HVAC中國(guó)蓄冷空調(diào)工程應(yīng)用調(diào)查分析研究2011—2015

1、HVAC 】中國(guó)蓄冷空調(diào)工程應(yīng)用調(diào)查分析研究（ 20112015)1 調(diào)研范圍本次調(diào)研對(duì)象主要為規(guī)程參編企業(yè)，同時(shí)也涵蓋了標(biāo)準(zhǔn)編制組以外的業(yè)內(nèi)有影響力的單位。本次調(diào)研統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要以生產(chǎn)蓄冷裝置企業(yè)的蓄冷容量來(lái) 體現(xiàn)，即項(xiàng)目數(shù)量最終都通過(guò)蓄冷裝置來(lái)體現(xiàn)。2 調(diào)研內(nèi)容 考慮到對(duì)于 2010 年以前的中國(guó)蓄冷行業(yè)的 發(fā)展已經(jīng)有相關(guān)單位和個(gè)人作了統(tǒng)計(jì)和調(diào)研，加之本次調(diào)研 時(shí)間有限，故本次調(diào)研項(xiàng)目限定為 2011年 1月至 2015年 6月完成施工并調(diào)試完畢的蓄冷工程（本文中所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí) 間段如無(wú)特別說(shuō)明均為該時(shí)間段） 。本次調(diào)研方式主要為向 行業(yè)內(nèi)有影響力的單位發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷和表格，然后對(duì)返回問(wèn)卷和表

2、格進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)。對(duì)于重點(diǎn)企業(yè)和重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行了技術(shù)和項(xiàng)目案例的二次調(diào)研。調(diào)研內(nèi)容包括蓄冷項(xiàng)目名稱(chēng)、項(xiàng)目地點(diǎn)、項(xiàng)目開(kāi)展時(shí)間、建筑面積、項(xiàng)目設(shè)計(jì)日蓄冷 量、項(xiàng)目蓄能裝置品牌、 項(xiàng)目系統(tǒng)配置以及項(xiàng)目投資情況等。項(xiàng)目種類(lèi)包括冰蓄冷和水蓄冷（單純的水蓄熱不在此次調(diào)研 范圍內(nèi)）。從反饋的信息來(lái)看，各家信息基本符合調(diào)研初衷 和目的，最后得出的結(jié)論也符合相關(guān)的要求。3 調(diào)研結(jié)果 通過(guò)對(duì)調(diào)查問(wèn)卷的整理，總結(jié)出 2011 年 1月至 2015 年 6 月中國(guó)蓄冷空調(diào)行業(yè)發(fā)展情況。3.1 蓄冷技術(shù)應(yīng)用總量中國(guó)蓄冷空調(diào)行業(yè)的總項(xiàng)目為239項(xiàng)，總蓄冷量為1 004萬(wàn)kW - h。涉及投資近80億元。3.2 蓄冰與水蓄冷

3、總量統(tǒng)計(jì)本次調(diào)研對(duì)蓄冰項(xiàng)目和水蓄冷項(xiàng)目進(jìn)行了嚴(yán)格的區(qū)分， 其中冰蓄冷項(xiàng)目共實(shí)施 190項(xiàng)，設(shè)計(jì)日總蓄能量839.5萬(wàn)kW h;水蓄冷項(xiàng)目共實(shí)施 49項(xiàng)，設(shè)計(jì)日總蓄能量164.4萬(wàn)kW - ho3.3 項(xiàng)目規(guī)模及應(yīng)用形式分布情況冰蓄冷中各種蓄冷模式容量和所占比例分別為：外融冰，141.3萬(wàn)kW -h, 17%;封裝冰，96.5萬(wàn)kW - h, 11%;動(dòng)態(tài)制冰，34.8萬(wàn)kW - h,由于在調(diào)研廠家4%;內(nèi)融冰，566.9 萬(wàn) kW h, 68%o中少數(shù)廠家無(wú)法按逐年提供項(xiàng)目數(shù)據(jù)，只能提供項(xiàng)目實(shí)施大 致時(shí)間，本次調(diào)研無(wú)法對(duì) 20112015年內(nèi)每年蓄冷項(xiàng)目的變化作詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)。本次調(diào)研僅以數(shù)據(jù)較為

4、完整的1個(gè)企業(yè)為例，介紹蓄冷項(xiàng)目的逐年變化。3.4 項(xiàng)目地域分布情況通過(guò)對(duì)目前實(shí)施項(xiàng)目所在地進(jìn)45廣東，34項(xiàng)；江蘇，27項(xiàng)；安徽， 13項(xiàng)；湖北， 10項(xiàng)；海南，4項(xiàng)；陜西，3項(xiàng)；河北，12項(xiàng)；吉林，1 項(xiàng);山東，行統(tǒng)計(jì)，得出國(guó)內(nèi)蓄冷空調(diào)項(xiàng)目地理分布，如下：北京， 項(xiàng)；天津， 10 項(xiàng)；上海， 12 項(xiàng)；重慶， 5 項(xiàng)；浙江， 30 項(xiàng)；8 項(xiàng)；四川， 5 項(xiàng)；遼寧， 4 項(xiàng)；江西， 3 項(xiàng)；福建， 10 項(xiàng)； 黑龍江，1項(xiàng)；廣西，2項(xiàng)；總計(jì)239項(xiàng)。4 累計(jì)數(shù)據(jù)及中日韓三國(guó)蓄冷空調(diào)工程應(yīng)用關(guān)鍵數(shù)據(jù)比對(duì)前述為我國(guó)2011年1月至2015年6月蓄冷項(xiàng)目調(diào)研情況匯總，結(jié)合 2011 年前其他學(xué)者

5、進(jìn)行的相關(guān)調(diào)研對(duì)我國(guó)所有蓄冷項(xiàng)目累計(jì)情況進(jìn)行匯總。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，截至 2015 年 6月，中國(guó)蓄冷項(xiàng)目總量是 1 133項(xiàng)。其中971 項(xiàng)為冰蓄冷，162項(xiàng)為水蓄冷。相應(yīng)總?cè)萘繛?2 600萬(wàn)kW - h,近5年總?cè)萘繛? 230萬(wàn)kW h。由于在調(diào)研中較難精確統(tǒng)計(jì)蓄冷項(xiàng)目的空調(diào)負(fù)荷移峰量，經(jīng)過(guò)初步估計(jì)，我國(guó)所有蓄冷項(xiàng)目的 冷負(fù)荷移峰量約為 1.6 GW。 1 133 個(gè)項(xiàng)目分布最多的省市依 次為：北京， 161 項(xiàng)；江蘇， 1 39項(xiàng)；廣東， 139 項(xiàng)；浙江，135 項(xiàng)；上海， 73 項(xiàng)；湖北， 62 項(xiàng)；山東， 55 項(xiàng)。我國(guó)蓄冷空調(diào)工程累計(jì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)與日本和韓國(guó)的累計(jì)情況進(jìn)行發(fā)現(xiàn)：1 )我國(guó)

6、雖然國(guó)土面積和建筑體量遠(yuǎn)超日韓兩國(guó)，蓄冷項(xiàng)目數(shù)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于兩國(guó)。說(shuō)明蓄冷技術(shù)在中國(guó) 的推廣還不是很成熟。而中國(guó)的電力負(fù)荷系數(shù)與兩國(guó)相當(dāng)， 峰谷電價(jià)優(yōu)勢(shì)較兩國(guó)也更為明顯。之所以造成現(xiàn)有局面，根 本在于社會(huì)大眾對(duì)該技術(shù)的理解和接受程度有限，相關(guān)從業(yè)人員仍需要加大推廣力度。同時(shí)也說(shuō)明蓄冷事業(yè)在中國(guó)發(fā)展大有可為。2)中國(guó)的蓄冷空調(diào)激勵(lì)政策主要還是依靠峰谷電價(jià)，即希望用戶(hù)通過(guò)運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省來(lái)收回增加的投資，而較少采用其他兩國(guó)使用的直接對(duì)初投資補(bǔ)貼的措施。相對(duì)日韓兩國(guó)，中國(guó)蓄冷空調(diào)激勵(lì)政策力度不足，可執(zhí)行性有限，政策延續(xù)性較差，這些是制約蓄冷空調(diào)技術(shù)發(fā)展的重要因素。3）日韓兩國(guó)在蓄冷空調(diào)項(xiàng)目數(shù)量上遠(yuǎn)超中國(guó)

7、，蓄冷空調(diào)移峰負(fù)荷上卻與中國(guó)差異不大，究其原因?yàn)樾罾淇?調(diào)在中國(guó)的應(yīng)用還是以大型應(yīng)用為主，而日韓兩國(guó)項(xiàng)目規(guī)模 較小。這與兩國(guó)在小型化蓄冷裝置上的大量研發(fā)密不可分。小型化的蓄冷空調(diào)技術(shù)在中國(guó)推廣未來(lái)可能會(huì)有較大空間， 中國(guó)蓄冷空調(diào)行業(yè)在小型化技術(shù)上的研發(fā)和推廣應(yīng)更加深入。5 調(diào)研成果分析及問(wèn)題匯總 5.1調(diào)研成果分析對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)得出如下結(jié)論：1）近年來(lái)，我國(guó)的蓄冷空調(diào)項(xiàng)目數(shù)量有了較大的增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從20 世紀(jì) 90年代初到 2005 年我國(guó)蓄冷工程數(shù)量約為 400 個(gè)；而 2011 年1 月至 2015 年 6 月不到 5 年的時(shí)間內(nèi)， 國(guó)內(nèi)建設(shè)的蓄冷項(xiàng)目已達(dá)239項(xiàng)，設(shè)計(jì)日蓄冷量超

8、過(guò) 1 000萬(wàn)kW h,涉及投資近 80 億元。2）在我國(guó)蓄冰領(lǐng)域中， 外資品牌占比較大。國(guó)產(chǎn)品牌中， 僅有少數(shù)能達(dá)到類(lèi)似規(guī)模。 蓄冰行業(yè)的發(fā)展中，形成少數(shù)幾家較大的局面。水蓄冷行業(yè)則是國(guó)產(chǎn)品牌占比較大。3）從蓄冷方式來(lái)看，盤(pán)管內(nèi)融冰系統(tǒng)占比最高，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)項(xiàng)目均為內(nèi)融冰。盤(pán)管外融冰因其獨(dú)特的技術(shù) 特點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少， 也僅有少數(shù)廠家具有生產(chǎn)能力。但是，應(yīng)該注意到盤(pán)管外融冰技術(shù)應(yīng)用的項(xiàng)目數(shù)量雖然較少，總蓄能量卻占有一定比例。這是由于盤(pán)管外融冰技術(shù)般應(yīng)用在較大型項(xiàng)目中，如區(qū)域供冷等。4）封裝冰蓄冷系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)也有一定的發(fā)展，部分特色廠家所有項(xiàng)目均為 封裝冰蓄冷系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)制冰得到了一定層面

9、的發(fā)展，個(gè)別廠 家在這個(gè)領(lǐng)域作出了較大的貢獻(xiàn)，目前有 20 多個(gè)項(xiàng)目案例。5）從項(xiàng)目規(guī)模上看，蓄冷項(xiàng)目有大型化的發(fā)展趨勢(shì)。蓄冷在區(qū)域供冷中應(yīng)用越來(lái)越多。設(shè)計(jì)日蓄冷量3.5萬(wàn)kW h以上項(xiàng)目達(dá)到43%之多。設(shè)計(jì)日蓄冷量 10.5萬(wàn)kW h以上甚至17.5萬(wàn)kW - h以上項(xiàng)目也越來(lái)越多。如天津某能源中心項(xiàng)目規(guī)模在35萬(wàn)kW h左右。6）從地域分布來(lái)看， 蓄冷空調(diào)在北京、廣東、江蘇、浙江等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集、電力緊缺的省市應(yīng)用較多，在我國(guó)的西北部地區(qū)應(yīng)用則較 大規(guī)模的推廣。少。7）水蓄冷技術(shù)與熱泵等技術(shù)結(jié)合，得到了越來(lái)越5.2 存在問(wèn)題分析 盡管從時(shí)間維度來(lái)看， 蓄冷項(xiàng)目近年 來(lái)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，但

10、蓄冷項(xiàng)目在集中空調(diào)項(xiàng)目總量中所占 的比例仍然很低，根據(jù)近年的測(cè)算，每年新建公共建筑中采 用蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的比例僅為 1%左右，因此蓄冷技術(shù)的推廣還有很長(zhǎng)的路要走，也可以說(shuō)存在極大的發(fā)展?jié)摿?。調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于近年來(lái)相關(guān)補(bǔ)貼政策和地方峰谷電價(jià) 落實(shí)不到位，很多生產(chǎn)廠家在蓄冷設(shè)備的發(fā)展上陷入停滯狀 態(tài)甚至退出了這個(gè)行業(yè)。一些廠家將研發(fā)和投入轉(zhuǎn)向了國(guó)家 熱點(diǎn)的建筑可再生能源領(lǐng)域。從蓄能設(shè)備生產(chǎn)廠家的數(shù)量上 來(lái)看，總量是在減少的，行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出高度聚合的態(tài)勢(shì)。蓄冷空調(diào)項(xiàng)目的推進(jìn)仍集中在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的城市，在經(jīng)濟(jì) 較為落后的區(qū)域發(fā)展較為緩慢，甚至有些城市即使是在負(fù)荷 特性較適合蓄冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用，電力峰

11、谷效應(yīng)也較明顯的情況下，仍然項(xiàng)目應(yīng)用較少。主要原因是建筑和電力部門(mén)不協(xié)調(diào)，各自訴求和出發(fā)點(diǎn)不盡相同。蓄冷項(xiàng)目的推廣與各個(gè)地區(qū)的負(fù)荷特性的關(guān)系遠(yuǎn)達(dá)不到國(guó)家補(bǔ)貼政策和峰谷 電價(jià)的落實(shí)帶來(lái)的效應(yīng)明顯。北京作為中國(guó)蓄冷項(xiàng)目推進(jìn)最 好的城市，究其原因就是政策扶持力度較大。因此，各個(gè)地 區(qū)政府應(yīng)根據(jù)自身用電情況，合理制定補(bǔ)貼和峰谷電價(jià)政策，推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展。6 大型蓄冷空調(diào)工程應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)通過(guò)調(diào)研分析可知，蓄冷項(xiàng)目有大型化的發(fā)展趨勢(shì)。蓄冷技術(shù)在區(qū) 域供冷項(xiàng)目中的應(yīng)用越來(lái)越多，規(guī)模越來(lái)越大，影響力也在 逐步提升。 這些發(fā)展趨勢(shì)也是 規(guī)程 修編應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)。針對(duì)此趨勢(shì)，筆者所在研究團(tuán)隊(duì)對(duì)目前國(guó)內(nèi)的

12、數(shù)十個(gè)結(jié)合冰 蓄冷技術(shù)的區(qū)域供冷項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合理論分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)此類(lèi)項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)分析歸納如下。6.1 冰蓄冷和區(qū)域供冷結(jié)合技術(shù)優(yōu)勢(shì)突出根據(jù)規(guī)程相關(guān)專(zhuān)題理論分析和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析總結(jié)可知：對(duì)北京、上海、深圳等采用峰谷電價(jià)的城市，在峰谷電價(jià)和設(shè)計(jì)合理的前提，采用冰蓄冷能節(jié)省 30以上的運(yùn)行費(fèi)用， 靜態(tài)投資回收 期能控制在 5 年內(nèi)。一般在合理的蓄冷率下，采用冰蓄冷甚 至可以節(jié)約15 %20%的初投資。6.2 準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)負(fù)荷分析是大型蓄冷項(xiàng)目設(shè)計(jì)的必要條件 蓄冰空調(diào)系統(tǒng)的本質(zhì)為空調(diào)制備冷量在時(shí)間上的轉(zhuǎn)移。因 此，充分了解蓄冷系統(tǒng)中建筑負(fù)荷逐時(shí)分布的特點(diǎn)及規(guī)律是 系統(tǒng)配置以及制定運(yùn)行策

13、略的前提。而大型區(qū)域供冷項(xiàng)目 中，冷源設(shè)備類(lèi)型和數(shù)量均較多，系統(tǒng)投資較大，運(yùn)行和控 制策略較為復(fù)雜。只有在掌握供應(yīng)區(qū)域的建筑負(fù)荷特點(diǎn)的前 提下，才有可能進(jìn)行系統(tǒng)的合理配置和制定恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)行策 略。根據(jù)目前大型區(qū)域供冷項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)配置和運(yùn)行策略 制定階段，應(yīng)按 100%，75%，50%， 25%設(shè)計(jì)負(fù)荷列表給出蓄能釋能周期的逐時(shí)運(yùn)行模式和負(fù)荷分配。在有條件時(shí)， 應(yīng)采用動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬計(jì)算軟件進(jìn)行全年逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算，并結(jié) 合峰谷電價(jià)和蓄能釋能周期進(jìn)行能耗和運(yùn)行費(fèi)用分析，以及 全年移峰電量的計(jì)算。6.3 設(shè)計(jì)冰蓄冷系統(tǒng)時(shí)蓄冷率和削峰率應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注 大型區(qū)域供冷項(xiàng)目中采用冰蓄冷技術(shù)能一定程度上削減設(shè) 備裝機(jī)容

14、量，進(jìn)而降低系統(tǒng)初投資，這對(duì)于投資巨大的區(qū)域 供冷項(xiàng)目是非常重要的。冰蓄冷系統(tǒng)的削峰量（裝機(jī)容量的 減少）取決于蓄冷率。合理的做法是在動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)，按照不同的蓄冰率制定不同的技術(shù)方案，根據(jù)不同方案的初投資和運(yùn)行費(fèi)用綜合比較得出最終的蓄冷率。蓄冷率 越高，削峰率一般越大，系統(tǒng)全年負(fù)荷轉(zhuǎn)移率也就越高。般而言，在蓄冷率較小時(shí)，系統(tǒng)全年負(fù)荷轉(zhuǎn)移率和削峰率變化較大，當(dāng)蓄冷率增大到一定程度時(shí)，變化逐步減小直至趨于平緩。因此，蓄冰項(xiàng)目一般存在最佳蓄冷規(guī)模。目前國(guó)內(nèi)區(qū)域供冷中蓄冷率一般取 20% 40%，削峰率一般取 30%50%。在實(shí)際項(xiàng)目中，應(yīng)根據(jù)具體情況，結(jié)合動(dòng)態(tài)負(fù)荷曲線制定合理的蓄冷率。6.4

15、動(dòng)態(tài)蓄冷和釋冷速率應(yīng)作為設(shè)計(jì)重要參考依據(jù) 于冰蓄冷系統(tǒng)，需關(guān)注蓄冷設(shè)備的蓄冷和釋冷速率，很多工程未注意到這個(gè)問(wèn)題，導(dǎo)致未達(dá)到預(yù)想的冰蓄存和取用效果。不同的蓄冷裝置蓄冷、釋冷特性不同。同一蓄冷裝置，隨著蓄冷量的增加，蓄冷速率一般會(huì)有所下降，所需要 的蓄冷溫度也隨之降低；釋冷時(shí)，隨著釋冷量的增加，釋冷 速率下降，釋冷溫度隨之上升。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)由制造廠商提供詳 細(xì)的蓄冷、釋冷特性曲線圖表作為設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)。修訂的規(guī)程也將增加相關(guān)規(guī)定，明確動(dòng)態(tài)蓄冷和釋冷速率數(shù)據(jù)應(yīng)作為蓄冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)。6.5 水力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)大溫差輸送是區(qū)域供冷結(jié)合冰蓄冷的一個(gè)重要特性。國(guó)內(nèi)目前區(qū)域供冷結(jié)合冰 蓄冷

16、的項(xiàng)目大多數(shù)采用串聯(lián)系統(tǒng)、主機(jī)上游的方式。為提高 夏季制冷供回水溫差，降低輸送能耗，一般采用盤(pán)管外融冰直接供冷。系統(tǒng)輸送溫差一般大于8 C,甚至達(dá)到12 C以上。為適應(yīng)各末端用戶(hù)系統(tǒng)阻力差異較大并為減少輸送能耗，空調(diào)水系統(tǒng)一般采用多級(jí)變頻泵系統(tǒng)形式。部分項(xiàng)目 在此基礎(chǔ)上采用以泵代閥和末端用戶(hù)處混水加壓的理念降 低系統(tǒng)輸配能耗。根據(jù)數(shù)個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知， 合理控制供冷半徑，采用大溫差輸送結(jié)合多級(jí)變頻泵技術(shù)，可以將冷水輸配能耗控制在系統(tǒng)總能耗的20甚至 15以?xún)?nèi)。6.6 優(yōu)化的控制策略是保證系統(tǒng)高效運(yùn)行的重要手段 通過(guò)調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)采用冰蓄冷的區(qū)域供冷項(xiàng)目中 冰蓄冷運(yùn)行水平普遍不高，基本都存在一定的運(yùn)行優(yōu)化空 間。目前很多項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行策略為制冷機(jī)優(yōu)先或者蓄冷優(yōu) 先。少數(shù)項(xiàng)目能做到設(shè)計(jì)日負(fù)荷工況采用主機(jī)優(yōu)先的運(yùn)行策 略；非設(shè)計(jì)日負(fù)荷工況條件下，在保證全天供冷溫度滿足要求的前提下，采用融冰優(yōu)先的運(yùn)行優(yōu)化控制方式。鮮有項(xiàng)目能做到結(jié)合負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)的優(yōu)化控制。根據(jù)調(diào)研可知，有些項(xiàng)目?jī)H僅通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行策略，可實(shí)現(xiàn)節(jié)省年運(yùn)行費(fèi)用30以上。因此，蓄冷系統(tǒng)的控制系統(tǒng)非常重要，但在目前智能化