冰蓄冷系统及制程冷却

冰蓄冷系统是利用离峰电力时段,运转压缩机制冰以储存冷能,以便于尖峰时间需使用冰水时,让冰溶化吸收冰水热量、释出冷能,进而达到转移尖峰电力、节省电费及应付大量负载之功能。在全球环保意识高涨、夏季电力吃紧的限电声中,企业逐渐采用冰蓄冷系统来节能省电。

冰蓄冷系统的应用范围,除了建筑物空调和食品冷藏预冷之外,工业制程亦可利用冰蓄冷系统所供应之低温冰水进行冷却。传统上制程冷却的冷源可来自空调系统之冰水主机,但若设计规划由冰蓄冷系统整合供应空调冷气及低温制程所需冰水,将能更稳定、更具弹性的运用能源。

冰蓄冷空调系统运转模式 摘自台电官网(来源

冰蓄冷系统特点

和传统空调比较,冰蓄冷空调系统具有下列优缺点:

冰蓄冷系统优点 冰蓄冷系统缺点
  • 利用离锋电力储冷,节省电费
  • 转移日间巅峰负载,减少总契约容量
  • 提供之低温冰水或卤水,可使用于空调、冷藏、低温除湿及低温制程冷却
  • 减少空调主机设置容量,节省设备费用
  • 能应付瞬间大量之负载,降低 peak load(瞬间高负载)
  • 可作为重要制程之安全备用负载,维修保养主机时持续释冷不中断使用
  • 增加冰蓄冷设备费及占地空间
  • 增加冰蓄冷系统自动控制

冰蓄冷模式

依据冰蓄冷系统的储存量,冰蓄冷模式可区分为全量储存(Full Storage)及分量储存(Partial Storage)。

全量储存 分量储存
定义 将日间所需冷冻容量,「全部」在夜间离峰时间以制冰方式储存,提供日间所需冰水。主机于尖峰时段完全停止运转。 冰蓄冷空调全量储存 夜间离峰时间仅制冰储存日间所需之「部分」冷能。其他部份则由冷冻主机在尖峰时间运转供应。 冰蓄冷空调分量储存 ※ 于春秋季或负载较小之季节,分量储存亦可作全量储存使用。
优点
  • 电力契约容量(基本电费)可大幅降低
  • 完全享用离峰用电之低电价
  • 主机能力大,扩充能力高(延长运转时间)
  • 回收效益高
  • 初期投资费用较低
  • 主机马力数较小
  • 降低部分电力契约容量
  • 冰蓄冷容量小,所需机房面积小
缺点
  • 初期投资费用高
  • 冰蓄冷容量越大,机房面积相对增大
  • 回收效益视冰蓄冷容量而定,变化差异大
  • 扩充能力较低
  • 操作维护稍微复杂
应用时机
  • 特别适用于负载大且使用时间短的建筑物空调及低温制程需求
  • 当供电系统不足或受限无法增大契约容量时
  • 尖峰、离峰电价差距极大之时
  • 非24小时使用之一般舒适性空调及制程均适用,或终日需空调且负载变化不是太大的建筑物,如医院、旅馆等
  • 机房空间不足之时

冰蓄冷系统种类及比较

冰蓄冷系统种类繁多,以下仅就国内常见并具有实际运转实绩的冰蓄冷系统加以分析:

用途 优点 缺点
冰盘管式
优先推荐
  • 制程冷却
    0~1°C冰水
  • 产业空调及一般空调
    15°C冰水
  • 融冰效率最佳
  • 制冰效率佳
  • 可供多用途使用
  • 操作维保简单容易
  • 蓄冰槽所需体积较大
制冰滑落式
  • 制程冷却
    0~1°C冰水
  • 产业空调及一般空调
    15°C冰水
  • 制冰效率最佳
  • 蓄冰槽可加高,占地面积小
  • 机组只可单独使用
  • 直澎操作、维保困难
  • 维保成本较高
冰球式
  • 一般空调
    5~10°C冰水
  • 使用筏基,节省占地空间
  • 使用卤水量过大
  • 融冰效率不佳
  • 制冰效率差
完全结冻式
  • 一般空调
    7~10°C冰水
  • 冰水不输出,桶槽体积较小
  • 可弹性增加
  • 融冰效率差
  • 制冰效率差
  • 仅适用于一般空调
储水方式
  • 一般空调
    7~9°C冰水
  • 一般CH即可,成本低
  • 制冰效率最差
  • 无法应付瞬间高负载
  • 蓄冰槽占用空间太大

UTEC 冰蓄冷柜

友贺工程除了提供到厂服务依据需求项目施工之外,另推出模块化货柜式冰蓄冷蓄能系统 - UTEC 冰蓄冷柜,专门供应给尖离峰用量差异大之工业制程冷却系统、冷藏系统及产业空调使用。UTEC 冰蓄冷柜采用外融冰盘管方式,搭配不冻液为储冷介质,可将冰蓄冷系统之效益最大化,具有以下特点:

  • 大面积接触,制冰效率最高,直接融冰效率最佳。
  • 冰蓄冷空间最省,IPF值可达60%以上。
  • 具有高度之移动便利性,再利用率高。
  • 可随时互相支持,扩充容易。
  • 占用空间小,节约土地成本。
  • 设备故障率低,维保容易且不需中断冷气使用。
  • 仅需提供水源及电源即可使用。
冰蓄冷系统柜

详细规格

型号 冰蓄冷系统柜
UTEC-170 UTEC-340
构造图 UTEC-170 UTEC-340
制冰能力 170 USRT 340 USRT
压缩机 往复式或螺旋式,40 hp 往复式或螺旋式,80hp
冷媒 浓度30~40% 浓度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)
总重量 28,500 kg 51,000 kg

注一:制冰能力之计算系以0~1°C冰水为基础。
注二:制冰能力350 USRT以下为本公司制造之标准品 (空调能力约400 RT)。350 USRT以上需依实际负载计算规划施工。

系统架构及运作原理

冰蓄冷系统之基本结构除了制冷机外,必须要有蓄冰槽、控制装置及控制盘、冰水泵等组件。而为求蓄冰槽内各点温度一致且均匀结冰,可使用低压之空气机给气以充分搅拌冷水。

  • 融冰:当冷却负荷增加时,回水温度自然上升,促使冰逐渐溶解供冷。
  • 结冰:融冰一段时间后,透过冰厚检知器或Timer控制,使制冷机运转充冷。
  • 结冰达一定厚度时,由冰厚检知器或Timer控制制冷机停止运转。
  • 为达到高效之蓄冷能力,结冰厚度之设计需考虑并计算热传导率及能源消耗比。

冰蓄冷空调及制程冷却系统图例

冰蓄冷空调及制程冷却系统, ice storage and process cooling system