補貼政策。冰蓄冷空調系統具有移峰填谷、均衡用電負荷、提高電力建設投資效益等優點，能減少電廠和輸配電設備的建設、使用環保廉價能源以降低環境污染，高效率使用已有發電設備，給國家和電力部門帶來巨大利益。但要想使之得到良好發展，還必須依賴相關政策法規的盡快出臺、以使建筑業主得到實惠。為緩解夏季電力高峰供電缺口，我國某些地區和個別項目采用電力補助的措施，如福建規定2004年新建的冰蓄冷空調每千伏安補貼200元，2005年新建的每千伏安補貼100元；2004年用冰蓄冷技術改造原有空調的每千伏安補貼500元，2005年進行改造的每千伏安補貼300元；2006年（以后）新建或改造的將不予以補貼。這些臨時措施應制度化，建議政府、電力部門、相關設備制造商應盡快研究并頒布制度化的激勵措施，特別是能夠獲得巨大利益的電力部門，應從實際或潛在獲利中拿出部分返還業主和設備制造商，比如可考慮借鑒燃氣空調的補貼制度：上海在2004年實行了燃氣空調的補貼制度，規定在2004－2007年內，對納入上海市燃氣空調推進計劃的燃氣空調，由市政府給予100元/千瓦制冷量的設備補貼；還可比照日本和美國的冰蓄冷扶持政策：電力公司給予用戶/設備廠商每轉移1千瓦高峰電200-300美元的電力補貼。若政府及電力部門能對冰蓄冷空調采用類似于上述燃氣空調的政策，相當于每轉移1千瓦高峰用電補貼1600元，基本接近美國和日本等廣泛使用冰蓄冷空調國家的補貼水平，則可降低蓄冷空調初投資8-10%，大幅度縮短冰蓄冷空調的投資回收期。

2發展系統產品降低設計安裝復雜性

冰蓄冷空調設計和常規空調相比，其設計選型復雜性大大提高、安裝施工難度大，故有設計施工能力的安裝公司極少，工程質量較難控制，詳見表1，這也是制約我國冰蓄冷空調發展的重要原因。

表1常規空調與冰蓄冷空調設計安裝比較內容冰蓄冷常規空調

建筑負荷計算逐時負荷最大負荷

各種蓄冰方式經濟分析有無

蓄能槽（盤管/冰球）選型計算有無

二次換熱器設計選型有無

乙二醇管路水力平衡和泵選型有無

現場自動控制系統設計有無

設計工作量220-300%100%

零部件數量150%100%

安裝工作量150-170%100%

施工單位能力僅幾家數千家

若制造公司能夠提供一種類似常規空調的系統冰蓄冷產品，使得設計師、安裝公司、業主不再對冰蓄冷空調望而生畏，將會有力推動蓄冷空調事業的發展。

最近，文獻[1]報道了一種系統的冰蓄冷空調產品。該系統產品由冰蓄冷主機、水力控制模塊、蓄冰槽三大部件組成，見圖1。

圖1冰蓄冷系統產品

冰蓄冷系統產品能將分散的零部件在出廠前制作為完整的產品，選型安裝方便，并結合了多項先進技術：

冰蓄冷系統產品主機形式多樣，包括風冷蓄冷產品和水冷蓄冷產品，壓縮機可采用渦旋、螺桿和活塞式。在缺水或日夜溫差大的地區可使用風冷主機，其它地區可選用水冷主機。水冷產品中螺桿機效率較高，可優先選用。對于風冷、熱回收、水源熱泵型等壓縮比大的應用場合，活塞機、渦旋機的效率也不錯、且價格實惠，可考慮使用。對于具有多臺壓縮機的主機，由于其部分負荷性能好、備機功能強，同等條件下應優先考慮。

如圖1，冷水機組布置在蓄冰槽下游，標準空調水進出水溫度為15-5℃，調節方便，穩定，蓄冰槽的融冰釋冷速度快。這樣，設計師只需直接按照10℃大溫差空調水來設計系統即可，不必再花費精力和時間研究如何制取10℃大溫差空調水。

帶有蓄能量測量裝置和嚴密隔熱防潮措施的模塊式蓄冰槽，安裝極其方便，只需將蓄冰槽體就位和接管即可，不需任何槽體內部安裝工作。

水力控制模塊包括載冷劑泵、冷卻水泵、空調水泵、板式換熱器、閉式膨脹水箱、過濾器、電動調節閥門、蓄冷系統的電力控制柜，以及排氣、泄水口。水力控制模塊已經各種運行模式的水力平衡設計和校核，換熱器和水泵的工作性能匹配優化。

該系統冰蓄冷產品還能與熱回收、水源熱泵結合，以進一步提高使用效能和產品的可靠性。

該類產品避免了大量復雜機房設計和現場裝配工作，質量可靠、運行性能佳、使用方便放心。與同類產品比較可顯著降低設計、交貨、安裝、調試時間，見圖2。這樣，對于機房設計，冰蓄冷產品的設計工作量與常規空調產品相當，現場安裝工作簡潔，省時省力，也大大減少安裝出錯的可能性。

圖2系統冰蓄冷產品特點

3開發先進的自適應控制系統

常規空調的運行模式單一，只要控制主機的出力和冷水溫度即可；而冰蓄冷空調運行模式多樣：有夜間蓄冷、白天主機單獨供冷、蓄冰槽單獨供冷、主機和蓄冰槽聯合供冷等。除主機外還要控制蓄冰槽的工作，以及主機和蓄冰槽出力分配和優化運行，因此，普通的控制系統難以真正發揮冰蓄冷的功能。

早期的冰蓄冷工程自動控制水平不高，需要由機房操作人員手動設置運行模式。依靠工人技術水平和經驗性手動控制難以勝任這些工作，致使有的冰蓄冷空調建成后蓄冷功能基本不用，有的冰蓄冷空調運行費用大大高出預期成本。手動控制不能發揮冰蓄冷的全部優勢，更不能保證最低的能耗水平。近期的冰蓄冷空調工程多采用PLC結合上位機模式，用戶操作界面友好，利用已建立的歷史數據庫，實現冰蓄冷空調全自動運行，但成本高、還不能按建筑負荷的需求自動尋求最經濟有效的工作方式。

新型的冰蓄冷空調控制系統應包括：

-簡單、直接、精確的蓄冰量測量裝置。蓄冰量測量的準確與否直接影響到能否保證室內空調參數的穩定。

-根據外界氣候條件變化或空調水溫變化的情況自動判斷和預測最佳工作模式和最佳空調水工作溫度，即先進的自適應控制邏輯。如部分蓄冷系統的控制策略有主機優先和融冰優先兩種控制策略。主機優先是指在需要用冷時，首先制冷主機運行供冷，不足部分由蓄冰槽提供，融冰優先則是先由蓄冰槽供冷，不足部分由主機提供。融冰優先的控制策略能充分利用電力低谷，節省運行費用。應能夠根據氣候、電力政策自動確定最佳控制策略。自適應控制邏輯將根據外部需求和蓄冰槽的蓄冰情況，最大限度地發揮融冰優先的控制優勢。

-依據日程計劃能在不同運行模式間自動切換。

-實現與空氣端DDC（直接數字控制）裝置的信息傳遞。

4建立設計選型軟件和標準產品參數

4.1逐時負荷分布圖。建筑物的負荷計算是空調設計的依據。對于常規空調系統，制冷設備的裝機容量一般只需根據建筑物設計日的最大小時負荷來確定；而在冰蓄冷空調設計中，需采用專門的建筑負荷設計軟件，設計師按照當地逐時氣象參數與建筑維護結構參數、建筑物內居住、照明產熱設備的工作時間表等數據，計算出整個供冷季節的逐時空調負荷，從而確定系統的設備容量。目前市場上主要的設備制造商都具備有關建筑負荷設計計算軟件，在具體項目中可協助設計院進行建筑負荷計算。

4.2簡化冰蓄冷主機選型和蓄冷模式的經濟分析方法。傳統的冰蓄冷空調系統，由于其制冷機和蓄冷設備容量的確定非常煩瑣，因為還不能簡單地依靠某個逐時負荷，而是需要結合所選蓄冷系統形式、運行與控制模式、當地電價結構及蓄冷裝置的蓄、放冷特性曲線等諸多因素進行綜合考慮。相比之下，文獻[1]報道的系統冰蓄冷產品已經將設備匹配和設計等優化為經濟運行控制模式，融冰性能完全滿足要求，在確定建筑物逐時負荷后可方便地開展主機、蓄能槽、水力控制模塊選型，并進行經濟分析。

4.3廠家提供系統的設計數據。常規空調的產品參數在廠家樣本中一般都很完整，冰蓄冷空調也應該象常規空調一樣能夠提供完整的系統參數，以方便設計師選型計算。如有需要的話，設備制造商還應能夠針對具體項目、利用系統性能計算軟件提供系統的冰蓄冷性能參數。

4.4完整的系統操作運行維護手冊。在傳統的冰蓄冷空調系統中，各分散的零部件供應商只負責提供部件技術資料，而由安裝公司負責施工，但由于缺乏系統性操作運行維護手冊，給操作者帶來很大的不便。應有完整的系統操作運行維護手冊，以培訓操作人員，同時供日常使用參考。

5結論

采取多種途徑降低初投資，努力發展系統的冰蓄冷空調產品以改善設計、安裝、運行、維護的復雜程度，開發自適應控制系統以進一步降低運行費用，提高操作簡便性，建立標準設計選型軟件，提供標準的冰蓄冷產品參數和技術資料，將會有力地改變冰蓄冷空調在我國發展緩慢的現狀。

參考文獻

1本家集中式空調系統產品手冊