建筑空调能耗占社会总能耗的40%以上，成为高峰电力消耗的主要来源。

冰蓄冷技术作为“削峰填谷”的关键手段，通过夜间低谷电价时段制冰蓄能、白天高峰时段释冷供能的模式，实现了电力资源的优化配置，既缓解了电网压力，又为建筑业主降低了运行成本，同时减少了环境污染，具有显著的经济、社会和环保效益。

冰蓄冷技术自20世纪90年代在国内推广，经过数十年的发展与迭代，已在大型商场、办公楼、医院、学校、体育场馆等各类建筑中得到广泛应用。

本文从冰蓄冷的基本原理、系统组成、设计流程、设备选型、控制策略等方面，分享冰蓄冷系统的设计与应用要点，为行业从业者提供参考。

1.冰蓄冷工作原理

冰蓄冷空调系统的最重要的优势是“错峰用能”：在电力负荷低谷期（通常为夜间23:00至次日7:00），利用低价电力驱动双工况制冷主机运行，将冷量以冰的形式储存在蓄冰装置中。

在电力负荷高峰期（通常为白天8:00至22:00），建筑物空调负荷达到峰值时，蓄冰装置释放储存的冷量，与制冷主机协同或单独满足供冷需求，从而减少高峰时段的电力消耗。

这一过程本质上是冷量的“储存-释放”循环，其能量转换基础是水的相变潜热——水在0℃结冰时吸收大量潜热，融化时释放同等热量，每千克冰变为水的相变潜热约为334kJ，远高于水的显热（4.2kJ/(kg·℃)），因此冰蓄冷系统具有蓄能密度高、释冷稳定的特点。

2.冰蓄冷的优势

1）利于电网资源利用

平衡峰谷负荷，转移高峰电力需求，降低电网峰谷差，提高电网负荷率和运行稳定性。

优化资源配置，充分利用夜间富余发电能力，减少新建电厂的投资成本，提高发电设备利用率。

减少电网损耗，高峰时段电力输送压力降低，减少线路损耗和电、电网扩容需求。

2）建设运营效益高

降低运行费用，利用峰谷电价差，大幅减少空调系统的电费支出，通常可节省20%~40%的运行成本。

减少设备容量，部分蓄冷系统可减少30%~50%的制冷主机、冷却塔（夜间制冷，冷却塔效率更高）、水泵等设备容量，降低变压器、配电柜等电力设备的投资。

提升系统安全性，可作为应急冷源，停电时通过自备电力启动水泵融冰供冷，保障关键区域的供冷连续性。

获得政策支持，符合国家节能政策，可享受节能补贴、LEED绿色建筑评分等优惠。

3）环保效益

减少污染物排放，降低白天热电厂的发电压力，减少二氧化碳、二氧化硫等温室气体和污染物排放。

注：需要说明的是冰蓄冷的技术节费但并不节能，只有在有峰谷电价政策的地区较为适用。

3.系统的组成与相关技术要点

完整的冰蓄冷系统由蓄冰装置、双工况主机、载冷剂与蓄能介质、换热器、控制系统、末端装置等构成，各组件协同工作，确保系统稳定高效运行。

1）蓄冰装置

蓄冰装置是冷量储存的核心设备，兼具蓄冰和换热双重功能，目前在中央空调系统中使用较多的有静态制冰(钢盘管式，冰球式，塑料盘管式)和动态制冰(冰片滑落式，流态冰)等几种方式。

静态制冰盘管式以蓄冷量大，技术成熟的优势在区域供冷项目中应用最多。

其中钢盘管的最大劣势是不耐腐蚀，在钢盘管整体镀锌过程中，有时会存在薄弱部位，或在运输安装过程中遇到磕碰，就使这些部位容易被腐蚀，出现盘管泄漏的情况，而且修复困难。

冰球的最大劣势是损耗，某些情况下冰球易破裂后干瘪，需要定期更换一些冰球。干瘪的原因，可能是渗透作用引起的冰球内水介质流失。

新技术如纳米导热复合盘管，能够避免钢盘管的腐蚀泄漏的状况，其制冰性能与钢盘管相当，同时也没有冰球的缺点，具有一定的优势。

动态制冰具有冷机效率高，释冷速度快等优点，但是其制冰设备容量普遍较小，不大适合大型项目。

蓄冷器与双工况主机的布置形式上有并联和串联两种方式，同时还有主机上游，主机下游两种形式。

通过行业多年的工程实践，以及大温差节能等的要求，目前的大多数的工程设计以主机上游串联的形式为主。

类型与结构

按冰槽材质分类有钢质、聚乙烯、聚丙烯等，其中钢质冰槽适用于大型项目，聚乙烯冰槽具有耐腐蚀、重量轻的优势。

按结构分类有盘管式（内融冰、外融冰）和封装式（冰球、冰板），盘管式通过载冷剂在盘管内流动实现制冰与融冰，封装式将蓄冷介质密封在胶囊或板材中，换热效率更高。

技术要点

蓄冰温度，通常为-4.4℃~-8.9℃，取决于冰层厚度和载冷剂温度，冰层越厚，所需蓄冰温度越低。

融冰温度，融冰时的最高出口温度，一般设计为3℃~5℃，需通过控制融冰速率和剩余冰量维持稳定。

换热面积，换热直接影响制冰和融冰速率，需根据冷负荷需求匹配，通常与蓄冰装置的容积和结构相关。

性能影响因素

蓄冰装置的热工性能主要由材质与结构、换热面积、载冷剂温度及流速决定。

对于给定的冰槽，可通过调节载冷剂的温度和流速控制制冰/融冰速率：载冷剂流量越大、温度越低，制冰速率越快；流量越大、温度越高温差越大，融冰速率越快。

2）双工况主机

双工况主机是蓄冰系统的“动力核心”，满足白天空调制冷和夜间制冰两种工况的运行要求，其性能直接决定系统的节能效果和运行稳定性。

技术要求

宽压头范围：制冰工况下冷冻水出水温度低（-5.6℃至-8.9℃），系统压差大，要求压缩机具备足够的压头范围，容积式压缩机（螺杆式）压比范围更宽，离心式压缩机一般需通过技术优化满足要求。

变工况适应性：两种工况下蒸发温度和冷凝温度差异显著，且制冰过程中载冷剂温度动态变化，要求压缩机具备良好的变压头调节性能。

高效节能：制冰工况下制冷量会衰减（通常为空调工况的60%~80%），需通过优化压缩机设计、采用变频技术等提升效率。

三级离心式压缩机在制冰工况下COP值通常可达4.5以上，高于单级压缩机（3.7左右），且制冷量受出口温度影响小，适合大温差、低温度的运行场景。

通过在离心式机组中加入变频驱动技术，可使空调工况节能30%以上，制冰工况节能5%以上。

3）载冷剂与蓄能介质

载冷剂

载冷剂的核心作用是传递冷量，通常要满足冰点低、比热大、粘度小、腐蚀性弱等要求，常用类型为各种乙二醇水溶液：

乙烯乙二醇：防冻能力强，25%质量浓度时冰点为-10.7℃，适合大多数蓄冷系统，但毒性较大。

丙烯乙二醇：毒性低，适合制药、食品加工等对安全性要求高的场景，但防冻能力较弱，需30%质量浓度才能达到-12.8℃冰点。

载冷剂的浓度直接影响系统性能：浓度过高会增加粘度，降低主机效率和水泵能效；浓度过低则无法保证防冻安全，通常需预留1℃-2℃的安全余量，例如制冰温度为-5.6℃时，采用25%浓度的乙烯乙二醇（冰点-10.7℃）。

蓄能介质

理想的蓄能介质应具备比热大、潜热值高、无毒、无腐蚀、成本低等特点，水是目前最理想的蓄能介质，其相变温度（0℃）与空调供冷需求匹配，且来源广泛、成本低廉。

此外，部分系统会采用相变材料（如有机相变材料十四烷，无机相变材料水合盐，共晶相变材料如有机酸与水合盐的混合物）作为补充，但水/冰蓄冷系统仍是主流。

4）板式换热器

板式换热器用于隔离载冷剂（乙二醇溶液）与末端冷冻水，避免乙二醇进入末端系统，同时实现冷量传递。

板换的核心优势是传热效率高、体积小、拆卸清洗方便，选型时需提供换热量、进出口温度、允许阻力、工作压力等参数，由厂家通过专业软件计算确定型号。

在冰蓄冷系统中，板式换热器的平均对数换热温差通常为1℃~2℃，乙二醇侧需设置旁通阀，制冰时关闭旁通阀保护换热器不被冻坏，同时通过调节乙二醇流量或温度控制换热能力。

5）控制系统

冰蓄冷系统的控制复杂度高于常规空调系统，需实现设备启停、工况转换、融冰量调节等功能，核心目标是在满足供冷需求的前提下，最大化节能效益。

控制系统组成。

包括中控系统工作站、通讯系统、现场控制器、传感器（温度、流量、液位）、执行机构（阀门、水泵变频器）等。

核心控制逻辑

主机控制：空调工况下根据负荷调节容量，维持出口温度稳定；制冰工况下强制满载运行，达到蓄冰量或设定温度后停机。

蓄冰装置控制：通过调节载冷剂流量控制融冰速率，定流量系统采用旁通阀调节，变流量系统通过变频器调节水泵转速。

板式换热器控制：主要调节乙二醇侧流量或温度，避免冷水侧旁通调节增加能耗。

6）末端装置

末端装置包括空气处理机组、风机盘管等，冰蓄冷系统可采用常规送风或低温送风（4℃~9℃）。

低温送风系统具有显著优势：降低机械系统造价、降低风机电耗，但需满足冷介质温度（1℃~4℃）、房间相对湿度（≤40%）等条件，适用于对室内温度波动及均匀性不高场合。

3.冰蓄冷系统的分类与适用场景

根据蓄冷量与建筑冷负荷的关系，冰蓄冷系统分为全蓄冷和部分蓄冷两大类。

1）全蓄冷系统

夜间储存建筑物白天所需的全部冷负荷，白天制冷主机不运行，仅依靠蓄冰装置释冷，可完全规避高峰电价，运行费用最低。但蓄冰装置和制冷主机容量大，初投资高。

适用峰谷电价差大于3:1、供冷时间短（如体育馆、会议室）或无高峰电力供应的场所。

2）部分蓄冷系统

夜间储存部分冷负荷，白天由蓄冰装置和制冷主机协同供冷，是目前应用最广泛的类型，初投资低、投资回收期短（通常3~5年）、系统灵活性强。但是高峰时段仍需主机运行，运行费用高于全蓄冷系统。

适用大多数商业建筑、办公楼、医院、学校等，尤其是峰谷电价差合理（2:1以上）的区域。

3）适用条件与场景

冰蓄冷系统的应用需满足以下前提条件：

1）存在明确的峰谷电价差异，且低谷电价足够低（通常为高峰电价的1/3以下）。

2）建筑空调负荷在峰谷时段差异显著，白天负荷高、夜间负荷低。

3）具备放置蓄冰装置的场地（如地下室、屋顶、室外地面）。

4）需连续供冷或高峰供冷需求突出，如大型商场、数据中心、医院等。