引言随着计量科技事业的不断发展，高精密仪器设备的使用量增加，计量实验室人员对恒温恒湿控制精度的要求越来越高，条件保障系统设备的能耗增多，迫切需要节能技术的支持。目前，电力供应能力面临新的挑战。国家和各地区制定了峰谷电价差方案，鼓励企业在夜间使用低谷电技术。空调制冷用电量占城市用电总量的比例不断攀升，在部分城市用电总量中的占比甚至达到40%[1]。冰蓄冷空调技术凭借节能的设计和“削峰填谷”的运行模式，在国内迅速发展并广泛应用于实际工程，有效缓解了各城市的电力负荷峰谷差，减少了国家电力建设方面的支出，降低了空调运行费用，具有可观的经济效益和社会效益。针对用户角度，合理设计冰蓄冷空调系统可以节省运行费用。徐鹏[2]等结合实际工程案例，分析某办公建筑冰蓄冷系统的设计方案及实际运行期间的投资回收期，证明了在北京地区应用冰蓄冷技术具有良好的经济效益。苏永玲[3]等研究上海某医院的冰蓄冷工程发现，项目动态投资的回收期为3.1 a，具有较好的经济优势。目前，有关冰蓄冷空调系统投入使用后的运行效果和经济性分析的跟踪实测案例较少。北京市某实验楼采用动态冰浆蓄冷空调系统，持续跟踪并记录数据，在确保实验室恒温恒湿控制精度的基础上，探究动态冰浆蓄冷空调系统在运行过程中的制冷、节省费用和移峰填谷等能力。1工程概况实验楼位于北京市朝阳区，总建筑面积5 127.10 m2，集中空调总面积886 m2。实验楼分为地上4层，地下1层，主要服务于热工、几何量、力声和医学等研究方向的11间实验室，正常供冷时间为7：00~17：00。工程将动态冰浆蓄冷空调技术用于寒冷地区的恒温恒湿实验室，属于2019~2020年度公共机构能源资源节约示范案例。2动态冰浆蓄冷空调系统设计与运行方案2.1动态冰浆蓄冷空调系统设计方案利用实验楼的空调系统对各实验室进行分区集中处理，采用2台螺杆冷水机组（其中1台机组为备用）和1套DISU-D-36型直接式过冷水动态冰浆机组进行供冷，设计方案满足实验室空调系统全天负荷运行的要求。恒温恒湿实验室各房间的温度要求如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.004.T001表1恒温恒湿实验室各房间的温度要求控制区房间号实验室名称温度/℃东区1001精测实验室120.0±0.51004线纹实验室20.0±2.01005A线角度实验室20.0±1.01005B光纤实验室20.0±2.01006旋光实验室20.0±2.02001眼科光学室20.0±1.02006激光干涉、压力室20.0±1.0西区1012精测实验室220.0±0.51012（1）纳米调试室120.0±0.51012（2）纳米调试室220.0±0.51013精测实验室320.0±0.51014角度实验室20.0±1.01015粗糙度实验室20.0±1.01017T质量实验室120.0±0.51017质量实验室220.0±0.5中区1009量块实验室120.0±0.21009（套）量块实验室220.0±0.5湿度要求为50%±10%。动态冰浆蓄冷空调系统充分利用电价低谷期蓄冷、尖峰期放冷的优势，保证恒温恒湿实验室高精度控温的需求。实验室空调系统的设计最大日负荷为280 kW，冰浆机组单位小时出冰量为1.5 t，单位小时蓄冷量为140 kW，谷电价时段满载蓄冰318RTH。冰浆主机冷却的进水温度设定32 ℃，出水温度设定37 ℃；融冰式板式换热器的进水温度设定2 ℃，出水温度设定7 ℃；实验室空调侧的进水温度设定4 ℃，出水温度设定9 ℃。根据夏季条件计算空调系统的逐时负荷，不开启制冰主机时，蓄冰槽的最高蓄冰量可以满足空调系统处于50%负荷量的全天用冷要求，空调处于75%和100%负荷时，需要借助1台冷水机组为实验室空调提供冷量。2.2动态冰浆蓄冷空调系统运行方案目前，冰蓄冷空调系统的运行策略主要包括全部蓄冷策略和部分蓄冷策略。采用全部蓄冷策略时，夜间用低谷电的蓄冷量满足全部空调系统白天所需的冷量消耗，制冷机组不运行；采用部分蓄冷策略时，系统夜间蓄部分冷量，用电高峰期的冷量制备由融冰放冷和制冷机共同承担[4]。因此，部分蓄冷策略主要有融冰优先、主机优先、综合优化运行共3种模式[5-6]。采用冷水机组+谷电蓄冰模式能够满足恒温恒湿实验室空调全天负荷运行要求。运行策略为：根据北京市峰谷电价政策，动态冰浆蓄冷空调系统利用23：00至次日7：00共8 h制取冰浆，蓄冷量为318RTH；次日电价高峰时段优先采用融冰供冷方式，水箱蓄冰率不足时重点“削尖”，采用基载机和DISU交叉运行模式；电价处于平峰时段时，合理分配负荷，优化控制，提高机组能效，节省运行费用；采用移动互联网的App云端设备监控动态冰浆蓄冷空调系统的运行状态，采用“云服务”的方式存储设备运行数据，自动形成报表，整体提升设备安全运行的水平，实现实验室恒温恒湿的精准控制。3动态冰浆蓄冷空调系统的运行效益分析3.1充分利用空调系统现有条件截至2014年，采用蓄冷空调技术的已建成投入运行及正在施工的项目数量超过1 100项，但每年新建公共建筑中采用蓄冷空调系统的比例仅为1%左右[7-8]。试验工程改造充分利用实验室空调机房空间，保留原有空调设备、冷却塔、配套水泵、电力设备等设备，仅新增制冰机组、蓄冰槽、3台泵以及管道、附件等设备，系统结构简单，最大限度地降低了系统改造初投资，缩短了实验室改造的施工周期。3.2与常规空调系统的运行费用比较3.2.1峰谷电价政策实验室应用动态冰浆储能技术，利用夜间谷电的价格优势进行全载蓄冰；白天高峰电价时段以冰浆形式向外放冷，实现电网负荷“移峰填谷”。利用峰谷电价政策降低空调运行费用，能够高效调节电网“峰、平、谷”用电矛盾，降低城市配电网的最大供电负荷。北京市各段电价标准如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.004.T002表2北京市各段电价标准分类收费时段电费尖段（7、8月份）11：00~13：00、16：00~17：001.443 0峰段10：00~15：00、18：00~21：001.314 7平段7：00~10：00、15：00~18：00、21：00~23：000.796 0谷段23：00~次日7：000.302 3元/kWh由表2可知，其他时段电价高于谷段电价，约为谷段电价的2~5倍。恒温恒湿实验室高效利用谷电的价格优势，显著降低了空调系统的运行费用，与采用常规空调相比，动态冰浆蓄冷空调系统具有明显的经济竞争优势。3.2.2冰蓄冷系统设计日运行费用恒温恒湿实验室于2021年正式投入使用动态冰浆蓄冷空调系统控制温湿度，在北京市峰谷电价不变的情况下，冰蓄冷空调系统设计运行费用如表3所示。常规空调系统设计运行费用如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.004.T003表3冰蓄冷空调系统设计运行费用项目日运行费用/元年运行时间/d总运行费用/元合计1 015152.035 515.57~8月份（尖峰）35462.021 948.0100%工况36113.54 873.575%工况13340.55 386.550%工况11722.52 632.525%工况5013.5675.010.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.004.T004表4常规空调系统设计运行费用项目日运行费用/元年运行时间/d总运行费用/元合计3 504152.0122 126.07~8月份（尖峰）1 03062.063 860.0100%工况86913.511 731.575%工况74040.529 970.050%工况54322.512 217.525%工况32213.54 347.0峰谷电价和峰谷时段的相关规则对冰蓄冷空调系统的运行费用和投资回收期等经济性因素具有直接影响。实验室动态冰浆蓄冷空调系统在谷价电时段进行蓄冰，白天削峰放冷。全年大部分供冷季节时，即使空调系统处于部分负荷需求状态，蓄冷系统在谷电阶段的8 h内均满载蓄冰，白天全部用尽，蓄冰系统每天产生的节能效益稳定。如果动态冰浆蓄冷空调系统年运行152 d，每天运行9 h，每年能够节约运行成本8.7万元。空调负荷需求较小的季节，可以输出更多地蓄冷量，直至全部用于白天电费峰价时段和平价时段，此时的经济收益将超过上述计算结果。随着空调负荷减少，与常规空调系统相比，冰蓄冷空调系统运行费用的下降比例增加。3.3空调系统制冷除湿能力目前，过冷水动态冰浆系统的效率较高，蒸发温度比固态冰技术提高7 ℃，冷机COP可以提高20%。同时冰浆可以利用水泵进行远距离、多终端输送，20%浓度冰浆的冷量是同质量4 ℃水的3倍，能够达到供回水温差30 ℃的效果[9-10]。实验室采用动态冰浆蓄冷空调系统的显著优势包括高效制冰、超强蓄冷和急速冷却等能力。空气湿度是影响实验室测量及校准结果的重要因素之一[11]。动态冰浆储能技术可以解决高温高湿的恶劣天气下，现有空调设备除湿效果不稳定的问题。湿空气焓湿图如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.004.F001图1湿空气焓湿图由图1可知，A—B段为常规冷源7/12 ℃。湿空气由35 ℃、90%经冷却除湿至12 ℃、100%状态点，单位质量除湿量为24.4 g/kg；A—C段为0 ℃冰水冷源，湿空气由35 ℃、90%经冷却除湿至5 ℃、100%状态点，单位质量除湿量为27.75 g/kg。与常规空调系统相比，同等初始状态下，冰蓄冷空调系统单位质量的除湿能力可以提高13.7%。3.4移峰填谷效益分析计量实验室对恒温恒湿的要求越来越高，部分实验室需要保证恒温恒湿不间断运行[1,12-13]。樊瑛[14]等分析某办公建筑的典型冰蓄冷系统，发现办公建筑冰蓄冷系统的碳减排量为0.686 kg/kWh，证明了碳减排量可以作为评价冰蓄冷系统对电网贡献的指标。动态冰浆蓄冷空调技术在保障计量实验室恒温恒湿精度的基础上，能够转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差，降低供电煤耗，有助于实现电力部门的减排。目前，冰蓄冷空调技术已被纳入《国家重点节能低碳技术推广目录》（2017年），技术报告中对动态冰蓄冷技术进行了推广。4结语动态冰浆蓄冷空调系统改造项目可以充分利用原有空调系统的条件，最大限度地降低系统改造初投资，缩短施工周期。动态冰浆蓄冷空调系统利用夜间低谷电蓄冷，白天高峰时刻放冷，降低了整个系统的配电量，大幅度减少空调系统运行费用。与常规空调相比，动态冰浆蓄冷空调系统具有明显的经济竞争优势；在保证实验室温湿度精度的基础上，动态冰浆蓄冷空调系统可以显著提高冷机制冷能效、除湿和稳定运行的能力。动态冰浆蓄冷空调系统在平衡电网峰谷差的同时可以降低供电煤耗，实现节能减排。