以成都某商場為例淺析水蓄冷的經濟性

劉賽楠

(中國十九冶集團有限公司， 四川成都 610000)

水蓄冷是利用電網的峰谷電價差，水在低谷電價時段將冷量存儲在水中，在白天用電高峰時段使用儲存的低溫冷凍水提供空調用冷，達到節約電費的目的。

水蓄冷技術不僅可以移峰填谷，降低空調對電網高峰負荷的沖擊，同時降低運行費用，而且其初投資低，可以利用建筑物消防水池改造成蓄冷池，節約了占地面積與投資成本，因此水蓄冷技術在國內得到了廣泛地應用[1]。

1 水蓄冷的組成

(1)運行組成：水蓄冷系統的運行，分為蓄冷和放冷兩個步驟。在夜晚低谷電價時段進行蓄冷，在白天高峰電價時段進行放冷。

(2)設備組成：水蓄冷系統由制冷機組、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)系統組成

圖2 放冷段(峰/平電價)系統組成

2 水蓄冷的方式

分層水蓄冷由于水在4 ℃時密度最大，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，并在上部熱區和下部冷區之間創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準(圖3、圖4)。

圖3 蓄冷池

圖4 斜溫層

蓄冷時，密度大的低溫水通過散流器緩慢地進入水池底部，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，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 節錢與節能判斷

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

經計算知，當水蓄冷系統COP滿足式(1)時，水蓄冷系統剛好不節錢。

(1)

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

經計算知，當水蓄冷系統COP滿足下式(2)時，水蓄冷系統剛好不節能，

(2)

式(2)中：A為水蓄冷的冷量損耗系數，A<1當水蓄冷系統COP大于上述值，均可節能。估算當滿足水蓄冷系統COP>6.6時，水蓄冷是節能的，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)，水蓄冷滿足節能條件，可達到既節錢又節能的效果。

4 實例分析

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，隨著蓄冷的進行，水溫由下至上是分層逐漸變化的，當最上層的水溫達到蓄冷設計值時，說明蓄冷池冷量蓄滿，應及時結束蓄冷，否則反而虧損。

(2)設定合理的主機出水溫度值。主機的出水溫度，關乎冷量損耗系數A值的大小，以及制冷主機的COP值。成都該廣場設定值為5 ℃。

(3)在電價谷段進行蓄冷。該廣場23∶00～次日7∶00為電價低谷段。

(4)增強蓄冷池的保溫效果。蓄冷池的保溫效果，影響冷量損耗系數A值，且有損相鄰機房內電氣設備(空氣潮濕)，應多加注意。

4.2 放冷時段

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

(2)最大限度地放冷。由于蓄冷池是是分層放冷，隨著放冷的進行，水溫由上至下是分層逐漸變化的，當最下層的水溫達到放冷設計值時，說明蓄冷池冷量放完。

(3)設計合理的放冷一次側回水溫度。冷的一次側回水溫度值，關乎板式換熱器的選型，關乎下一步蓄冷段主機的COP，關乎冷量損耗系數A值的大小，該廣場設定值為15 ℃。

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

表1 某廣場6月份蓄冷數據

4.3 結余金額分析

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

圖5 廣場6月份結余金額(單元：元)

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

(2)25號之前，沒有放冷策略，以致冷量不能持續的最大限度被利用。25號之后，根據放冷策略，保證冷量最大限度地穩定利用。

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

4.4 結余金額與能耗對比分析

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

圖6 廣場6月份結余金額與能耗對比

(1)結余能耗有正值，并非全為負值，是因為夜晚室外溫度較低，以致冷水主機及冷卻塔的能效較白天高，系統COP滿足節能的判斷條件。由此可見，水蓄冷也可實現既節錢，又節能。

(2)結余金額和結余能耗趨勢接近，說明樣本是安全可靠的。

4.5 結余金額與蓄冷時長對比分析

由圖7可知，6月1日～27日蓄冷時長與結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。

(1)蓄冷時長從一定程度上反映了蓄冷量的多少，蓄冷時長與結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，蓄冷優勢能夠更好發揮。

(2) 27號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，導致蓄冷過度，主機負載減小，主機能效降低，系統的能效不滿足節錢的判斷條件，導致結余金額下降。