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摘要：本文介绍了江苏大学附属医院门急诊楼的空调制冷系统，夏季采用冰蓄冷技术，双工况制冷机组利用夜间低谷电进行制冰，并将冷量储存在蓄冰槽中，白天再将冰槽的冷量释放出来供门诊楼使用的中央空调系统。冰蓄冷空调技术具有较大的社会效益和经济效益，既能对电网进行削峰填谷，平衡电网又具有节能减排的意义。
关键词：冰蓄冷；中央空调；乙二醇
1引言
随着我国经济的高速发展，中央空调的应用越来越广泛，其耗电量也越来越大，一些大城市的中央空调用电量已占其高峰用电量的20％以上，使得电力系统的峰谷负荷差不断加大，电网负荷率下降，尤其是夏季有些地方不得不采用拉闸限电的办法解燃眉之急。因而，改善电力供应的紧张状况和电力负荷环境已成为一些大中城市的首要任务。解决该问题最有效的方法之一就是夏季应用冰蓄冷技术，它利用午夜以后的低谷电制冰，储存到白天用电高峰时供冷，将空调用电量从白天高峰期转移到晚上低谷期，均衡城市用电负荷，也就是“削峰填谷”。基于这种“削峰填谷”的想法，空调系统中出现了冰蓄冷机组。对于电力生产部门和用户都会产生良好的经济效益和社会效益，并可以实现整个能源系统的节能和环保。因而随着国内冰蓄冷技术的成熟，该设备既提高了设备的利用率，解决电能供给不足的问题，并且还能减少污染物的排放，也能减少了设备的初投费用。
2冰蓄冷技术
2.1冰蓄冷技术的工作原理
冰蓄冷技术的原理，简而言之就是利用夜间低谷电运行制冷机制冷，并以冰或者水的形式储存起来，在白天用电高峰时将冰融化释放冷量，用以部分或全部满足建筑物空调负荷的需要。
2.2冰蓄冷技术的优缺点
优点：
（1）平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设。
（2）制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。
（3）利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。
（4）冰蓄冷技术无污染、安全可靠、自动化程度高不需要专人管理。
（5）冷冻水温度可降到1～4℃，可实现大温差、低温送风空调，降温速度快，并且能够保证长时间的恒温，空调可靠性高。
（6）相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。
缺点：
（1）蓄冷空调系统无论是采用部分蓄冷还是全部蓄冷，其初期投资通常均比常规空调系统要高。
（2）蓄冰装置要占用一定的建筑空间，一般安装在建筑物的地下。
（3）制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低。
（4）设计与调试相对复杂，后期的维护成本也相对较高。
在发达国家，60%以上的建筑物都已使用冰蓄冷技术。美国芝加哥一个城市区域供冷系统，600多万平方米的建筑共有4个冷站，城市集中供冷。其中芝加哥城市供冷三号冷站蓄冰量是12.5万冷吨时，电力负荷438兆瓦，每日制冰4700吨。从美、日、韩等国家应用的情况看，冰蓄冷技术在空调负荷集中、峰谷差大、建筑物相对聚集的地区或区域都可推广使用。目前我国每年新建建筑面积约20亿平方米，其中，城市新增住宅建筑和公共建筑约8亿～9亿平方米，为冰蓄冷技术的推广应用提供了巨大市场。我国每年公共建筑新增面积约3亿平方米，如30%的新建公共建筑采用冰蓄冷空调系统，全国每年可节约15亿千瓦时所对应的电价差值，所节约金额高达约10亿元。然而由于我国投资体制、经济还不够发达以及项目建设管理模式落后等原因，以及蓄冰技术一次性投资高于常规空调、蓄冰装置需占用建筑空间以及新技术推广难等原因，致使这一利国、利民的技术在我国发展缓慢，步履艰难，借鉴国外发展经验，要加快这一技术的推广，尤其需要政府积极倡导并给于政策、经济优惠引导其发展，如进一步拉大峰谷分时电价、扩大分时电价应用范围、全面实现两部制电价、贷款优惠或贴息、投资补贴和税收优惠等。
2.3冰蓄冷技术的原理图
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图一
图一为江苏大学附属医院门急诊楼的冰蓄冷空调系统的系统图，门急诊楼建筑面积3.8万m2，地下2层，地上6层，建筑总高度25m，标准层层高3.85 m。在夏季，门诊区域夜间空调关闭，急诊区域需要24小时供冷。门急诊楼设计总冷负荷（包括新风负荷）为4952KW， 采用冰蓄冷、大温差供水的低温变风量系统加独立的新风系统。
蓄冰模式为分量蓄冰模式，供冷运行方式为主机优先模式，部分负荷时按融冰优先模式运行。蓄冰装置采用4台钢制盘管成品蓄冰槽，总蓄冰量为5378 kWh，主机采用两台双工况螺杆式冷水机组和一台基载主机，制冷剂为R22，载冷剂采用质量分数为25%的乙二醇溶液。该系统的另一特点是采用低温变风量系统，它是由变流量冷水系统（冷水泵为变频泵）和变风量空气输送系统（空气处理机组为低温变风量中央空气处理机组）低两大部分组成。
2.4制冰使用载冷剂介绍
蓄冰设备所用的载冷剂为乙二醇水溶液。乙二醇（C2H4（OH）2）为无色无味的液体，其特点为挥发性低、腐蚀性低且易溶于水。乙二醇水溶液的凝固点、密度、比热、导热系数、粘度随溶液浓度不同而变化。蓄冰系统的乙二醇水溶液的凝固点应低于运行温度3～4℃。此外，乙二醇腐蚀性低，但乙二醇的水溶性呈弱酸性，因此在使用过程中乙二醇溶液中需加入添加剂。添加剂包含防腐剂和稳定剂，防腐剂可以在金属表面形成阻蚀层，稳定剂可以使乙二醇溶液维持弱碱性。溶液中添加剂的添加量为800～1200ppm。
乙二醇水溶液的密度与粘度稍大于水，而比热稍小于水，不同浓度的乙二醇溶液如表一所示：
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表一
2.5 冰蓄冷系统的运行工况
医院门急诊楼采用冰蓄冷空调系统，选用的制冷机组位于蓄冰装置上游的串联流程方式。冰蓄冷空调系统通过不同阀门的开、关火调节可以实现以下四种工况：
（1）双工况主机制冰工况运行，蓄冰装置蓄冰模式
此时段双工况制冷机组在电力低谷时段充分利用低价电运行制冰，在该时段制冰机组满负荷运行，通过低温的乙二醇溶液将蓄冰槽的水制成冰。制冷机组在蓄冰工况运行时，乙二醇溶液在制冰机组和蓄冰槽及板式换热器之间循环流动进行热交换。
（2）双工况主机和蓄冰槽联合供冷
此时段为电力高峰期，空调冷负荷量较大，为了尽量减少系统的电力运行费用，冷负荷由制冷机组和蓄冰槽进行联合供冷。此时制冷机处于空调工况，蓄冰主机出口的乙二醇和蓄冰槽融冰后的乙二醇溶液混合进入板式换热器。
（3）蓄冰槽单独供冷
在过渡季节，为了避免在电力高峰期内开启制冷机以及制冷机的低效运行，该时段内蓄冰槽的总融冰供冷量为空调系统负荷的全部，该时期的冷负荷由蓄冰槽单独提供，制冰机组白天停止运行，只在电力低谷段的夜间运行蓄冰。
（4）双工况主机供冷工况
空调冷负荷结构改变时或者蓄冰槽维修维护时，可以适当由制冷机组单独供冷。这时蓄冰槽与系统隔离开，蓄冰主机在空调工况运行，通过板式换热器向空调系统提供冷冻水。
制冰系统在以上四种模式中运行各个阀门的动作状态如表二所示
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3 总结
冰蓄冷空调系统充分利用夜间廉价的低谷电蓄存冷量，满足了在电力高峰期的空调冷负荷需要，大大节约了系统的运行成本。与常规空调系统相比，该冰蓄冷空调系统在夏天供冷季可为医院节省运行费用约50万元，与此同时该系统为全自动化控制系统，既可以独立运行，也可以集中在整个楼宇自动控制系统中运行。在通过对镇江地区的气象历史资料进行分析和计算后，经过一次设定，就可以使系统在无需人员看守的情况下，进行自动选择运行模式，大大提高空调系统的运行效率。
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