储冰系统于区域冷暖房设施的适用与效果

为达到电力需求的平准化、利用优惠夜间离峰电力以降低运转费用为目的，所开发的千代田CYFLIP区域冷暖房设施，引进储冰系统将近3年的时间。现在以相同的储冰系统，及该系统3年来的运转实绩，介绍该系统效率的优越性及省能源特性。

2.储冰系统的构造

2.1 蓄冷体

蓄冷体是以厚度0.45mm、直径35mm、长度3000mm（长度可从1500～5000MM）的高密度PE管内装入水，在蓄冷槽底面积每m²纵向配置约750只的蓄冷管。各PE管内装入少量的沙（或小石头）作为过冷却防止剂。同时蓄冷槽内蓄冷体的周围，充满25％浓度的乙二醇溶液（Ethylene glycol）。

装入水的PE管蓄冷体，水以冰棍状(Ice candy）冻结储存潜热以蓄冷，IPF为60％。设计的蓄冷槽有效单位体积相当的蓄冷量为80Mcal/m³×60％（潜热）+3 Mcal/m³（显热）＝51 Mcal/m³。

照片-1 为PE管施工安装的情形。从照片中可看到在底部有钻孔板，在中间部位设置防止倾倒的金属架。

2.2 夜间的制冰

夜间制冰时，冷冻机冷却至-5℃的卤水，从蓄冷槽底部的分配管供给。蓄冷槽内的卤水，底部温度较低，上部温度较高。因此，PE管的水从底部开始冻结。

水在冻结时约有9％的体积膨胀，体积膨胀的水向上。而由于PE管的上部为开放的缘故，因此不会产生膨胀压力。

制冰时及融冰时，由于蓄冷槽内的卤水的流动方向，是利用温度差形成的比重差产生温度分层。制冰时卤水由底部向上流动，融冰时由上部往底部流动，因此在蓄冷槽横断面的温度相同。

2.3 白天的融冰

白天冷房时，低温的卤水从蓄冷槽底部的分配管取出，在板式热交换器与冰水做热交换，降温后的冰水再供应给空调机及室内送风机。

3.储冰系统的控制方式

3.1 制冰运转时(夜间)的控制

图-1为标准的储冰系统流程。在夜间制冰时，从蓄冷槽上部取出约0℃的卤水送至冷冻机，冷冻机将卤水降温冷却至-5℃，从蓄冷槽底部的分配管供给。在PE管内的水尚未冻结完成时，卤水的冷能被未冻结的水吸收，蓄冷槽上部的卤水约0℃。PE管内的水冻结完成时，由于卤水的冷能无法再被水吸收，因此从蓄冷槽上部送至冷冻机的卤水比0℃低。冷冻机的夜间用温度感知器检出卤水的温度，停止冷冻机的运转。

图-2为夜间制冰时卤水的温度变化特性例。

3.2 释冰运转时（白天）的控制

储冰系统的释冰量是在预先设定的时间，高冷房负荷时融冰量多，低冷房负荷时少。同时加上冷冻机的运转与否，是根据冷冻机入口设置的温度感测器来做控制（融冰优先，冷冻机的追加量依据负荷的追踪控制）。

从蓄冷槽供应的冷能，是利用蓄冷槽入口设置的电动二通阀的开度以计时器控制。由于至蓄冷槽卤水分流流量的补正，电动二通阀的开度以计时器做变化。

储冰与冷冻机并联运转时，由于从蓄冷槽供应的冷能，与冷房负荷无关，每天都是相同的量，冷房负荷的变化以冷冻机部份运转或停止运转控制。也就是，蓄冷槽的冷能量与冷冻机的运转相同，不需要特别的控制机构。在中间时期及冬季低负荷时期，白天冷冻机不运转，仅以储冰供应空调。在储冰的冷能没有用完时，残留的冰不会妨碍制冰的开始（不会产生冰桥）。图-3所示为释冰时的温度变化。

4.储冰系统的导入案例

4.1 设施概要

现今导入储冰系统的设施概要，能力如以下所示。工事分为Ⅰ、Ⅱ期，第Ⅰ期于1996年7月完工使用中，第Ⅱ期预定2000年3月完工。

˙设施名称：大阪能源服务株式会社

˙所在地：大阪市北区梅田3-2-62

˙设施用途：区域冷暖房设备

˙热供给对象：JR大阪站(1996年7月开始供应)

             占地面积 29,000m²

             ：每日新闻社大阪本社(1996年7月开始供应)

             占地面积 62,000m²

             ：大阪(预定2000年4月开始供应）

             占地面积 23,300m²

             ：安田生命大楼(预定2000年6月开始供应)

             占地面积 54,500m²

4.2 区域冷暖房设备能力

˙吸收式冷冻机              ：3台 2,700RT

˙电动螺旋式冷冻机(制冰型)　：4台 152RT

  系统（储冰槽）           ：2座 1,500RTh

˙电动离心式冷冻机         ：1台 580RT

                          (制冰时 365RT)

（储冰槽）                 ：4座 4,300RTh

˙炉筒烟管式锅炉           ：2台 10 t/h

第Ⅱ期工事工厂增强能力（预定平成12年3月31日完成）

˙电动离心式冷冻机　　　　　：2台 1,160RT

                          (制冰时 730RT)

（储冰槽）                 ：4座 ,300RTh

4.3 系统流程

图-4，图-5为本次导入储冰系统的流程。图-4为夜间制冰运转时从制冰泵浦→冷冻机→蓄冷槽的卤水流程。在蓄冷槽内，卤水由底部向上部流动，蓄冷管内的水由下方开始冻结制冰。

图-5为白天融冰及冷冻机追加运转的流程表示，从负荷端板式热交换器送出的卤水，部份被冷冻机冷却降温后，与蓄冷槽释冰运转降温的卤水合流后，再由融冰泵浦送至负荷端板式热交换器与负荷端的冰水做热交换。融冰泵浦以变频器进行流量控制，配合负荷量的变动，以电动阀开度调整进入蓄冷槽的卤水流量来控制融冰量。

4.4 机器的规格

表-1所示为机器的规格及能力，第Ⅰ期使用三段压缩离心式冷冻机，第Ⅱ期由于制造厂停止这型机器的制造，所以改采二段压缩的离心式冷冻机。虽然如此也尽可能缩小压缩叶轮尺寸来提高COP。同时在第Ⅱ期冷却水塔及热交换器的能力足够，COP提高，能适应负荷的变动。

5.运转实绩

以下的报告为第Ⅰ期竣工后于1996年7月开始运转的运转实绩，第Ⅱ期在本文完成时，因为尚未完工及缺乏运转数据，留待下回再做报告

5.1 最高出力实绩

系统的设计出力，为冷冻机追加运转时580RT，加上从蓄冷槽释冰量365RT（10小时平均释冰），合计为945RT。表-2 的数据中1小时最高的供应量曾经达3497Mcal（1156RT），比设计值增加22％。一天最高的供应量也曾经比 580 RT×14小时＋365 RT×10小时＝11770 RTH的设计值增加30％，为46053Mcal（15229 RTH）。

像这样短时间要能供给比设计值增加20~30％的出力，只有谋求COP的提升。1个月连续运转的结果，1120 Gcal/月 、相当于36 Gcal/日。

5.2 COP的实绩

表-3所示为系统的COP、冷冻机COP、能源效率、供给热量相当的CO2排放量、及原油换算消费能源量的计算结果。每年的成绩都有提升，要归功于运转监视最适化、变频控制可变流量、冷却水塔效率化运转及全负荷连续运转。另外，冷冻机单体的COP年平均值在4.13~4.46的程度，图-6为各指数提升的结果。

图-7为8月31日的卤水温度与冷冻机COP，系统的COP的关系表示图。卤水温度低下时，COP值明显的降低，所以卤水温度控制在需求温度以上是相当重要的。

6.结语

以上所示为1996年竣工的储冰系统的运转实绩，COP及能源效率均获得较设计值高的成效，今后将继续积极从事效率的改善。本年4月第Ⅱ期工程投入运转后，将继续收集分析运转数据，以建造效率优良的储冰系统。

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