儲冰系統及製程冷卻

儲冰系統是利用離峰電力時段,運轉壓縮機製冰以儲存冷能,以便於尖峰時間需使用冰水時,讓冰溶化吸收冰水熱量、釋出冷能,進而達到轉移尖峰電力、節省電費及應付大量負載之功能。在全球環保意識高漲、夏季電力吃緊的限電聲中,企業逐漸採用儲冰系統來節能省電。

儲冰系統的應用範圍,除了建築物空調和食品冷藏預冷之外,工業製程亦可利用儲冰系統所供應之低溫冰水進行冷卻。傳統上製程冷卻的冷源可來自空調系統之冰水主機,但若設計規劃由儲冰系統整合供應空調冷氣及低溫製程所需冰水,將能更穩定、更具彈性的運用能源。

儲冰式空調系統運轉模式 摘自台電官網(來源

儲冰系統特點

和傳統空調比較,儲冰式空調系統具有下列優缺點:

儲冰系統優點 儲冰系統缺點
  • 利用離鋒電力儲冷,節省電費
  • 轉移日間巔峰負載,減少總契約容量
  • 提供之低溫冰水或鹵水,可使用於空調、冷藏、低溫除濕及低溫製程冷卻
  • 減少空調主機設置容量,節省設備費用
  • 能應付瞬間大量之負載,降低 peak load(瞬間高負載)
  • 可作為重要製程之安全備用負載,維修保養主機時持續釋冷不中斷使用
  • 增加儲冰設施費用及佔地空間
  • 增加儲冰系統自動控制

儲冰模式

依據儲冰系統的儲存量,儲冰模式可區分為全量儲存(Full Storage)及分量儲存(Partial Storage)。

全量儲存 分量儲存
定義 將日間所需冷凍容量,「全部」在夜間離峰時間以製冰方式儲存,提供日間所需冰水。主機於尖峰時段完全停止運轉。 儲冰式空調全量儲存 夜間離峰時間僅製冰儲存日間所需之「部分」冷能。其他部份則由冷凍主機在尖峰時間運轉供應。 儲冰式空調分量儲存 ※ 於春秋季或負載較小之季節,分量儲冰亦可作全量儲冰使用。
優點
  • 電力契約容量(基本電費)可大幅降低
  • 完全享用離峰用電之低電價
  • 主機能力大,擴充能力高(延長運轉時間)
  • 回收效益高
  • 初期投資費用較低
  • 主機馬力數較小
  • 降低部分電力契約容量
  • 儲冰容量小,所需機房面積小
缺點
  • 初期投資費用高
  • 儲冰容量越大,機房面積相對增大
  • 回收效益視儲冰容量而定,變化差異大
  • 擴充能力較低
  • 操作維護稍微複雜
應用時機
  • 特別適用於負載大且使用時間短的建築物空調及低溫製程需求
  • 當供電系統不足或受限無法增大契約容量時
  • 尖峰、離峰電價差距極大之時
  • 非24小時使用之一般舒適性空調及製程均適用,或終日需空調且負載變化不是太大的建築物,如醫院、旅館等
  • 機房空間不足之時

儲冰系統種類及比較

儲冰系統種類繁多,以下僅就國內常見並具有實際運轉實績的儲冰系統加以分析:

用途 優點 缺點
冰盤管式
優先推薦
  • 製程冷卻
    0~1°C冰水
  • 產業空調及一般空調
    15°C冰水
  • 融冰效率最佳
  • 結冰效率佳
  • 可供多用途使用
  • 操作維保簡單容易
  • 儲冰槽所需體積較大
製冰滑落式
  • 製程冷卻
    0~1°C冰水
  • 產業空調及一般空調
    15°C冰水
  • 結冰效率最佳
  • 儲冰槽可加高,佔地面積小
  • 機組只可單獨使用
  • 直澎操作、維保困難
  • 維保成本較高
冰球式
  • 一般空調
    5~10°C冰水
  • 使用筏基,節省佔地空間
  • 使用鹵水量過大
  • 融冰效率不佳
  • 結冰效率差
完全結凍式
  • 一般空調
    7~10°C冰水
  • 冰水不輸出,桶槽體積較小
  • 可彈性增加
  • 融冰效率差
  • 結冰效率差
  • 僅適用於一般空調
儲水方式
  • 一般空調
    7~9°C冰水
  • 一般CH即可,成本低
  • 結冰效率最差
  • 無法應付瞬間高負載
  • 儲冰槽佔用空間太大

UTEC 儲冰櫃

友賀工程除了提供到廠服務依據需求專案施工之外,另推出模組化貨櫃式儲冰蓄能系統 - UTEC 儲冰櫃,專門供應給尖離峰用量差異大之工業製程冷卻系統、冷藏系統及產業空調使用。UTEC 儲冰櫃採用外融冰盤管方式,搭配不凍液為儲冷介質,可將儲冰系統之效益最大化,具有以下特點:

  • 大面積接觸,結冰效率最高,直接融冰效率最佳。
  • 儲冰蓄冷空間最省,IPF值可達60%以上。
  • 具有高度之移動便利性,再利用率高。
  • 可隨時互相支援,擴充容易。
  • 佔用空間小,節約土地成本。
  • 設備故障率低,維保容易且不需中斷冷氣使用。
  • 僅需提供水源及電源即可使用。
儲冰系統櫃

詳細規格

型號 儲冰系統櫃
UTEC-170 UTEC-340
構造圖 UTEC-170 UTEC-340
製冰能力 170 USRT 340 USRT
壓縮機 往復式或螺旋式,40 hp 往復式或螺旋式,80 hp
冷媒 濃度30~40% 濃度30~40%
冰重量 6,400 kg 12,800 kg
尺寸 6 m (L)×2.35 m (W)×2.4 m (H) 12 m (L)×2.35 m (W)×2.4 m (H)
總重量 28,500 kg 51,000 kg

註一:製冰能力之計算係以0~1°C冰水為基礎。
註二:製冰能力350 USRT以下為本公司製造之標準品 (空調能力約400 RT)。350 USRT以上需依實際負載計算規劃施工。

系統架構及運作原理

儲冰蓄能系統之基本結構除了冷凍主機外,必須要有儲冰槽、控制裝置及控制盤、冰水泵等元件。而為求儲冰槽內各點溫度一致且均勻結冰,可使用低壓之空氣機給氣以充分攪拌冷水。

  • 融冰:當冷卻負荷增加時,回水溫度自然上升,促使冰逐漸溶解釋放冷能。
  • 結冰:融冰一段時間後,透過冰厚檢知器或Timer控制,使冷凍主機運轉製冰蓄冷。
  • 結冰達一定厚度時,由冰厚檢知器或Timer控制冷凍主機停止運轉。
  • 為達到高效之儲冰能力,結冰厚度之設計需考量並計算熱傳導率及能源消耗比。

儲冰式空調及製程冷卻系統圖例

儲冰式空調及製程冷卻系統, ice storage and process cooling system