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摘要：水蓄冷空调系设计的要点和注意事项的研究可以从水蓄冷的特点和应用范围开始，其研究目的是为了结合能源政策，将水蓄冷空调系统的应用进行推广和提升，将电力负荷峰谷差现象进一步缓解，提高电厂一次能源的利用效率。
关键词：水蓄冷；空调系统；设计
建筑物使用功能、不同蓄能设备的各自技术特点、空调负荷特性、投资回收年限、电力峰谷时段、工程所在地能源政策等因素，都是制约蓄能技术应用的方方面面。因此，经过慎重而细致的比较分析确定合理使用的蓄能方案，是特别重要的事。在目前工程应用当中，在太阳能蓄热之外，水蓄冷、冰蓄冷和水（电）蓄热等，也是应用广泛的蓄能技术。
一、水蓄冷空调原理
1、水蓄冷空调简介
水蓄冷空调重要形式之一就是以水作为蓄冷介质的谁蓄冷，由制冷机组、蓄冷水泵、蓄冷槽、板式换热器组成水蓄冷制冷系统，有些水蓄冷系统也可以不配板式换热器。水蓄冷系统的关键设备之一是蓄冷槽，有时候也用消防水池或者室内外蓄水池替代，可以夜间通过普通冷水机组制冷制取2～5°C进行蓄存，白天可以使用。提高水蓄冷系统的蓄冷效率，可以让蓄冷温差维持在较大的水平，同时防止回流热水与蓄寸冷水混合较少能量损失，这样能够满足供冷负荷的需求，也能够提高蓄冷槽的蓄冷能力。自然分层蓄冷、迷宫式蓄冷、蓄冷槽蓄冷、隔膜式蓄冷是水蓄冷系统蓄冷槽常见的四种结构设计方式。
2、水蓄冷空调特点
作为水温变化储存显热量的蓄能技术之一，水蓄冷技术的蓄冷温差为6～10℃，蓄冷温度为4～6℃，单位蓄冷能力7～11.6kW•h/m3。相比较潜热式蓄冷而言，水蓄冷制冷剂用的是普通冷水机组，系统较为简单，性能系数的COP值较高，既不会增加提多的投资，回收周期也较短。不过因为蓄冷体积大，使得在工程方面的应用会受到较大限制。制冷设备容量因水蓄冷系统而减少的量与常规空调系统相比，少了25%～35%。
3、水蓄冷空调蓄能类型
部分负荷蓄冷和全负荷蓄冷是蓄冷的两种类型，部分负荷蓄冷的一种特殊情况就是完全削峰蓄冷。占地面积大、建舍费用高是全负荷蓄冷型的特征，应当有条件的采用；建设费用略高于常规空调系统、运行费用低是部分负荷蓄冷型的特征，应用非常广泛。在这当中运行费用最低的就是完全削峰蓄冷形式的单位需冷量。重要的是必须根据空调系统的具体要求以及建筑场地允许的条件等工程情况来确定水蓄冷的蓄冷形式。
4、水蓄冷空调系统的设计步骤
第一步，建筑物类型、建筑物使用功能、当地电价政策以及建筑物可利用空间等基本资料，设计者必须全盘掌握。第二步，建筑物设计日的设计日总冷负荷以及空调逐时冷负荷必须得到确定。第三步，运行参数和蓄冷类型须根据工程项目实际情况确定。第四步，蓄冷水池的大小和形式须根据建筑物的具体条件进行确定。第五步，确定蓄冷设备和制冷机组的容量。第六步，确定蓄冷系统的控制策略和运行模式。第七步，通过技术经济分析全面计算得出水蓄冷系统的投入。
二、水蓄冷空调的优点
1、节省初期投资
第一，节约空调系统的投资。制冷系统容量无需按冷耗峰值配置，只需按照日均符合选择即可。用于商场、办公楼及单班制企业时能减少50%～60%；机电设施容量用于公寓、宾馆时可减少20%～30%。所节省下来的电力增容费以及基建投资，足可以超过补偿蓄冷设施所需的费用；第二，节省电力投资。变电和输电所需的容量随着设备容量的减少而相应减少，电力设备的投资和电力包装费用都得到了降低。如建筑扩建面积不大，可以仅仅增加空调末端设备，而无需增设主机，同样保证新建建筑的空调要求和功能，实现“小马拉大车”。
2、节省运行电费
在我国现行的峰谷用电分时计费体系中，下半夜电价与高峰时段电价比为1：3-5，夜间低谷电得到了充分利用，大量运行电费被节省下来。
3、节省运行电量
制冷单耗随着夜间的低气温可以下降6%～8%，制冷系统可以贮存装置调剂余缺确保在最佳负荷下高效运转，以免出现“大马拉小车”，大幅度减少设备的运行时间。另一方面，用户情况与节电效果有直接关系，空调系统总节电量在扣除有效冷量损耗率和传热损耗之后应当不低于10%，最高可以达到20%以上。
4、增加可靠性
因为夜间蓄冷的原因，白天一旦发生突然停电，空调系统供冷仅需末端空调器的电动机和较少的电力驱动水泵就可以维持。
5、降低噪声
设备运行早上降低的原因有设备运行时间大大减少、制冷系统容量减少、风量和水流量因为采用低温送风和低温供水而大大减少。
6、节省维护保养费用
电力设备容量降低以及空调设备数量和容量减少，维护保养材料和人力的消耗也将随之减少。余缺通过存储装置来调剂，确保制冷系统的高效运转是处于最佳负荷之下。另一方面，设备的使用寿命随着日常设备运行时间的大量减少而得以延长，大大节省了保养维护的费用。
三、蓄冷水池设计
1、蓄冷水池内部布水器设置
自然分层水系冷技术原理是通过重力流让水平稳地引出或流入水槽，这是蓄水池水槽的工作原理，使水的依次分层按照不同温度响应的密度差异而进行，形成稳定的斜温层并得到维持，使其技术要求达到散流可靠、布水均匀。垂直方向温度测量系统设置于蓄冷水池内部，操作人员鞥能够直观观测到水池内斜温层的状况，斜温层厚度应当确保小于或等于500mm。
2、蓄冷水池的保温
蓄冷水池内部的保温处理能够有效减少因为水池壁传热引起斜温层的形成而导致蓄冷水池的冷量的损失，从而保证蓄冷水池内部不会形成冷桥。防水泡沫玻璃是主要的保温材料，其厚度为5cm，容重为r=40kg/m3，导热系数为λ=0.025+0.00023Tm，耐水性好，保温效果常时间能够得到保障。
3、蓄冷水池的控制系统
实现蓄冷量与投运制冷机组台数的匹配是自动控制系统的要求。夏季采用蓄冷水池和制冷机组联合供冷的方式是因为蓄冷水池冷量不能够支撑整个厂房的空调冷负荷；过渡季节采用蓄冷水池单独供冷或者是蓄冷水池和制冷机组量和供冷的方式，是因为厂房空调冷负荷减少。通过检测系统水温、压力、冷量、流量、累计冷量等各项参数以及蓄冷水池、冷冻水泵、冷却塔风机、制冷机组、冷却水泵、冷却塔进水阀等设备的运行状态，可以有效使蓄冷系统相关设备的投运状态得到控制，为水蓄冷节能系统提供稳定的供水温度。
4、水蓄冷空调系统及设备配置的形式
水蓄冷系统有三种设备配置形式，分别为：蓄冷水池下游冷水机组的串联形式、蓄冷水池上游冷水机组的串联形式以及蓄冷水池与冷水机组的并联形式。
并联方式被一般空调采用较多，供冷温差较大的场合则可以参用串联形式。常规空调系统所有的技术条件和水蓄冷系统不同工作模式自动切换的要求，以及相关阀门和设备的开关、启停的控制，这些都是水蓄冷系统的自控内容。
5、蓄冷水池的蓄冷量
蓄冷水槽内温度根据蓄、放冷时蓄冷水槽内的液态要求和自然分层蓄冷水槽内的热力特征，通常以4℃较合适，此时水的比重最大。条件允许的情况下，可以选蓄冷水槽进出水温差的最大值，以提高蓄冷水槽密度、减少蓄冷水槽建设费用。充分利用共享项目消防水槽进行改造，形成蓄冷水池，既减少了空间和建筑面积，也节约了建设费用。冬天蓄热使用蓄冷水池时，应该另外开辟消防水池。
结语
综上所述，与常规空调相比，水蓄冷空调具有投资小，运行可靠，制冷效果好，节能显著，经济效益明显的特点。它能改善城市、地区电网供电状况，缓解电力负荷峰谷差现象，提高电厂一次能源利用效率。从这个意义而言，蓄能空调可作为一项节能技术而加以推广。以水蓄冷技术具有广阔的应用前景和发展潜力，不但可以给业主带来可观的经济效应，还能平衡电网负荷，保护环境，符合国家技术经济政策发展方向。
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