冰蓄冷系统是一种通过利用夜间低谷电价时段制冰并储存冷量，在白天用电高峰时段释放冷量以满足空调或工业冷却需求的节能系统。其工作原理涉及制冷循环、蓄冷介质相变、冷量储存与释放三个核心环节，以下是详细解析：

一、冰蓄冷系统的核心组成与工作流程

1. 系统主要设备

制冷主机：常用螺杆式或离心式冷水机组，可在常规制冷模式（制水）和蓄冷模式（制冰）下切换。

蓄冰装置：储存冰和冷量的核心设备，分为静态蓄冰（如冰盘管、封装式冰球）和动态蓄冰（如冰片滑落式、冰晶式）两类。

热交换器：用于冷量传递，避免载冷剂（如乙二醇溶液）与空调系统直接混合。

控制系统：监测温度、流量、电价时段等参数，自动切换运行模式。

泵与管路：循环载冷剂和冷冻水，连接各设备。

2. 工作流程分阶段解析

（1）蓄冷阶段（夜间低谷电价时段）

制冷主机运行：主机以制冰模式工作，蒸发器温度降至 0℃以下，使蓄冰装置中的水或载冷剂冻结成冰。

能量转换：电能驱动压缩机，将热量从蓄冰装置转移至外界（通过冷凝器散热），水吸收冷量凝结为冰，储存显热和潜热（冰的相变潜热约 335kJ/kg，是蓄冷的主要能量来源）。

蓄冰装置状态：静态蓄冰中，冰盘管外表面逐渐结冰；动态蓄冰中，冰晶或冰片在蒸发器表面形成后滑落至蓄冰槽。

（2）释冷阶段（白天高峰电价时段）

冷量释放：空调系统需要冷量时，载冷剂（如 30% 乙二醇溶液）流经蓄冰装置，与冰发生热交换，冰融化吸收热量，使载冷剂降温。

温度控制：降温后的载冷剂通过热交换器，将冷量传递给空调系统的冷冻水（一般维持 5-7℃），用于空气调节或工业冷却。

主机协同运行：若冷量需求超过蓄冰装置储存量，制冷主机可切换至常规制冷模式，与蓄冰装置共同供冷（即 “基载主机 + 蓄冰” 模式）。

二、冰蓄冷系统的关键技术原理

1. 制冷循环与蓄冰模式的切换

常规制冷（制水）：蒸发器温度约 7℃，生产 7℃冷冻水直接供空调使用。

蓄冷模式（制冰）：通过调节膨胀阀开度、降低蒸发压力，使蒸发器温度降至 - 5~-10℃，水在蓄冰装置中冻结成冰。此时主机 COP（能效比）会略有下降（因蒸发温度降低），但因电价差仍可节能。

2. 蓄冷介质的相变蓄冷原理

相变蓄冷优势：水结冰时释放的潜热远大于显热（如 1kg 水从 20℃降至 0℃释放 84kJ 显热，而结冰释放 335kJ 潜热），因此蓄冰系统的单位体积蓄冷量（约 240-300kJ/L）远高于水蓄冷（约 50-60kJ/L），设备体积更小。

载冷剂的作用：为防止水在管道中结冰堵塞，蓄冰系统通常采用乙二醇溶液作为载冷剂，其冰点随浓度升高而降低（如 30% 乙二醇溶液冰点约 - 15℃），可安全循环并与冰换热。

3. 冷量释放的控制逻辑

完全蓄冷 vs 部分蓄冷：

完全蓄冷：夜间蓄冰量满足全天冷量需求，白天主机不运行，适用于峰谷电价差大、夜间负荷低的场景（如商场、体育馆）。

部分蓄冷：蓄冰量承担部分冷负荷（如 30%-70%），主机白天辅助供冷，适用于持续负荷较高的场景（如办公楼、工业车间）。

释冷效率优化：通过控制载冷剂流量和温度，确保冰均匀融化，避免局部过早融化导致冷量浪费。

三、冰蓄冷系统的典型应用场景与优势

1. 应用场景

商业建筑：商场、酒店、写字楼，利用夜间蓄冰降低白天空调用电负荷，减少电网压力。

工业冷却：化工、制药、食品加工等行业，需稳定低温冷却源，同时利用峰谷电价降低成本。

电网调峰：大型蓄冰项目可作为 “虚拟电厂”，缓解夏季用电高峰压力，享受电价激励政策。

2. 核心优势

节能降费：利用低谷电价（约为高峰电价的 1/3-1/2），降低运行成本，投资回收期通常为 3-5 年。

减小装机容量：蓄冰装置可分担部分冷负荷，主机容量可比常规系统减小 30%-50%，减少设备投资。

提高电网稳定性：转移用电负荷至夜间，缓解城市电网 “峰谷差”，符合低碳节能政策。

四、冰蓄冷系统与其他蓄冷方式的对比

五、冰蓄冷系统的技术挑战与优化方向

结垢与腐蚀：载冷剂长期运行可能导致管道结垢或金属腐蚀，需定期添加缓蚀剂并清洗系统。

融冰不完全：蓄冰装置设计不合理可能导致部分冰无法融化，影响蓄冷效率，需优化流道设计和布水均匀性。

智能化控制：通过物联网技术实时监测冰量、负荷和电价，动态调整蓄冷 / 释冷策略，进一步提升节能效果。

总之，冰蓄冷系统通过 “移峰填谷” 的能量管理模式，将电能转化为冷量储存并灵活释放，是实现建筑与工业节能的重要技术手段，尤其在电力供应紧张或峰谷电价差异显著的地区具有显著优势。