空调蓄冷技术
随着现代工业发展和人民生活水平的提高，空调的应用已越来越广泛，一些大中城市的空调用电量已占其高峰用电量20%[1]以上，致使电力系统峰谷负荷差加大，电网负荷率下降。有的电网峰谷负荷差达40%，不仅影响人们正常用电，而且造成了发电资源很大闲置。表现在电网低谷时，要停掉很多机组，机组频繁启停不仅增加能耗，而且影响机组寿命。应用蓄冷技术是解决该问题的有效办法之一，将空调用电从白天高峰期转移到夜间低谷期，来均衡城市电网负荷，达到削峰填谷的目的。
因此，我国政府和电力部门推行新的能源政策和电价政策，利用峰谷电价差值鼓励应用空调蓄冷技术减少或转移高峰电力需求。蓄冷技术的推广将有效平衡我国电能消耗，引导新的用电模式，合理利用电力资源。
1 蓄冷技术
空调蓄冷技术现已是一项成熟的技术，欧洲和日本等经济发达国家在80年代初期即开始对蓄冷技术应用进行研究，在家用蓄冷、蓄热式空调产品和成套蓄冷设备方面取得很大进展。近几年，蓄冷技术发展迅速，规模愈来愈大，已形成了区域性蓄冷、供冷系统。有效地缓解了高峰用电需求，合理充分地利用能源，提高了电厂效率。
随着我国经济发展，工业用电和居民用电大幅增加，用电模式已和发达国家相近，国外蓄冷技术的成功应用值得借鉴。由于我国过去单一制电价政策使该技术的发展受到限制。近年来，我国出台了峰谷电价政策以及各项鼓励性措施，奠定了推广蓄冷技术的基础，但发展仍旧缓慢。除北京、上海等一些大城市，其余地区蓄冷系统应用非常有限。
2 蓄冷技术简介
蓄冷技术原理，简而言之，是利用夜间电网多余的谷荷电力继续运转制冷机制冷，并通过介质将冷量储存起来，在白天用电高峰时释放该冷量提供空调服务，从而缓解空调争用高峰电力的矛盾。目前较为流行的蓄冷方式有三种，即水蓄冷、冰蓄冷、优态盐蓄冷[2]。
2.1 水蓄冷
以水作为蓄冷介质的水蓄冷系统是空调蓄冷重要方式之一，也是能源利用，开源节流的形式之一。水蓄冷可利用室内外蓄水池或消防水池，用普通冷水机组制冷，夜间制取2~5℃的冷水蓄存起来供白天使用。为了提高蓄冷罐的蓄冷能力并满足供冷负荷需求，应提高水蓄冷系统蓄冷效率，维持较大的蓄冷温差，并防止储存冷水与回流热水的混合以减少能量损失。通常水蓄冷系统贮槽结构设计有四种方式：自然分层蓄冷、复合贮槽蓄冷、迷宫式蓄冷和隔膜式蓄冷。其中自然分层蓄冷系统简单，蓄冷效率较高、经济效益好，目前广为应用。
自然分层蓄冷利用水的物理特性（水的密度与温度相关，水温大于4℃时，温度升高密度减小，在0~4℃范围内，温度升高密度增大，3.98℃时水的密度最大），使温度为4~6℃的冷水聚集在蓄冷罐下部，而10~18℃的热水自然地聚集在蓄冷罐上部，从而实现冷热水自然分层。
概括地讲，水蓄冷技术具有以下特点：
1）可使用常规的冷水机组，也可使用吸收式制冷机组，使其在经济状态下运行。
2）适用于常规供冷系统的扩容改造，无需增加制冷机组容量。
3）利用消防水池、既有蓄水设施或建筑物地下室等作为蓄冷容器，可降低初投资。
4）可实现蓄热和蓄冷双重用途。
5）技术要求低，维修方便，无需特殊技术培训。
6）水蓄冷方式是一种较为经济且储冷量较大的一种蓄冷方式。蓄冷罐体积越大，单位蓄冷量投资越低。蓄冷量大于7 000kW•h或蓄冷容积大于760m3时，以水蓄冷为经济。
2.2 冰蓄冷
冷的制冰方式主要有两种[3]：1.静态制冰方式。即在冷却管外或盛冰容器内结冰，冰本身始终处于相对静止状态，这类制冰方式包括冰盘管式、冰球式等多种形式；2.动态制冰方式。该方式中有冰晶冰浆生成，且冰晶冰浆处于运动状态。
制冰系统简单，现是冰蓄冷系统的主流。目前，动态制冰方式国内外应用较多的是冰盘管式、冰球式蓄冷系统，其他少用。
冰球式蓄冷分为内融冰式和外融冰式，内融冰式设备是由沉浸在充满水的贮槽中的盘管构成结冰载体的一种蓄冷装置。充冷时，低温载冷剂在盘管内循环，将盘管外表面的水逐渐冷却至结冰。释冷时，经空调负荷加热的高温载冷剂在盘管内循环，将盘管外表面的冰逐渐融化，使载冷剂降温，供用户需要。外融冰式相反，在管内结冰，载冷剂在管外流动。沉浸在贮槽中的盘管形状通常有三种，即蛇形盘管、圆筒形盘管和U形立式盘管。
蛇形盘管蓄冷装置以美国BAC公司产品为代表，该装置一般使用25%（质量比）的乙烯乙二醇水溶液。充冷时进液温度一般为-5~-6℃，释冷时出口温度为0~1℃。圆筒形盘管蓄冷系统以美国calmac公司和Dunham-bush公司产品为代表。该装置载冷剂逆向流动，有利于改善和提高传热效率，并使贮槽内温度均匀，在充冷末期贮槽内的水基本可全部冻结成冰，因此，又称为完全冻结式蓄冷装置。U形盘管蓄冷装置以美国Fafco系列产品为代表。
上述盘管作为换热器分别与相应的不同种类贮槽组合为成套的各标准型号制冷设备。同时，这些盘管亦可以根据实际需要制作成非标尺寸，以适于各种建筑物布置，组成非标蓄冷装置，满足用户不同需求。
冰球式蓄冷属于封装冰式，蓄冰球的外壳一般由高密度聚合烯烃材料制成，球内装有有机盐溶液，蓄冰时低温载冷剂使冰球内的盐溶液结冰，放冷时高温载冷剂与冰球内的冰进行热交换达到降温目的。
静态制冰有自身缺点：冰层厚度使热阻增大，导致冷冻机性能系数COP降低。一些静态系统中印冰块的相互粘连易导致水路堵塞。
所以，冰蓄冷研究的主要方向是动态制冰技术，动态制冰技术将成为冰蓄冷主要形式。
2.3 优态盐变相蓄冷
其原理类似冰蓄冷，利用材料相变蓄存冷量，但一般都在高温下相变，故冷机及系统类似于水蓄冷。优态盐是由无机盐，即硫酸钠的水化合物为主要成份，与水和添加剂调配而成的混合物。将其充注在高密度聚乙烯板式容器内，其相变温度应在空调适应的范围之内，通常以2~7℃为宜，冷机可采用普通冷水机组，运行效率高，但这种方式造价较高，且单位体积蓄冷量低，蓄冷槽体积大，是冰槽的2~3倍，重量也大，是冰槽的3~4倍。且该材料变相次数有限，一般在2 000～4 000次，超过之后便失效。
优态盐以其理论上可以在任何温度下进行相态变化的特点，非常适合蓄冷式中央空调系统之应用。但实际上常面临某些技术问题，再加上有可靠性、稳定性、经济性、耐久性等要求时，适合空调应用的优态盐配方及设备并不多见。尽管如此，随着技术的进步，高温相变材料的蓄冷式中央空调系统也是值得重视的。
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