【前言】：近年来，我国各地根据国家有关部委的要求，逐步推行了分时电价，并出台了一系列鼓励用户移峰填谷的优惠政策。这就为蓄冷技术推广和应用打下了坚实的政策基础。以水作为介质的水蓄冷系统是蓄冷空调系统最简单也是最重要方式之一，是能源综合利用、开源节流的一种很好的形式。利用夜间电网多余的谷段电力（低电价）与水的显热，将冷量以低温冷水的形式储存在蓄冷罐，并在用电高峰时段(高电价）使用储存的低温冷水作为冷源的空调系统。其是一种有效地获取分时电价差效益、节省电制冷运行电费的技术。在国外已经是一项成熟的技术，目前国内正在大面积推广应用在智慧楼宇系统中。

一．水蓄冷技术：

水蓄冷是利用水的显热实现冷量的储存。水的比热为 1.0kcal/kg℃。水蓄冷可利用的水温下限为≥4℃。一个设计合理的蓄冷系统应通过维持尽可能大的蓄水温差并防止冷水与热水的混合来获得最大的蓄冷效率。在水蓄冷技术中，关键问题是蓄冷罐的结构形式应能防止所蓄冷水与回流热水的混合。

目前常用的有以下几种方法：多蓄水罐方法、迷宫法、自然分层法、隔板法。

多蓄水罐方法：将冷水的热水分别储存在不同的罐中，以保证送至负荷侧的冷水温度维持不变，多个蓄水罐有不同的连接方式，一种是空罐方式，另一种连接方式是将多个罐串联连接或将一个蓄水罐分隔成几个相互连通的分格。多罐系统系统的管路和控制较复杂，初投资和运行维护费作较高。

迷宫法：采用隔板把水蓄水槽分成很多个单元格，水流按照设计的路线依次流过每个单元格。迷宫法能较好地防止冷热水混合。但在蓄冷和放冷过程中易因浮力造成混合；另外，水的流速过高会导致扰动及冷热水的混合；流速过低会在单元格中形成死区，降低蓄冷系统的容量。

隔板法：在蓄水罐内部安装一个活动的柔性膈膜或一个可移动的刚性隔板，来实现冷热水的分离，通常隔膜或隔板为水平布置。这样的蓄水罐可以不用散流器，但隔膜或隔板的初投资和运行维护费用与散流器相比并不占优势。

自然分层式蓄冷技术：是一种结构简单、蓄冷效率较高、经济效益较好的蓄冷方法，其在罐内冷热介质被一层很薄的温度密度梯度层——斜温层隔开，从而能够在单台罐内同时存储冷热工质，相比于双罐储能具有占地面积小、建设成本低和系统相对简单的优势。在夏季的蓄冷循环中，冷水机组送来的冷水由蓄冷罐下部的布水器进入蓄冷罐，而原来槽内的热水则从蓄冷罐上部的布水器流出，进入冷水机组降温。随着冷水体积的增加，槽内冷水交界的斜温层将被向上推移，在放冷循环中，水流动方向相反，冷水由下部布水器被放冷泵抽出送至用户，温度较高的水则从上部布水器进入蓄冷罐。

其工作过程如下图所示：

             图 a                                  图 b

二．水蓄冷优点

水蓄冷技术具有以下优点：经济、合理、实用、适用、节能、环保、安全。

三．水蓄冷技术方案

以北京市某大厦为例，现有办公面积共计约20000m2，尖峰时段办公楼冷负荷按1000kW。

1蓄冷系统设备配置

大厦空调制冷机房设备配置详细见下表：

蓄冷系统结合设计日的空调负荷分布情况，夜间电力低谷时段蓄冷。

新增蓄冷系统并入原有空调系统，根据现行规范标准等要求并结合现场实际情况，采用开式蓄冷罐+板式换热器的蓄冷方案。

蓄冷系统由开式蓄冷水罐、布水系统、释冷水泵、蓄冷水泵、板式换热器、控制系统等组成。

系统通过控制系统调节运行模式，以实现电力高峰期间（中午）释冷运行，节省运行费用。

2蓄冷方案

1）蓄冷水罐

受现场空间所限，蓄冷水罐容积为320m³，直径6m，高度12m，蓄冷量约2700KW, 蓄冷水温度：4℃。蓄冷罐供/回水温度：4/12℃，蓄冷温差：8℃。选用钢制圆柱形开式蓄冷罐，并配备布水器、热控仪表等。

2）板式换热器

蓄冷水通过换热器与空调一次水进行热交换，将冷量传至空调水侧，以达到释冷。

换热器采用板式换热器，考虑系统所需换热量及一定余量，换热器按4000KW设计，蓄冷水侧进/出口温度：4/12℃，空调一次水侧进/出口温度8/13℃。水侧阻力≤50KPa。

注：考虑到换热器的实际效率，方案也可将蓄冷系统直接并联接入到原空调水制冷系统中，但蓄冷罐须改为压力容器，投资额相应增加。

3）水泵

按蓄冷系统配置要求分别设置1台蓄冷水泵及1台释冷水泵，通过水泵完成水循环，实现蓄冷及释冷功能。

释冷水泵：功率 37W，流量 100~260m³/h（变频可调），扬程 30m；蓄冷水泵：功率 37kW，流量 100~260m³/h（变频可调），扬程 30m。

4）系统补水定压

本蓄冷系统仅在原有空调系统中增加蓄冷罐、蓄冷泵及相关管道、阀门。蓄冷系统设置在制冷机房上方地面，管道敷设较短，运行时间较短，管道及罐体正常运行时软化水基本无损耗或损耗量极小。由现有补水定压机组补水主管道引出一根管道接至蓄冷罐。原补水系统可满足改造后的整个空调系统需求。

本系统与原有空调系统并联运行，对现有空调系统补水定压基本无影响。根据系统运行要求，蓄冷罐采用钢制开式常压蓄冷罐,可满足改造后空调系统要求。

3．运行模式

运行模式分为三种工况：主机供冷、蓄冷罐蓄冷、主机与蓄冷罐联合供冷。

4．水蓄冷运行策略分析及收益

根据现有大厦冷水机组的运行情况，可以选用#1、#2冷水机其中一台在谷电价时段（一般为23:00-7:00）时作为蓄冷使用。蓄冷运行时间约2-4小时(具体时间依现有冷水机组实际运行工况而定)。空调冷负荷峰值负荷出现在设计日的 12:30 左右，与用电尖峰同时出现。独立供冷时长约2~2.5h，联合释冷约4~7h（具体根据大楼冷负荷决定）。

收益:蓄冷收益平均约300元/天，年运行约4个月，蓄冷项目收益约3.6万元/年。

四．结论

在综合智慧能源项目中，由于水储能技术的使用，水蓄冷罐可在夜间电网负荷低谷时段工作蓄冷，在白天用冷需求高峰时段释放，有效地实现了电网运行的削峰填谷，达到了能源的梯级利用及能效提升，能产生良好的经济效益。可见其在可再生能源消纳、空调制冷、供暖供热、机组灵活性改造、综合智慧楼宇/能源等领域的应用具有广阔的前景。

参考文献：

1）《采暖通风与空气调节设计规范》 （GB50019-2012）

2）《蓄冷空调工程技术规程》 （JGJ 158-2018）

3) 高志宏.试论水蓄冷技术在空调工程中的应用[J].辽宁高职学报，2000（06）

4) 杨振动.水蓄冷空调方案的讨论[J].国外建材科技，2007（07）

5) 胡国霞.温度分层型水蓄冷槽布水器的斜温层试验分析[J].能源技术，2010（031）004

6）刘璇，郝学军.基于CFD模拟蓄冷水罐分层效果的影响因素分析[J].区域供热，2016（2）：11-14，37.