中国大陆蓄冷技术的发展

中国大陆蓄冷技术的发展DEVELOPMENTOFTHECOOLSTORAGETECHNICINCHINESEMAINLANG天津大学环境科学与工程学院张永铨摘要简介了中国大陆当前电力情况和采用蓄冷空调技术移峰填谷的作用。汇集了中国大陆有关冰蓄冷和水蓄冷现状和特点的基本情况，以及今后进一步发展的问题。关键词冰蓄冷；水蓄冷；区域供冷大温差低温送风中国大陆改革开放以来，国民经济迅速发展，社会生产力，综合国力和人民生活水平都有较大的提高。城市中新建了大量具有集中空调的宾馆，办公大楼和大规模商业中心。最近几年气候变暖，以及人民生活水平提高，居民安装空调增多，使集中空调和居民空调的制冷负荷用电占整个城市用电的比例上升，电力供应高峰不足而低谷过剩的矛盾相当突出，电网负荷率下降。2009年底中国大陆电力装机总容量为8.74亿千瓦，电力供需形势总体基本平衡，节能减排取得明显成效。政府部门实行了电力供应峰谷不同电价政策，是引导用户避峰用电，鼓励低谷用电的电价措施。采用电力需求侧管理（DSM）的水蓄冷、冰蓄冷技术来达到移峰填谷和减少变电设备,是缓解电力建设和新增用电矛盾的有效的解决途径之一。各地区也出台了各项有关促进蓄冷空调工程发展的政策，尤其是与热泵相结合的蓄能系统给于鼓励和支持，推动了蓄冷空调技术的发展和应用。电力蓄冷技术不仅仅是应对当前电力供应紧张形势的有效手段，即便在电力供求平衡时期，与热泵相结合的蓄能技术，仍然是电力需求侧管理重要的移峰填谷技术措施。1中国大陆水蓄冷和冰蓄冷空调工程分布情况中国大陆从九十年代初,开始建造水蓄冷和冰蓄冷空调系统,截止到2010年8月，已有建成投入运行和正在施工的工程833项,分布在4个直辖市和22个省,中国大陆4/5的省市都建造蓄冷空调系统，见表1。蓄冷空调实绩较多的依次是江苏省（117个）、北京市（115个）、广东省（106个，其中70个在深圳市）、浙江省（100个，全部是冰蓄冷）、上海市（63个）、湖北省（53个）、山东省（46个）、广西省（35个，其中31个是水蓄冷）、河北省（28个）、四川省（27个）、安徽省（24个）和江西省（22个）。表1中国大陆蓄冷空调项目数量统计（按地区分）地区北京上海天津重庆浙江江苏山东湖南湖北河南河北广东江西广西四川福建安徽山西辽宁陕西甘肃内蒙古宁夏新疆海南总计冰蓄冷10353155100109441234626891842618214101411111716水蓄冷121021823192174311311117合计1156316610011746155362810622352718244111411211833中国大陆在开始发展水蓄冷和冰蓄冷空调工程时,就采取引进、吸收、消化国外先进技术，同时发挥我们中国人的聪明智慧，开发自主蓄冰装置。虽然我们只经历二十多年的工程实践，蓄冷空调工程项目还不太多，但有不少工程规模较大，蓄冷量亦比较大，采用大温差，低温送风，与热泵相结合的蓄能系统等，空调效果良好。已进入世界先进行列。中国大陆清华同方自主开发的闭式外融冰蓄冷设备和系统，以及浙江杭州华电华源自主开发的RUNPAQ（源牌）纳米导热复合盘管冰蓄冷设备和技术，都具有世界先进水平。不过，现在只有浙江杭州华电华源自主开发的RUNPAQ（源牌）纳米导热复合盘管蓄冰装置和技术还在进一步生产和发展。设计和施工的蓄冷空调工程，采用RUNPAQ（源牌）纳米导热复合盘管现有三种型式：单层型、重叠型和圆盘型蓄冰装置可供选用，目前已应用于140个工程中。2水蓄冷空调工程中国大陆水蓄冷空调工程现有117个，采用了十几个中国大陆自主的专利技术，载冷体工作温差由原来的5℃提高到10℃，甚至更大，使蓄冷密度由原来的5.8kW/m3（5,000kcal/m3）提高到11.6kW/m3（10,000kcal/m3）或更大，由此使蓄冷水槽的容积大大减少，工程造价降低、传热损耗乃至载冷体输送功耗也随之减小，尤其在建筑物附近有空地可建蓄冷水罐（槽）或已有的消防水池可利用时，更有其推广使用的价值。广州徐威高工在生前从九十年代初就开始水蓄冷的设计工作，共进行了17个水蓄冷工程（有8个工程是独立完成设计的，9个工程是合作完成设计的），每个工程都有不同的设计特点，申请了多项专利技术，获得多次省、市奖励，对中国大陆水蓄冷技术的发展做出了贡献。北京佩尔优科技有限公司做了86个水蓄冷工程（包括徐威高工独立设计的8个工程和合作完成设计的9个工程），首先在我国水蓄冷工程提供各种合同能源管理服务，得到了国家发改委/世界银行/GEF中国节能促进项目的专项资金支持，按照合同能源管理模式建设的水蓄冷工程已有59个。广西省近几年来采用水蓄冷空调工程较多，有31个。其次是湖北省有19个，广东省有17个（其中深圳市有8个），北京市有12个，上海市有10个。上海浦东机场二期候机楼（405,000m2）的能源中心，采用了水蓄冷系统作为冷源的方案。总水蓄冷量为106,696RTh，共用4个水蓄冷罐，每个水蓄冷罐直径为26m，高为22m。冷水机组共有10台，每台制冷量为2,000RT，供冷水温度为4OC，回水温度为12OC，；冷却水供回水温度为32/38OC。这个工程由于采用大温差，系统管道投资减少，采用水蓄冷空调比采用常规电制冷空调的初投资节省1,000多万元，每年可节省空调电费约900万元。水蓄冷空调比冰蓄冷空调初投资节省5,510万元，每年多节省空调电费300多万元。最近上海虹桥机场扩建工程（侯机楼空调），上海虹桥交通枢纽中心，深圳机场改造工程（区域供冷），以及以前桂林两江国际机场（侯机楼空调），均采用水蓄冷。重庆世纪金源广场，其中高档商业面积27万m2，采用水蓄冷，利用消防水池扩大到10,000m3，采用美的10kV高压离心机组。北京用友软件园建筑面积47.3万m2，采用地埋管地源热泵加蓄冷（热）系统。一期采用冰球蓄冷，总蓄冷量2,040RTh，二期采用水蓄冷（蓄热），蓄冷水池容积5,200m3。中国大陆水源热泵、地源热泵与水蓄冷、水蓄热相结合的水蓄能系统相继出现，日益显示它的节能效果。例如：北京茶叶城，北京音像城，北京天福缘茶叶城，北京天安天地国际公寓都是采用水源热泵+水蓄冷+水蓄热的水蓄能系统，取得很好的节能效果。3冰蓄冷空调工程中国大陆冰蓄冷空调工程有716个，不仅采用美国BAC、FAFCO、CALMAC、MUELLER、CRYOGEL和法国CIAT的先进蓄冰设备，我国北京西冷、清华同方，浙江杭州华电华源和浙江国祥等也开发有自己特色的蓄冰设备。最近中国科学院广州能源研究所下属广州鑫誉蓄能科技有限公司研发了拥有多项专利的动态冰蓄冷技术。法国CIAT公司最早在杭州建立CIAT冰球生产工厂，最近中国台湾“冰宝”（GEMINI）牌塑料盘管和美国EVAPCO椭圆冰盘管（在上海建立了生产线）、美国BAC圆型冰盘管（在大连建立生产线），进一步降低了生产成本和减少了运输费用。有关采用各家蓄冰设备的工程项目的数量统计详见表2和图1。按照蓄冷量计算得到的各家蓄冰设备所占比例见图2.表2中国大陆蓄冷空调项目数量统计按蓄冰设备分蓄冷设备BACFAFCOCIATCALMACMUELLERCRYOGELGEMINIEVAPCO源牌冰球源牌纳米导热复合盘管杭州法凯涞玛浙江国祥清华同方北京高灵蓄冰筒北京西冷广州鑫誉水蓄冷其它项目总数13954122265153533811404328125711774.中国大陆已建成和投入运行的蓄冷空调工程特点4.1中国大陆已建成的水蓄冷和冰蓄冷空调工程，由于精心设计、精心施工、精心运行，不仅保证了工程质量，达到了设计要求，在移峰填谷、节省运行费用、减少变电设备等方面均起到了积极的作用.有些电子工厂的空调工程还采用全蓄冰，在用电高峰时段可以不开空调系统的冷水机组,移峰作用更大，更重要在白天生产时段不会因空调制冷压缩机开、停时造成电压波动而影响生产。另外，冰蓄冷可提供稳定温度的冷水用于生产工艺低温用冷。4.2由于蓄冰储能提供了低温冷源，为低温送风技术的利用创造了有利条件。蓄冰技术与低温送风技术的结合，既可以有效地使峰谷差减小，又可减少能耗与节省初投资，是目前国际HVAC&R行业公认的值得推广应用的技术。中国十分注意发展低温送风技术，已经在25个以上的冰蓄冷空调工程中采用了大温差和低温送风系统。4.3几万甚至几十万m2以上的建筑群和住宅小区，在采用区域供冷系统时，冰蓄冷方案也作为考虑或采用之一,在某些工程已被采用。例如广州大学城共有10所大学，建筑面积共724万平方米，建成后将有500万平方米的建筑物纳入区域供冷系统,采用BAC钢盘管，总蓄冰量达25.2万RTh，采用BAC钢盘管，建成后是全球第二大冰蓄冷区域供冷系统，对移峰填谷将起积极作用。住宅小区采用冰蓄冷集中供冷(热)系统的有杭州中江都市花园、江苏常州金禧园、上海路易凯旋宫、江苏仪征镜湖花园、上海万里凯旋华庭、湖南电信花园、上海中环凯旋宫等.杭州市市民中心，建筑面积580,000m2，采用RUNPAQ（源牌）纳米导热复合盘管，蓄冷量39,360RTh。广州珠江新城核心区集中供冷，供给东塔、西塔（广州国际金融中心）、广州图书馆、广州歌剧院等20多个大楼空调用冷，采用EVAPCO钢盘管，总蓄冷量82,080RTh，分三期进行建设。第一期工程蓄冷量28,728RTh。海南三亚亚龙湾冰蓄冷区域供冷，位于海南省三亚市亚龙湾国家旅游度假区E08地块，为亚龙湾地区多个五星级酒店提供冷源，采用EVAPCO钢盘管，一期供冷能力8,880RT，冰蓄冷蓄冷量25,536RTh。二期海棠湾工程规划供冷能力30,000RT。4.4热泵及蓄能式中央空调技术方案在北京已有多个工程采用。例如北京九华山庄二期酒店，冰蓄冷+土壤源热泵系统，建筑面积131,262m2，设计日峰值负荷为3,733RT，双工况机组与蓄冰装置采用串联方式，双工况主机位于上游，总蓄冰量为8,050RTh。北京昆仑酒店式公寓，水源热泵[美意]+冰蓄冷，建筑面积29,646m2，采用美意三工况水源热泵机组MWH290CA型和双工况水源热泵机MWH290CA型。还有采用CIAT热泵机组的北京茶叶城(水水热泵+水蓄冷+水蓄热),北京大红门服装市场(水水热泵+冰蓄冷),北京音像城(水水热泵+水蓄冷+水蓄热),北京大宝办公楼(水水热泵+冰蓄冷)，北京天安天地国际公寓(水水热泵+水蓄冷+水蓄热),北京丰台社保中心（水源热泵+冰蓄冷），北京延庆文化中心（水源热泵+冰蓄冷），河北职业政法学院（水源热泵+水蓄冷,+水蓄热），河北正定中学（水源热泵+水蓄冷,+水蓄热）等。另外，还有湖南第一人民医院新区分院是国内第一个采用风冷热泵[日立]+冰蓄冷项目。合肥大剧院（水源热泵[美意][湖水]+冰蓄冷）。无锡江南大学图书馆（水源热泵[同方]+冰蓄冷）。沈阳商业城（水源热泵[台佳]+冰蓄冷）。北京新世纪服装商城(水源热泵[地下水]+冰蓄冷)。山东潍坊福田重工科技办公楼（水源热泵[中水源]+冰蓄冷）武汉塔子湖体育中心（水源热泵+水蓄冷,+水蓄热），天津古文化街商贸区（水源热泵[开利，改造成三工况][地下水]+冰蓄冷）。南昌中航国际广场(水源热泵[麦克维尔][三工况][地下水]+冰蓄冷)。中航苏州雷达电子研究院（土壤源热泵[三工况]+冰蓄冷）。上海世博中心馆(水源热泵[江水]+冰蓄冷)。上海蓝宫大酒店（地源热泵+主机冷凝热回收+水蓄冷)等。热泵[地源热泵，水源热泵、风冷热泵]及蓄能式[冰蓄冷，水蓄冷，水蓄热]相结合的中央空调技术方案，得到了进一步开拓和发展。4.5冰蓄冷空调工程的测试工作开始引起人们重视（北京，国家电力调度中心，从2003年8月开始冰蓄冷空调系统测试工作到2004年8月止），使我们能更深入了解和掌握冰蓄冷空调工程的特性，可提高冰蓄冷空调工程的设计水平和施工水平。4.6重视大温差和低温送风中遇到的一些问题进行研究工作，并建立了实验室，某些厂家开始生产和供应大温差和低温送风末端装置。杭州华电华源环境工程有限公司研究低温送风变风量设备与系统(包括低温风口、VAVB