摘要：蓄能空调系统的应用与电力系统的政策是密不可分的，主要原因就是蓄能系统具有巨大的社会效益。蓄能系统能够转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差，因此可以减少新建电厂投资，提高现有发电设备和输变电设备的使用率，同时，可以减少能源使用（特别是对于火力发电）引起的环境污染，充分利用有限的不可再生资源，有利于生态平衡。
关键词：蓄能 空调系统 特点
1 社会效益
蓄能空调系统的应用与电力系统的政策是密不可分的，主要原因就是蓄能系统具有巨大的社会效益。蓄能系统能够转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差，因此可以减少新建电厂投资，提高现有发电设备和输变电设备的使用率，同时，可以减少能源使用（特别是对于火力发电）引起的环境污染，充分利用有限的不可再生资源，有利于生态平衡。
电网的峰谷差是现代电网的一大特点，而且随着经济发展有加剧的趋势。随着我国国民经济的不断发展，虽然国家电力部门耗用大量的财力物力建设电厂，但仍然满足不了每年用电量以5－7%增长的需要。特别是近年来随着城市化进程的不断发展，城市建筑能耗呈现加速增长的趋势。据统计，国内部分大城市的高峰用电量中空调用电就占了30%以上，这样使得电力系统峰谷差急剧增加，电网负荷率明显下降，这极大影响了发电的成本和电网的安全运行。
由于电能本身不易储存，因此通常在电用户方面考虑办法。空调用电在电网中，特别是民用电中的比例越来越大。据统计，一般写字楼空调用电占1/3多一些，而商场建筑中空调用电占50~60%，从空调用电入手解决电网峰谷差问题无疑是最有效的，而且蓄能空调包括蓄冷（冰或水）和蓄热（供暖和生活热水）等应用面相当宽，同时空调用能一般具有如下特点，也非常适合蓄能使用：首先，大多数空调与供暖系统可以间歇使用，如上班时供应、下班时关闭，使系统本身有可能利用原有设备在间歇期（夜间电力低谷期）进行能量蓄存，为第二天空调运行供能或补充。第二，空调用能多为7/12℃冷水或40/50~50/60℃热水，属于低品位能量，而电能是高品位能源，可以转化为任意低品位的能源，而且利用制冷机或热泵的工作，每使用1kW电能可以获得3~6kW的热能，电能转化利用率非常高，而且蓄存使用也比较方便。
移峰填谷和节约用电，统称为用电需求侧管理，英文缩写为DSM。美国在70年代开始用电需求侧管理工作，在三十年时间里，政府陆续出台了鼓励用电需求侧管理项目的一系列优惠政策，包括直接提供经费、提供各种低息或无息贷款、鼓励各行业投资此类项目并给予电价政策回收投资、提供购买蓄能节能设备的价格折扣等。在亚洲，泰国、菲律宾、斯里兰卡等发展中国家都开展了需求侧管理工作，也收到了巨大的社会效益和经济效益。在国外，工厂车间、办公楼、商场、医院、学校甚至居民住宅等建筑物都可以看到蓄能技术的应用，使用范围非常广阔，可以说前途光明。
我国电力行业的技术装备和管理水平经过多年的努力，已经跃上了一个新的台阶，电网建设和改造也取得了重大进展。但是，电网负荷率低、峰谷差大的特点使电力供应仍很紧张。例如华北电网的最大峰谷差别达到最大负荷的40%，而1999年电网负荷率在95%以上的只有12天，而实际每天达到最高负荷的仅持续1~2小时。国家计委、国家经贸委协同国家电力公司历经数次研究，先后出台了一系列指令性或指导性的计划下达至各地方经委和电力公司，要以经济手段推动电力“削峰填谷”的实现。目前绝大多数地方电力公司均推出了峰谷分时电价政策，特别是制订了针对蓄能空调技术推广使用的各种优惠政策，为蓄能空调的广泛推广带来了契机。
2 用户收益
蓄能系统在带来巨大的社会效益的同时，也具有良好的经济效益，如推迟或减少发电装机容量，减少环境污染治理费用，减少电网调峰次数、降低发电成本等。对用户来说，实实在在的经济效益和运行管理的优点主要体现在以下方面：
首先，利用分时电价政策，可以大幅节省运行费用。就象炒股票一样，蓄能系统的用电策略也是“高抛低吸”，即在电价高时少用或不用电，把蓄存的能量释放出来使用，而在电价低时多用电，把制得的冷或热量储存起来。一般情况下，峰谷时段的电价比可达3:1或4:1，因此每年节省的运行电费是相当可观的。
其次，可以减少制冷主机装机容量和功率达30~50%，相应地，减少和等的装机容量和功率。由于在空调负荷高峰时，可以依靠融冰来供冷，因此主机的装机制冷容量可以减少，而不必象常规空调系统那样按高峰负荷配备设备。相应地，设备满负荷运行比例增大，可充分提高设备利用率，而且设备运行效率也较高。
第三，减少一次电力初投资费用。由于制冷系统设备装机功率下降，电贴费、变压器和高低压配电柜等费用均可减少。另外，由于电力系统的优惠政策，蓄能系统可以争取到电贴费减免的额外优惠。
另外，蓄冷系统可作为应急冷源，停电时可利用自备电力启动融冰供冷；蓄热系统减少了粉尘烟尘的污染，减少或免除了消防措施等。因此，蓄能系统在运行管理上具有更大的灵活性和更广的适应性。
以某地建筑面积22000m2的办公大楼为例，夏天设计日空调的尖峰负荷2616kW，空调使用时间为8:00~18:00，年使用时间为135天，冰蓄冷空调与常规电制冷空调系统的经济性分析如表1所示。
表1 冰蓄冷空调系统与常规电制冷空调系统经济分析表
| 序号 | 名称 | 冰蓄冷空调系统 | 常规电制冷空调系统 | ||||
| 规格 | 电功率(kW) | 价格 (万元) | 规格 | 电功率 (kW) | 价格 (万元) | ||
| 1 | 螺杆式冷水机组 | 810kW | 2x160 | 2x65 | 870kW | 3x175 | 3x70 |
| 2 | 制冷辅助设备 | 168 | 65 | 207 | 75 | ||
| 3 | 冰蓄冷专用设备 | 44 | 160 | ||||
| 4 | 配电设施 | 532 | 43 | ||||
| 初投资费用总计 | 398万元 | 344万元 | |||||
| 年运行电费 | 30.6万元 | 49.3万元 | |||||
可以看出，冰蓄冷空调系统比常规电制冷空调系统初投资增加16%，而年运行费用减少38%，初投资增加费用的投资回收周期约为3年。因此，冰蓄冷空调系统具有良好的推广意义。
3 系统设计
蓄能系统的方案设计需要依据当地电力政策、建筑物实际使用情况和蓄能设备的性能进行系统形式和设备容量的优化设计。一般情况下，商业、民用和工业建筑用空调均为非全日空调，即每天空调系统只需运行10~14小时，而且几乎都在非满负荷下工作。下图中A部分为某建筑典型设计日空调冷负荷：
图1 图2
若不采用蓄冷，即采用常规空调形式：制冷机组的容量应满足瞬时最大负荷，制冷机组在有供冷需要的时间都运行，运行费用最高；
若采用全负荷蓄冷即图1形式：制冷机组在白天用电高峰期不运行，运行费用最省，但冷机和蓄冷装置的容量均较高，初投资高、占地面积大；
必然存在一个最优的部分负荷蓄冰系统如图2所示：夜间用电低谷期利用冷机和蓄冷装置蓄存一定冷量，补充用电高峰时间所需的部分冷量；投资回收期限最短，或整个空调系统寿命期内的初投资和运行费用总和最省。
蓄能系统与常规空调系统的根本不同点在于：常规空调只需考虑满足最大小时的负荷，其他时段冷机部分负荷运行就可以。而蓄能系统必须对一个运行周期内的逐时冷负荷进行均衡分配，通常以日为周期，作出典型设计日的运行周期负荷表：确定冷机和冰槽的容量和各个时段的开启情况。
蓄冰系统需要增加的特殊装置有：蓄冰设备，乙二醇管路和，板式换热器(绝大多数系统选用，乙二醇和水管路分隔并换热)。
详细的系统设计过程可以参考《冰蓄冷系统设计》等专著，需要注意的是：因为乙二醇的物性与水不同，因此乙二醇管路的、等设备的选型均须做修正。
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