劉賽楠

(中國十九冶集團(tuán)有限公司， 四川成都 610000)

水蓄冷是利用電網(wǎng)的峰谷電價(jià)差，水在低谷電價(jià)時(shí)段將冷量存儲(chǔ)在水中，在白天用電高峰時(shí)段使用儲(chǔ)存的低溫冷凍水提供空調(diào)用冷，達(dá)到節(jié)約電費(fèi)的目的。

水蓄冷技術(shù)不僅可以移峰填谷，降低空調(diào)對電網(wǎng)高峰負(fù)荷的沖擊，同時(shí)降低運(yùn)行費(fèi)用，而且其初投資低，可以利用建筑物消防水池改造成蓄冷池，節(jié)約了占地面積與投資成本，因此水蓄冷技術(shù)在國內(nèi)得到了廣泛地應(yīng)用[1]。

1 水蓄冷的組成

(1)運(yùn)行組成：水蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行，分為蓄冷和放冷兩個(gè)步驟。在夜晚低谷電價(jià)時(shí)段進(jìn)行蓄冷，在白天高峰電價(jià)時(shí)段進(jìn)行放冷。

(2)設(shè)備組成：水蓄冷系統(tǒng)由制冷機(jī)組、冷卻泵、冷卻塔、蓄冷泵、蓄冷池(可兼消防水池)、板式換熱器、放冷一次水泵、放冷二次泵組成(圖1、圖2)。

圖1 蓄冷段(谷電價(jià))系統(tǒng)組成

圖2 放冷段(峰/平電價(jià))系統(tǒng)組成

2 水蓄冷的方式

分層水蓄冷由于水在4 ℃時(shí)密度最大，4～6 ℃冷水在蓄冷池下部，10～18 ℃熱水在蓄冷池上部。因此，利用密度將熱水與冷水分隔開，并在上部熱區(qū)和下部冷區(qū)之間創(chuàng)造溫度劇變的斜溫層(即過渡層)，以防止冷熱水混合，厚度一般0.3～1.0 m。斜溫層是衡量蓄冷效果的主要標(biāo)準(zhǔn)(圖3、圖4)。

圖3 蓄冷池

圖4 斜溫層

蓄冷時(shí)，密度大的低溫水通過散流器緩慢地進(jìn)入水池底部，密度小的高溫水從水池頂部緩慢流出，以盡量減少紊流和擾亂斜溫層。

放冷時(shí)，密度大的低溫水通過散流器緩慢地從水池底部流出，密度小的高溫水緩慢的流入水池頂部，以盡量減少紊流和擾亂斜溫層。

3 節(jié)錢與節(jié)能判斷

本計(jì)算按照成都電價(jià)(峰電價(jià)：1.225 2元；平電價(jià)：0.838 4元；谷電價(jià)：0.451 6元)計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算知，當(dāng)水蓄冷系統(tǒng)COP滿足式(1)時(shí)，水蓄冷系統(tǒng)剛好不節(jié)錢。

(1)

式(1)中：A為水蓄冷的冷量損耗系數(shù)，且A<1，當(dāng)水蓄冷系統(tǒng)COP大于上述值，均可節(jié)省錢；A取0.7，估算當(dāng)滿足水蓄冷系統(tǒng)COP>2.5時(shí)，水蓄冷是節(jié)省錢的，該廣場滿足該條件。 故一般情況下，水蓄冷是滿足節(jié)錢條件的。

經(jīng)計(jì)算知，當(dāng)水蓄冷系統(tǒng)COP滿足下式(2)時(shí)，水蓄冷系統(tǒng)剛好不節(jié)能，

(2)

式(2)中：A為水蓄冷的冷量損耗系數(shù)，A<1當(dāng)水蓄冷系統(tǒng)COP大于上述值，均可節(jié)能。估算當(dāng)滿足水蓄冷系統(tǒng)COP>6.6時(shí)，水蓄冷是節(jié)能的，該廣場僅部分情況下滿足該條件。

綜上，僅部分情況下(例如雨后夜晚溫度很低)，水蓄冷滿足節(jié)能條件，可達(dá)到既節(jié)錢又節(jié)能的效果。

4 實(shí)例分析

以成都某廣場為例分析如何做到利益最大化(表1)。

4.1 蓄冷時(shí)段

(1)蓄冷池冷量合理蓄滿。由于蓄冷池是是分層蓄冷，隨著蓄冷的進(jìn)行，水溫由下至上是分層逐漸變化的，當(dāng)最上層的水溫達(dá)到蓄冷設(shè)計(jì)值時(shí)，說明蓄冷池冷量蓄滿，應(yīng)及時(shí)結(jié)束蓄冷，否則反而虧損。

(2)設(shè)定合理的主機(jī)出水溫度值。主機(jī)的出水溫度，關(guān)乎冷量損耗系數(shù)A值的大小，以及制冷主機(jī)的COP值。成都該廣場設(shè)定值為5 ℃。

(3)在電價(jià)谷段進(jìn)行蓄冷。該廣場23∶00～次日7∶00為電價(jià)低谷段。

(4)增強(qiáng)蓄冷池的保溫效果。蓄冷池的保溫效果，影響冷量損耗系數(shù)A值，且有損相鄰機(jī)房內(nèi)電氣設(shè)備(空氣潮濕)，應(yīng)多加注意。

4.2 放冷時(shí)段

(1)在電價(jià)高峰段放冷。該廣場放冷時(shí)段為9∶30～11∶00、19∶00～22∶00，分兩段放冷，均在電價(jià)高峰段。

(2)最大限度地放冷。由于蓄冷池是是分層放冷，隨著放冷的進(jìn)行，水溫由上至下是分層逐漸變化的，當(dāng)最下層的水溫達(dá)到放冷設(shè)計(jì)值時(shí)，說明蓄冷池冷量放完。

(3)設(shè)計(jì)合理的放冷一次側(cè)回水溫度。冷的一次側(cè)回水溫度值，關(guān)乎板式換熱器的選型，關(guān)乎下一步蓄冷段主機(jī)的COP，關(guān)乎冷量損耗系數(shù)A值的大小，該廣場設(shè)定值為15 ℃。

(4)可進(jìn)行聯(lián)合制冷。如單靠放冷，不能滿足廣場需求，可采用聯(lián)合制冷(制冷主機(jī)+放冷)方式，對蓄冷池冷量進(jìn)行充分利用。

表1 某廣場6月份蓄冷數(shù)據(jù)

4.3 結(jié)余金額分析

由圖5可知，自6月25日起，每日結(jié)余金額明顯增大。由之前的每日1千元以內(nèi)上升至3千元左右。分析原因主要有以下幾點(diǎn)。

圖5 廣場6月份結(jié)余金額(單元：元)

(1)25號(hào)之前，放冷是一次性放完，即峰電價(jià)放冷+平電價(jià)放冷，沒有更為有效地利用電價(jià)差。25號(hào)之后，放冷時(shí)間為11∶00之前及19∶00之后，均在峰電價(jià)放冷。

(2)25號(hào)之前，沒有放冷策略，以致冷量不能持續(xù)的最大限度被利用。25號(hào)之后，根據(jù)放冷策略，保證冷量最大限度地穩(wěn)定利用。

(3)25號(hào)之前，蓄冷策略不完善，以致蓄冷池并沒有穩(wěn)定地蓄滿冷量。25號(hào)之后，能夠較為穩(wěn)定地把蓄冷池冷量蓄滿。

4.4 結(jié)余金額與能耗對比分析

由圖6可知，結(jié)余金額和結(jié)余能耗趨勢接近，且有正有負(fù)，分析原因主要有以下幾點(diǎn)。

圖6 廣場6月份結(jié)余金額與能耗對比

(1)結(jié)余能耗有正值，并非全為負(fù)值，是因?yàn)橐雇硎彝鉁囟容^低，以致冷水主機(jī)及冷卻塔的能效較白天高，系統(tǒng)COP滿足節(jié)能的判斷條件。由此可見，水蓄冷也可實(shí)現(xiàn)既節(jié)錢，又節(jié)能。

(2)結(jié)余金額和結(jié)余能耗趨勢接近，說明樣本是安全可靠的。

4.5 結(jié)余金額與蓄冷時(shí)長對比分析

由圖7可知，6月1日～27日蓄冷時(shí)長與結(jié)余金額大致走向接近，但27日以后的升降趨勢相反，分析原因主要有以下幾點(diǎn)。

(1)蓄冷時(shí)長從一定程度上反映了蓄冷量的多少，蓄冷時(shí)長與結(jié)余金額大致走向接近，說明隨著蓄冷量的增大，蓄冷損耗占比減小，有效蓄冷量占比增加，蓄冷優(yōu)勢能夠更好發(fā)揮。

(2) 27號(hào)以后的升降趨勢相反，說明對冷池冷量蓄滿條件把握不精準(zhǔn)，導(dǎo)致蓄冷過度，主機(jī)負(fù)載減小，主機(jī)能效降低，系統(tǒng)的能效不滿足節(jié)錢的判斷條件，導(dǎo)致結(jié)余金額下降。