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摘要：由于社会经济发展对节能要求越来越高，低碳排放已深入民心。本文介绍了冰蓄冷空调系统的原理、系统组成、运行、应用场景、优势、使用效果以及冰蓄冷空调系统所面临的挑战。并根据实际案列，运用统计学原理详细分析了冰蓄冷空调系统的使用电费支出与常规空调系统的电费使用支出的差异，计算出投资回报年限，给出投资建设冰蓄冷空调系统需重点关注的要点，以及在方设计初期如何根据建筑物的负荷特性和峰谷电价的差异确定蓄冰率，综合考量初投资与全生命周期内运维费用的关系，为大型公共建筑的暖通节能设计提供参考。

关键词：冰蓄冷空调、电力、运行效果、建筑设备、经济性分析

1 引言

随着我国社会经济的蓬勃发展，越来越多的高楼大厦在华夏大地如雨后春笋般的矗立在各个城市中，对中央空调的需求越发旺盛。一栋建筑物空调系统的选用不仅要考虑初投资，还需要考虑运行能耗。某些业态的建筑物运行时间为白天，夜间基本无人亦无设备运行，即用能要求基本在白天，夜间无用能或较少的用能要求。这与冰蓄冷空调系统的应用场景特性高度吻合，在很多类似的建筑物中得到了应用并取得了良好的使用效果及较高的经济回报，对控制碳排放，平衡电网亦有很高的社会效益。国内已有大量成功案列，在符合条件的建筑物中，值得去推广应用。

2 冰蓄冷空调简介

冰蓄冷空调系统是一种通过夜间电力低谷时段制冰储存冷量，白天电力高峰时段融冰供冷的空调技术。其核心目标是实现电力负荷的“移峰填谷”，降低运行成本并提高能源利用效率。其优势不仅体现在用能时节约费用，同时亦降低了建筑物配电的装机容量。

制冷期利用夜间便宜的电储藏冷量→以冰的形式储藏在蓄冰槽中→在白天电价昂贵时使用贮藏冰制冷

3 冰蓄冷空调原理

1）夜间制冰阶段：在夜间电力低谷时段，利用制冷机制冰，将冷量储存在蓄冰装置中。2）白天融冰阶段：在白天用电高峰时段，通过融冰释放冷量，满足建筑物的空调需求。

4 冰蓄冷空调的系统组成

1）制冷机组：用于制冰和直接供冷，一般配备双工况制冷机组和基载机组。双工况机组即可以蓄冰、融冰，亦可以用作直接制冷；基载机组顾名思义就是可以满足最基本的直接供冷需求。

2）蓄冰装置：用于储存冷量，通常以冰水混合物的形式储存。常见的蓄冰装置包括冰球、冰盘管、冰板和冰槽等。

3）换热器：用于冷量的传递和分配。

4）水泵：用于冷量的输送

5）控制系统：用于优化系统运行，实现制冰和融冰的自动切换，并可以实现对空调系统运行的各种参数进行监控。

5 冰蓄冷空调系统运行

全负荷蓄冰系统运行：计算大厦白天所需总负荷，夜间谷价电时，冷机制出大厦总负荷需要的冰，白天平价电时间和峰时电价时间段均完全依靠融冰提供制冷，满足大厦日常运行空调需求，适用于负荷波动小的场所。全负荷蓄冰系统运行成本很低，在运行阶段有很好的经济性，但其缺点也很明显，初投资很高，对空调系统全生命周期而言，投资回报率不是最佳。因此在采用冰蓄冷空调系统的建筑物中，使用率不高。

6 应用场景

冰蓄冷空调系统在某些特定领域的建筑物种得到广泛应用：

1）商业建筑：对白天需要冷负荷多，夜间几乎不需要冷负荷的建筑物，如写字楼、商场等，利用夜间低谷电制冰，白天峰时电价时融冰供冷，降低电费。

2）工业设施：如数据中心、制药厂等，需持续供冷的场所，冰蓄冷可提供稳定冷源。

7 冰蓄冷空调的优势

冰蓄冷空调系统与常规空调系统相比，优势明显，主要有以下几点：

1）降低运行成本：利用双工况制冷机在低谷电时制冰，减少高峰电使用，节省电费。

2）提高能源效率：双工况制冷机在夜间低温环境下运行效率更高，降低能耗。

3）平衡电网负荷：我国国民经济发展的特点就是白天用电多，夜间用电少，冰蓄冷空调夜间制冰，白天融冰，通过“移峰填谷”缓解电网压力，提升电网稳定性。

8 冰蓄冷空调的效果

相较于传统空调系统，冰蓄冷技术的应用取得了良好的经济性与社会责任性效果

8.1节能效果

1）电力移峰填谷：夜间用电低谷时制冰，白天用电高峰时融冰供冷，平衡电网负荷。

2）降低运行成本：利用夜间低价电，减少白天高价电的使用，节省电费。

8.2 环保效果

1）减少碳排放：通过优化电力使用，降低发电厂的碳排放。

2）提高能源使用效率：利用夜间电网冗余电力，减少白天高峰时段的电力需求，提升整体能源利用效率。

8.3 经济效益

1）节约运行电费：利用峰谷电价差，降低运行成本。

2）设备寿命延长：夜间运行减少白天设备负荷，延长设备使用寿命。

9 冰蓄冷空调的挑战

1）初始投资高：冰蓄冷空调系统与常规空调系统最大的区别在于增加了蓄冰设备，其控制系统需满足制冷与融冰场景的切换，相对复杂，亦增加了初期成本。

2）空间需求大：由于冷量以冰的形式储存在罐体中，其体积较大，蓄冰装置需要较大安装空间。

10 经济性分析

随着社会经济的发展，人民群众对居住、办公的环境要求越来越高，对空调系统的要求也越来越高。在选择空调系统时不再一味的追求低成本投入，而是要结合项目全生命周期，选择最适合建筑物使用的空调系统。冰蓄冷空调经济效益好，得到更多业主的青睐。结合笔者参与建设的项目，分析冰蓄冷空调与常规空调系统的经济性差异，计算出冰蓄冷空调的投资回报年限，佐证采用冰蓄冷空调的经济价值。

空调系统费用构成：（1）空调系统建设出投资，包括设备投入、安装成本、配套成本（土建、电力、给排水、燃气、通风等）（2）维护成本：包括人员投入、易耗品消耗、维修费、水处理费用等；（3）日常运行能源费用：能源消耗包括冷冻站制冷和供冷发生的水、电、气等一次能源消耗。

由于无论采用冰蓄冷空调系统还是采用常规电制冷空调系统，相应的机房配置、给排水、燃气、通风配套等基本相差无机，分析投资回报时不考虑这些因素。

10.1 项目概况

作者参与建设的一栋办公楼位于上海市，建筑面积为170000㎡，由两栋塔楼组成，业态为办公。配备两台双工况离心式冷水机组和一台机载离心式冷水机组以及相应的冷冻冷却水泵和冷却塔。

该大厦空调方式为新风机组+风机盘管。新风机组和风机盘管的耗电已直接计入房间用电。全楼空调末端设备均安装了冷量表，可以对实际用冷量进行计量。

10.2 空调运行时间

大厦冷空调开启月份为4月15日至11月15日，全年制冷约210天。办公属于出租性质，出租率基本满员，空调同时使用系数为100%。供冷期内每天从上午8：00至晚上18：00，共计10小时不间断进行供冷。大厦全年最大负荷运行小时数为1000小时。

10.3 运行费用

用电背景：上海市工商业用电分为两部制，其中早6：00-晚22：00为峰时用电，电价为0.891元/kWh；22：00至次日凌晨6：00为谷时用电，电价为0.208元/kWh。

计算原则：按照设计思路运维空调实际开启设备时间，进行电价核算。

10.4 蓄冰方式

在夏季用冷高峰时，即7-9月，采用部分蓄冰供白天空调使用，蓄冰量满足次日10：00-16：00空调负荷使用，其余时间段用机载主机直接供冷。在制冷季用冷低谷时，即4-6月与10-11月，采用全蓄冰供白天全天空调使用，机载主机保持停机状态。以下分别对用冷高峰期和用冷低谷时段冰蓄冷空调和常规空调的运行电费计算

（1）7-9月共计90天冰蓄冷制冷模式用电量统计：

（2）4-6月、10-11月共计120天冰蓄冷制冷模式用电量统计：

（3）7-9月共计90天常规空调模式用电量统计：

（4）4-6月、10-11月共计120天常规空调用电量统计：

常规空调制冷季总运行费用为：1871100元。

对比冰蓄冷与常规空调用电量，本项目年节电费用为1145403元。

10.5 初投资对比

相对于常规空调，冰蓄冷空调需投入双工况主机，蓄冰设备、板式换热器、更多的水泵以及较为复杂的控制系统。本项目的初投资概况详见下表：

（1）冰蓄冷空调初投资：

（2）常规空调初投资：

冰蓄冷空调系统对比常规空调系统，初投资较高，多投入5983600元，年节电费用为1145403元。投资回报率为5.22年。

11 结论与建议

综上所述，冰蓄冷空调系统相对于常规空调系统而言，冰蓄冷空调通过“移峰填谷”实现经济性与环保性的平衡，特别适合峰谷电价差异大、空调负荷集中的建筑物，有较高的经济价值，是建筑节能和电力需求侧管理的重要技术手段。建议在方案论证时多了解当地的电价政策以及现场土建条件，是否具备安装蓄冰槽的位置及注意结构承重。

总之冰蓄冷空调的核心优势在以下几方面表现比较优越：1）降低运行成本，经济性突出；2）平衡电网负荷，助力能源优化；3）环保减排，社会效益显著；4）高可靠性，应对极端需求；5）政策支持，长期收益；6）适用场景广泛。

参考文献：

[1]实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007

[2]韩国MTC能源技术有限公司 内部期刊

撰写日期：2025-02