儲冰空調系統簡介
物質發生相態變化(phase change)時所吸收或釋放的熱能稱為潛熱(latent heat)，例如每公斤(kg)的冰變成水需要吸收80 kCal (千卡)的熱量，濳熱變化過程物質溫度是維持恆定。物質發生溫度變化時所吸收或釋放的熱能稱為顯熱(sensible heat)，如較高溫的水降低溫度需要向外界釋放熱能而使外界溫度升高，每公斤(kg)水發生1℃的溫度變化會向外界吸收或釋放1 kCal (千卡)的熱能，例如，0℃的水變成5℃水則需吸收5kCal的熱量。利用相態變化或溫度變化就可以進行熱能儲存(thermal storage)，儲冰水蓄冷就是利用水的溫度變化以顯熱將冷量儲存起來，而儲冰蓄冷就是以濳熱儲存冷能。
同一物質的潛熱能量遠大於顯熱蓄能量，因此採用潛熱蓄能方式將有效減少儲存介質的用量與設備體積，這也是為甚麼儲冰蓄冷比儲冰水蓄冷更廣泛應用的道理。
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儲冰空調是利用水作為儲冷介質，在平日電力離峰時段(目前是晚上12點至隔天早上9點)；或星期假日全日24小時離峰電力時段運轉制冰機，以0℃以下低溫冷媒或鹵水循環，將儲冰槽內的水凍結成冰儲存大量冷能；當白天電力需求尖峰期間有空調需求時，系統就以較少的電力運行泵浦，進行儲冰槽融冰釋冷供應冷房需求，如此可大幅降低尖峰時段空調用電量。所以採用儲冰空調的目的，就是要將原本尖峰空調所需大部分用電移轉到夜間離峰用電時段。
舉例來說，參考建築物典型全日用電時間趨勢圖，採用一般空調系統之建築物總尖峰用電量約需1,520kW；當空調系統改採用儲冰系統，則因為可以將製冷用電（製冰機、冷卻水塔及部分泵浦用電）約600kW移轉到夜用間電離峰時段；尖峰最高需量就可以降低至920 kW，也就是電力契約容量可大幅降低。
儲冰空調系統適用於冷負荷變動較大(賣場或百貨公司)、冷負荷高峰與電力相同(辦公大樓)、冷負荷大且持續時間短(展覽館或劇院)、冷負荷大且多數集中在白天(食品加工廠)、既有空調不能滿足負荷等之場所。
一般空調系統用電時間趨勢圖
儲冰空調系統用電時間趨勢圖
在儲冰系統中，儲冰槽(ice storage tank)功用是於離峰時間，透過鹵水機將儲槽內的水結冰蓄存大量冷能，當白天尖峰時期需空調時，則融冰釋放冷能供應空調，所以它是一個被動的熱儲能裝置(thermal storage unit)，但它卻扮演著很重要的角色。板式熱交換器(plate heat exchanger,HEX)是作為較低溫鹵水與較高溫之負荷端回水作熱交換用，目的是將負荷端之熱量帶至儲冰槽或主機以產生降溫功能，而變頻裝置(variable-frequency drive)及各種電動閥，就是用以各種工作狀況變化時，用以調節水量、風量與變化管路系統流程，以確保工況正常與較高效率運行。
儲冰系統離峰運轉儲冰蓄冷
儲冰系統尖峰運轉融冰供冷
各種空調系統概要比較
如果尖峰時段空調全部以融冰來供應，則稱為全量儲冰系統；這種系統在供應空調期間不啟動主機，只運轉融冰泵浦及二次側設備如送風機或空調箱等，因此可移轉最多的尖峰用電，不過也需設置較高的設備與電力容量，其投資效益較低，必須評估考量。
若尖峰時段部分空調須以冰水機或製冰機空調模式來補充供應，則稱為分量儲冰系統。此系統在空調供應期間，必須依據建築物空調負荷需求，調配融冰及主機運轉供冷來符合冷房需求，雖只能移轉部分尖峰用電，但其相關設備與電力容量則可降低，也可提高設備使用率，避免過多的前期投資，各系統與一般空調差異比較如表說明。
台灣地處亞熱帶，夏季較長且炎熱，空調已經成為一般生活必需品或是維持產能及良率不可或缺的基本需求，這也造成夏季尖峰負載容量過高，一直是台灣電力系統揮之不去的噩夢。我們從台灣歷年最高尖峰負載與備載容量變化趨勢圖發現，尖峰最高需求量有逐年增加趨勢；根據台電的電力負載預測，未來十年的用電成長率超過百分之三，也就是說每年必須增加約一百二十萬千瓦的電源；但目前環保抗爭嚴重、核能安全又有疑慮與用地取得困難等諸多因素，使台電興建電廠的阻力越來越高，將造成供電量不足之疑慮。
台灣歷年最高尖峰負載及備載容量變化趨勢圖
由於空調用電一般佔建築物總用電約40~50％，採用儲冰空調系統，將部分尖峰負載移轉到離峰時間以平衡尖離峰需求，可有效解決尖峰電力不足及供電系統不平衡的問題；同時能減少發電設備的閒置且提高發電效率，也可降低使用石化燃料發電所產生之碳排放量，使用者更可享受台電公司訂定分時電價結構和許多相關優惠等政策，所以儲冰空調是相當值得推廣的系統！
儲冰空調系統優勢
減少尖峰用電量
據台電公司統計，國內空調用電佔夏月尖峰用電約30%，而空調冰水主機用電又佔空調用電約50~70%；所以為了白天可以供應空調，我們就需要較多的尖峰用電量及較高的電力契約容量。當我們設置儲冰系統後，利用夜間電力離峰時段儲冰蓄冷，尖峰時段再融冰供應冷房需求，將可大幅減少或甚至避免尖峰時段再啟動冰水機，移轉了尖峰用電就可以減少申請電力契約容量。如圖所示，某全量儲冰系統及分量儲冰系統之實測電力曲線，可以很明顯看出來採用儲冰系統，將只使用少量的尖峰電力，而將大部分尖峰電力移轉至離峰時段。
另外，為了提高電力系統安全備載容量，台電需要增設發電機組或增建發電廠，但這些發電設備往往又因為尖峰時段不長，而可能長時間停機備用而已，這樣可能造成資源浪費。採用儲冰系統將尖峰用電移轉到離峰時段，也就不需要多增設發電機組即可有效提高電力備載容量，而且因為負載平均，也可提高發電機組使用率，避免資源浪費。
空調系統循環可移轉尖峰用電能耗分析
時間(HH:MM)
時間(HH:MM)
冷凍能力(RT)
冷凍能力(RT)
某案全量儲冰系統全日電力用量曲線
某案分量儲冰系統全日電力用量曲線
節省空調電費
儲冰系統採用夜間離峰電力進行儲冰蓄冷，除離峰電價較低外，台電針對採用儲冰空調系統且適用時間電價計費之電力用戶，如果儲冰有關各項設備以單獨回路供電及申請單獨設戶或加裝離峰分表，將再給予離峰電價六折優惠，所以長期運行下來可節省可觀流動電費，降低操作成本。
儲冰系統採用較低價的離峰電力，同時台電公司又給予儲冰空調離峰電價6折優惠以作為獎勵。以最近一次2022年7月1日公告之高壓二段電價來說明。由台電高壓兩段式電價表分析圖可知，夏月尖峰時段每度電價為4.00元，離峰每度電價為1.68元，儲冰優惠電價每度為1.008元；採用儲冰空調比採用傳統中央空調系統，每度電可節省2.992元，約尖峰電價之74.8%，可見儲冰系統可大幅度節省流動電費。
在基本電費方面，儲冰系統是利用夜間不使用的電力(契約容量)儲冰，因此可減少尖峰契約容量，以圖表示計算說明，移轉500kW的契約容量，每年即可省下1,143,150元，同時新設電力系統可減免1,759元/kW之線路補助費用。如果尖峰契約容量不足以供應夜間離峰儲冰蓄冷時，可另行申請離峰契約容量，夏月尖峰基本電費為223.6元/kW；離峰基本電費為44.7元/kW，每年可節省80%基本電費，以500kW計算的話，每年約可節省891,840元。因此，採用儲冰系統可有效節省電費。
台電高壓兩段式電價(2022/07/01)表分析
夜間儲冰電價相對較低，所以如果將來電價要進行調漲，對採用儲冰空調系統者影響程度相對較小。以歷年電價調整趨勢圖來說明，過去十幾年來台電公司夏月電費調漲趨勢來說明，從民國91年至111年這二十年來，高壓二段式尖峰電價由1.96元調漲至4.00元，共調漲了2.04元；儲冰優惠離峰電價由0.58元調漲至1.01元，優惠離峰電價共調漲0.43元，尖離峰價差從1.38元提高到2.99元。高壓三段式尖峰電價，從3.06元調漲至5.31元，共調漲了2.25元；儲冰優惠離峰電價由0.53元調漲至0.95元，優惠離峰電價共調漲0.42元，尖離峰價差從2.54元提高到4.36元；以一個生命週期為20年之中央空調系統來說，電費之調漲對儲冰空調系統操作成本的影響遠低於一般中央空調系統。
二段高壓用電歷年夏月電價調漲趨勢圖
三段高壓用電歷年夏月電價調漲趨勢圖
一般空調系統設計是以夏月設計日最尖峰冷房需求量，同時考量部分容量裕度為基準；但最尖峰冷房需求往往占不到全年空調百分之五的時數，所以空調系統大部分時間是以部分負載運行或是停用某些設備，這樣可能造成部分設備長期閒置而浪費投資，但依然需要定期花費保養維護。
儲冰空調系統冷能供應調整具備一定彈性；幾例來說，如果當初系統設計為50%分量儲冰，將來冷房需求沒那麼高時，就會變成60%或70%分量儲冰；相反，如果冷房需求超過原預估量，或將來因擴充而增加需求量時，系統就可能變成40%分量儲冰；就系統設計而言，就是彈性的40%~70%分量儲冰系統，不會有過量設計或是供應量不足的問題，系統設備使用率較平均，且有一定的冷能擴充量又不會有閒置浪費投資之疑慮。
同時，因為夜間儲冷及日間供冷攤分了全日負載，同時也兼具備援的功能，因此無需選用太大的主機及附屬設備容量，可以減少電力申請與電力設備之容量申請，有效減少初置成本，讓整個空調與電力系統有最高的使用效益。
實現節能減碳
儲冰空調系統因夜間需要以低於零度以下的溫度進行儲冰，所以單位製冷能力會較耗能；但因為所蓄存的是零度以下的冰，讓我們可以善用低溫冷能的特性進行各種空調節能應用；其主要有調節融冰速率節能、大溫差低流量節能、低溫除濕節能...等。
所謂調節融冰速率節能就是利用「周期融冰調節技術」進行冷能的最大化運用，可不浪費任何的冷能。因為融冰具備冷能可調性且可快速供應冷房效果，再加上人體對溫度變化不會有立即明顯的感覺，因此我們可利用儲冰槽週期性降低融冰速率進行冷房需求管理，除可提高整體冷房使用量外，也能避免冷能浪費，讓所蓄存之冷能完全發揮其效果。
依據實務測試經驗，透過調控融冰速率約可提高15~25%或更高之冷能供應量，同時不會影響冷房舒適度。增加冷量供應也就可以減少夜間儲冰單位製冷能耗。同時，也因為低溫特性，所以在有急速與大量冷房需求時，如辦公室每日上班前或禮堂等開放空間集會等，儲冰系統可透過提高融冰速率極快速供應冷房需求，而無需提早開啟主機進行預冷而增加耗能！
週期間續融冰速率控制示意圖
大溫差低流量為空調系統常見之節能手法，一般空調系統是採用冷房7℃供水，12℃回水之5℃溫差設計；但為了節能需求，部分系統會設定操作條件在7℃出水，13℃回或甚至15℃回水，變成6℃或7℃溫差以降低流量，依據泵浦相似定律就可以算出可節省約42.2%及63.6%的耗能。不過因為台灣夏季屬於高溼高熱的天氣，所以回水溫度太高，雖然可以節能但卻將影響冷房舒適度。
儲冰空調係以冰儲存冷能，在適當融冰速率下，內融冰即可提供5℃冰水供應，因此系統可採7~8℃溫差運行，不但可以利用低溫供水提高除濕效果，又可降低泵浦流量節電；在確保冷房舒適度下，達成尖峰節能的雙重效益。同時，儲冰系統的低冷房負載調節能力與節能潛力更是優於冰水主機系統，因為只需要調整流控制流量即可因應低負載，更低流量代表更低的能耗，反而冰水機就必須考量其最低安全運行流量，同時某些壓縮機低載反而更耗能，因此考量因應全年空調負載變化下，採用儲冰系統明顯較具優勢。
泵浦變流量馬力數計算
儲冰系統運行溫度記錄資料
儲冰系統除節能外，還能減少減碳排放的二個主要原因，第一是儲冰系統夜間儲冷排熱，日間融冰供冷時是把熱量吸收到儲冰槽，而非排放到大氣環境，所以可以減少都市熱島效應；同時將尖峰用電轉移至離峰平衡電網，就會減少尖峰發電量，也就減少日間使用石化燃料發電的碳排放。如果再配合利用綠色能源，如目前國內正在大舉建置的風力發電，或是有限的不可再生資源(核能)，更可有效降低環境污染且有利於減碳。在儲能應用上，儲冰系統也屬於綠能產品之一。