1　調研范圍

　　本次調研對象主要為《規(guī)程》參編企業(yè)，同時也涵蓋了標準編制組以外的業(yè)內有影響力的單位。本次調研統計數據主要以生產蓄冷裝置企業(yè)的蓄冷容量來體現，即項目數量最終都通過蓄冷裝置來體現。

2　調研內容

　　考慮到對于2010年以前的中國蓄冷行業(yè)的發(fā)展已經有相關單位和個人作了統計和調研，加之本次調研時間有限，故本次調研項目限定為2011年1月至2015年6月完成施工并調試完畢的蓄冷工程（本文中所有數據統計時間段如無特別說明均為該時間段）。本次調研方式主要為向行業(yè)內有影響力的單位發(fā)放調查問卷和表格，然后對返回問卷和表格進行整理和統計。對于重點企業(yè)和重點項目進行了技術和項目案例的二次調研。

　　調研內容包括蓄冷項目名稱、項目地點、項目開展時間、建筑面積、項目設計日蓄冷量、項目蓄能裝置品牌、項目系統配置以及項目投資情況等。項目種類包括冰蓄冷和水蓄冷（單純的水蓄熱不在此次調研范圍內）。從反饋的信息來看，各家信息基本符合調研初衷和目的，最后得出的結論也符合相關的要求。

3　調研結果

　　通過對調查問卷的整理，總結出2011年1月至2015年6月中國蓄冷空調行業(yè)發(fā)展情況。

3.1　蓄冷技術應用總量

　　中國蓄冷空調行業(yè)的總項目為239項，總蓄冷量為1 004萬kW?h。涉及投資近80億元。

3.2　蓄冰與水蓄冷總量統計

　　本次調研對蓄冰項目和水蓄冷項目進行了嚴格的區(qū)分，其中冰蓄冷項目共實施190項，設計日總蓄能量839.5萬kW?h；水蓄冷項目共實施49項，設計日總蓄能量164.4萬kW?h。

3.3　項目規(guī)模及應用形式分布情況

　　冰蓄冷中各種蓄冷模式容量和所占比例分別為：外融冰，141.3萬kW?h，17％；封裝冰，96.5萬kW?h，11％；動態(tài)制冰，34.8萬kW?h，4％；內融冰，566.9萬kW?h，68％。

　　由于在調研廠家中少數廠家無法按逐年提供項目數據，只能提供項目實施大致時間，本次調研無法對2011—2015年內每年蓄冷項目的變化作詳細的統計。本次調研僅以數據較為完整的1個企業(yè)為例，介紹蓄冷項目的逐年變化。

3.4　項目地域分布情況

　　通過對目前實施項目所在地進行統計，得出國內蓄冷空調項目地理分布，如下：北京，45項；天津，10項；上海，12項；重慶，5項；浙江，30項；廣東，３４項；江蘇，27項；安徽，13項；湖北，10項；海南，4項；陜西，3項；河北，１２項；吉林，1項；山東，8項；四川，5項；遼寧，4項；江西，3項；福建，10項；黑龍江，1項；廣西，2項；總計239項。

4　累計數據及中日韓三國蓄冷空調工程應用關鍵數據比對

　　前述為我國2011年１月至2015年6月蓄冷項目調研情況匯總，結合2011年前其他學者進行的相關調研對我國所有蓄冷項目累計情況進行匯總。

　　經過統計，截至2015年6月，中國蓄冷項目總量是1 133項。其中971項為冰蓄冷，162項為水蓄冷。相應總容量為2 600萬kW?h，近5年總容量為1 230萬kW?h。由于在調研中較難精確統計蓄冷項目的空調負荷移峰量，經過初步估計，我國所有蓄冷項目的冷負荷移峰量約為1.6 GW。1 133個項目分布最多的省市依次為：北京，161項；江蘇，139項；廣東，139項；浙江，135項；上海，73項；湖北，62項；山東，55項。

　　將我國蓄冷空調工程累計項目數據與日本和韓國的累計情況進行發(fā)現：

　　1）我國雖然國土面積和建筑體量遠超日韓兩國，蓄冷項目數量卻遠遠少于兩國。說明蓄冷技術在中國的推廣還不是很成熟。而中國的電力負荷系數與兩國相當，峰谷電價優(yōu)勢較兩國也更為明顯。之所以造成現有局面，根本在于社會大眾對該技術的理解和接受程度有限，相關從業(yè)人員仍需要加大推廣力度。同時也說明蓄冷事業(yè)在中國發(fā)展大有可為。

　　2）中國的蓄冷空調激勵政策主要還是依靠峰谷電價，即希望用戶通過運行費用的節(jié)省來收回增加的投資，而較少采用其他兩國使用的直接對初投資補貼的措施。相對日韓兩國，中國蓄冷空調激勵政策力度不足，可執(zhí)行性有限，政策延續(xù)性較差，這些是制約蓄冷空調技術發(fā)展的重要因素。

　　3）日韓兩國在蓄冷空調項目數量上遠超中國，蓄冷空調移峰負荷上卻與中國差異不大，究其原因為蓄冷空調在中國的應用還是以大型應用為主，而日韓兩國項目規(guī)模較小。這與兩國在小型化蓄冷裝置上的大量研發(fā)密不可分。小型化的蓄冷空調技術在中國推廣未來可能會有較大空間，中國蓄冷空調行業(yè)在小型化技術上的研發(fā)和推廣應更加深入。

5　調研成果分析及問題匯總

5.1　調研成果分析

　　對上述數據進行分析總結得出如下結論：

　　1）近年來，我國的蓄冷空調項目數量有了較大的增長。據統計，從20世紀90年代初到2005年我國蓄冷工程數量約為400個；而2011年1月至2015年6月不到5年的時間內，國內建設的蓄冷項目已達239項，設計日蓄冷量超過1 000萬kW?h，涉及投資近80億元。

　　2）在我國蓄冰領域中，外資品牌占比較大。國產品牌中，僅有少數能達到類似規(guī)模。蓄冰行業(yè)的發(fā)展中，形成少數幾家較大的局面。水蓄冷行業(yè)則是國產品牌占比較大。

　　3）從蓄冷方式來看，盤管內融冰系統占比最高，國內絕大多數項目均為內融冰。盤管外融冰因其獨特的技術特點，目前在國內應用較少，也僅有少數廠家具有生產能力。但是，應該注意到盤管外融冰技術應用的項目數量雖然較少，總蓄能量卻占有一定比例。這是由于盤管外融冰技術一般應用在較大型項目中，如區(qū)域供冷等。

　　4）封裝冰蓄冷系統在國內也有一定的發(fā)展，部分特色廠家所有項目均為封裝冰蓄冷系統。動態(tài)制冰得到了一定層面的發(fā)展，個別廠家在這個領域作出了較大的貢獻，目前有20多個項目案例。

　　5）從項目規(guī)模上看，蓄冷項目有大型化的發(fā)展趨勢。蓄冷在區(qū)域供冷中應用越來越多。設計日蓄冷量3.5萬kW?h以上項目達到43％之多。設計日蓄冷量10.5萬kW?h以上甚至17.5萬kW?h以上項目也越來越多。如天津某能源中心項目規(guī)模在35萬kW?h左右。

　　6）從地域分布來看，蓄冷空調在北京、廣東、江蘇、浙江等經濟發(fā)達、人口密集、電力緊缺的省市應用較多，在我國的西北部地區(qū)應用則較少。

　　7）水蓄冷技術與熱泵等技術結合，得到了越來越大規(guī)模的推廣。

5.2　存在問題分析

　　盡管從時間維度來看，蓄冷項目近年來得到了長足發(fā)展，但蓄冷項目在集中空調項目總量中所占的比例仍然很低，根據近年的測算，每年新建公共建筑中采用蓄冷空調系統的比例僅為1％左右，因此蓄冷技術的推廣還有很長的路要走，也可以說存在極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　在調研過程中發(fā)現，由于近年來相關補貼政策和地方峰谷電價落實不到位，很多生產廠家在蓄冷設備的發(fā)展上陷入停滯狀態(tài)甚至退出了這個行業(yè)。一些廠家將研發(fā)和投入轉向了國家熱點的建筑可再生能源領域。從蓄能設備生產廠家的數量上來看，總量是在減少的，行業(yè)發(fā)展呈現出高度聚合的態(tài)勢。

　　蓄冷空調項目的推進仍集中在經濟較為發(fā)達的城市，在經濟較為落后的區(qū)域發(fā)展較為緩慢，甚至有些城市即使是在負荷特性較適合蓄冷空調技術的應用，電力峰谷效應也較明顯的情況下，仍然項目應用較少。主要原因是建筑和電力部門不協調，各自訴求和出發(fā)點不盡相同。

　　蓄冷項目的推廣與各個地區(qū)的負荷特性的關系遠達不到國家補貼政策和峰谷電價的落實帶來的效應明顯。北京作為中國蓄冷項目推進最好的城市，究其原因就是政策扶持力度較大。因此，各個地區(qū)政府應根據自身用電情況，合理制定補貼和峰谷電價政策，推動該技術的發(fā)展。

6　大型蓄冷空調工程應用技術特點與發(fā)展趨勢

　　通過調研分析可知，蓄冷項目有大型化的發(fā)展趨勢。蓄冷技術在區(qū)域供冷項目中的應用越來越多，規(guī)模越來越大，影響力也在逐步提升。這些發(fā)展趨勢也是《規(guī)程》修編應該關注的重點。

　　針對此趨勢，筆者所在研究團隊對目前國內的數十個結合冰蓄冷技術的區(qū)域供冷項目進行調研，結合理論分析和實測數據，對此類項目的技術特點和發(fā)展趨勢分析歸納如下。

6.1　冰蓄冷和區(qū)域供冷結合技術優(yōu)勢突出

　　根據《規(guī)程》相關專題理論分析和監(jiān)測數據分析總結可知：對北京、上海、深圳等采用峰谷電價的城市，在峰谷電價和設計合理的前提下，采用冰蓄冷能節(jié)省30％以上的運行費用，靜態(tài)投資回收期能控制在5年內。一般在合理的蓄冷率下，采用冰蓄冷甚至可以節(jié)約15％～20％的初投資。

6.2　準確的動態(tài)負荷分析是大型蓄冷項目設計的必要條件

　　蓄冰空調系統的本質為空調制備冷量在時間上的轉移。因此，充分了解蓄冷系統中建筑負荷逐時分布的特點及規(guī)律是系統配置以及制定運行策略的前提。而大型區(qū)域供冷項目中，冷源設備類型和數量均較多，系統投資較大，運行和控制策略較為復雜。只有在掌握供應區(qū)域的建筑負荷特點的前提下，才有可能進行系統的合理配置和制定恰當的運行策略。根據目前大型區(qū)域供冷項目經驗，系統配置和運行策略制定階段，應按100％，75％，50％，25％設計負荷列表給出蓄能釋能周期的逐時運行模式和負荷分配。在有條件時，應采用動態(tài)負荷模擬計算軟件進行全年逐時負荷計算，并結合峰谷電價和蓄能釋能周期進行能耗和運行費用分析，以及全年移峰電量的計算。

6.3　設計冰蓄冷系統時蓄冷率和削峰率應重點關注

　　在大型區(qū)域供冷項目中采用冰蓄冷技術能一定程度上削減設備裝機容量，進而降低系統初投資，這對于投資巨大的區(qū)域供冷項目是非常重要的。冰蓄冷系統的削峰量（裝機容量的減少）取決于蓄冷率。合理的做法是在動態(tài)負荷計算的基礎上，按照不同的蓄冰率制定不同的技術方案，根據不同方案下的初投資和運行費用綜合比較得出最終的蓄冷率。蓄冷率越高，削峰率一般越大，系統全年負荷轉移率也就越高。一般而言，在蓄冷率較小時，系統全年負荷轉移率和削峰率變化較大，當蓄冷率增大到一定程度時，變化逐步減小直至趨于平緩。

　　因此，蓄冰項目一般存在最佳蓄冷規(guī)模。目前國內區(qū)域供冷中蓄冷率一般取20％～40％，削峰率一般取30％～50％。在實際項目中，應根據具體情況，結合動態(tài)負荷曲線制定合理的蓄冷率。

6.4　動態(tài)蓄冷和釋冷速率應作為設計重要參考依據

　　對于冰蓄冷系統，需關注蓄冷設備的蓄冷和釋冷速率，很多工程未注意到這個問題，導致未達到預想的冰蓄存和取用效果。

　　不同的蓄冷裝置蓄冷、釋冷特性不同。同一蓄冷裝置，隨著蓄冷量的增加，蓄冷速率一般會有所下降，所需要的蓄冷溫度也隨之降低；釋冷時，隨著釋冷量的增加，釋冷速率下降，釋冷溫度隨之上升。設計時應由制造廠商提供詳細的蓄冷、釋冷特性曲線圖表作為設計的重要參考依據。

　　修訂的《規(guī)程》也將增加相關規(guī)定，明確動態(tài)蓄冷和釋冷速率數據應作為蓄冰系統設計的重要參考依據。

6.5　水力輸送系統設計是關鍵環(huán)節(jié)

　　大溫差輸送是區(qū)域供冷結合冰蓄冷的一個重要特性。國內目前區(qū)域供冷結合冰蓄冷的項目大多數采用串聯系統、主機上游的方式。為提高夏季制冷供回水溫差，降低輸送能耗，一般采用盤管外融冰直接供冷。系統輸送溫差一般大于8 ℃，甚至達到12 ℃以上。

　　為適應各末端用戶系統阻力差異較大并為減少輸送能耗，空調水系統一般采用多級變頻泵系統形式。部分項目在此基礎上采用以泵代閥和末端用戶處混水加壓的理念降低系統輸配能耗。根據數個項目的運行監(jiān)測數據分析可知，合理控制供冷半徑，采用大溫差輸送結合多級變頻泵技術，可以將冷水輸配能耗控制在系統總能耗的20％甚至15％以內。

6.6　優(yōu)化的控制策略是保證系統高效運行的重要手段

　　通過調研分析發(fā)現，目前國內采用冰蓄冷的區(qū)域供冷項目中冰蓄冷運行水平普遍不高，基本都存在一定的運行優(yōu)化空間。目前很多項目實際運行策略為制冷機優(yōu)先或者蓄冷優(yōu)先。少數項目能做到設計日負荷工況采用主機優(yōu)先的運行策略；非設計日負荷工況條件下，在保證全天供冷溫度滿足要求的前提下，采用融冰優(yōu)先的運行優(yōu)化控制方式。鮮有項目能做到結合負荷預測技術的優(yōu)化控制。

　　根據調研可知，有些項目僅僅通過優(yōu)化運行策略，可實現節(jié)省年運行費用30％以上。因此，蓄冷系統的控制系統非常重要，但在目前智能化、自學習能力尚未完善之前，應總結運維管理經驗，通過實際使用情況修正、完善控制策略，使之適應實際工程，提升控制系統的控制品質。

6.7　應關注末端系統的匹配

　　通過調研發(fā)現，部分冰蓄冷項目在實際運行過程中較難實現設計中的大溫差。根本原因在于末端設計不合理，即對末端和控制閥在大溫差下的性能未進行詳細校核，盤管的排數達不到大溫差的要求或者控制閥的特性無法滿足大溫差的需求，導致既定的設計意圖無法實現。因此，蓄冷空調設計應為系統工程，在末端設計時應嚴格校核末端和控制閥特性。

全文刊登于《暖通空調》2016年第7期

作者：

中國建筑科學研究院　徐偉　孫宗宇　李驥　張瑞雪　李錦堂

鏈接知識：

冰蓄冷空調是利用夜間低谷負荷電力制冰儲存在蓄冰裝置中，白天融冰將所儲存冷量釋放出來，減少電網高峰時段空調用電負荷及空調系統裝機容量，它代表著當今世界中央空調的發(fā)展方向。

1.削峰填谷、平衡電力負荷。

2.改善發(fā)電機組效率、減少環(huán)境污染。

3.減小機組裝機容量、節(jié)省空調用戶的電力花費。

4.改善制冷機組運行效率。

5.蓄冷空調系統特別適合用于負荷比較集中、變化較大的場合加體育館、影劇院、音樂廳等。

6.應用蓄冷空調技術，可擴大空調區(qū)域使用面積。

7.適合于應急設備所處的環(huán)境，計算機房、軍事設施、電話機房和易燃易爆物品倉庫等。

優(yōu)勢

（1）節(jié)省電費。

（2）節(jié)省電力設備費用與用電困擾。

（3）蓄冷空調效率高。

（4）節(jié)省冷水設備費用。

（5）節(jié)省空調箱倒設備費用。

（6）除濕效果良好。

（7）斷電時利用一般功率發(fā)電機仍可保持室內空調運行。

（8）可快速達到冷卻效果 。

（9）節(jié)省空調及電力設備的保養(yǎng)成本。

（10）降低噪亂冷水流量與循環(huán)風上減少，即水泵與空調機組運轉振動及噪音降低。

（11）使用壽命長。

缺點

（1）對于冰蓄冷系統，其運行效率將降低。

（2）增加了蓄冷設備費用及其占用的空間。

（3）增加水管和風管的保溫費用。

（4）冰蓄冷空調系統的制冷主機性能系數（COP）要下降。

占用空間

蓄冷設備的占用空間是業(yè)主與設計者應重點考慮的項目，特別是高樓林立的都市地區(qū)，寸士即寸金，有時為增加停車位，而放棄采用蓄冷空調系統，因此蓄冷設備的單位可利用蓄冷量所占用體積或面積是衡量蓄冷設備的一項重要指標，應優(yōu)先考慮占用空間少，布置位置靈活的蓄冷設備。

熱損失

在設計蓄冷槽體時應注意：槽體必須有足夠的強度克服水，冰水混合物或其它冷媒體的靜壓，槽體應作防腐防水處理，同時應防止水的蒸發(fā)。對于埋地式蓄冷槽，槽體還須承受泥土和地表水對槽體四周的壓力。 蓄冷槽體一般每天有l(wèi)—5%的能量損失，其數值大小取決于槽體的面積、傳熱系數和槽體內外溫差。對于埋地式蓄冷槽設計時必須考慮其冷損失，通常換熱系數取0．58～1．9W/ M2．K。槽體材料可選用鋼結構、混凝土、玻璃鋼或塑料。

安全性

蓄冷空調系統，主要應用于商用大樓，特別是都市人口稠密的地區(qū)，其系統首先應考慮安全性。 通常蓄冷設備的維修量很小，如內融冰式、容器式、優(yōu)態(tài)鹽式等．但對于冷媒盤管式系統，由于制冷劑在蓄冷設備內直接蒸發(fā)，蒸發(fā)面積很大，制冷劑需求量也很多，蓄冷設備的安全性與可靠性是十分重要的。而對于制冰滑落式，冰晶式蓄冷設備的機構維修問題應予以重視。

使用壽命

通常常規(guī)空調系統的使用壽命 15—25年，同樣對于蓄冷設備的使用壽命也應加以限制，一般最少應有15年以上的使用壽命，以保證設備的可靠性。 例如，對于優(yōu)態(tài)鹽式系統，其使用壽命周期應在相變次數3000次以上仍保持系統原有的名義蓄冷量和凈可利用蓄冷量。

經濟性

蓄冷空調系統無論是采用部分蓄冷還是全部蓄冷，其初期投資通常均比常規(guī)空調系統高，這就要求設計者應正確掌握建筑物空調負荷的時間變化特性，確定合理的蓄冷設備及其系統配置，制定系統的運轉策略，準確地作出經濟分析，以便投資者可以在短時間里以節(jié)省電費的形式收回多出的投資．一般情況下，在一個已設計好的蓄冷系統中可以以單位可利用蓄冷量所需的費用來衡量蓄冷設備。另外，蓄冷系統的配置也影響蓄冷設備的大小。

發(fā)展狀態(tài)

在發(fā)達國家，60%以上的建筑物都已使用冰蓄冷技術。美國芝加哥一個城市區(qū)域供冷系統，600多萬平方米的建筑共有4個冷站，城市集中供冷。其中芝加哥城市供冷三號冷站蓄冰量是12.5萬冷噸時，電力負荷438兆瓦，每日制冰4700噸。從美、日、韓等國家應用的情況看，冰蓄冷技術在空調負荷集中、峰谷差大、建筑物相對聚集的地區(qū)或區(qū)域都可推廣使用。目前我國每年新建建筑面積約20億平方米，其中，城市新增住宅建筑和公共建筑約8億～9億平方米，為冰蓄冷技術的推廣應用提供了巨大市場。我國每年公共建筑新增面積約3億平方米，如30%的新建公共建筑采用冰蓄冷空調系統，全國每年可節(jié)約15億千瓦時所對應的電價差值，所節(jié)約金額高達約10億元。