上海某辦公樓冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析

1、上海某辦公樓冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析論文作者：錢(qián)以明摘要： 本文從制冷機(jī)和蓄冰容量、蓄冷空調(diào)系統(tǒng)模式等方面對(duì)上海某辦公樓冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析，得出以下結(jié)論：冰蓄冷制冷系統(tǒng)的裝機(jī)容量近乎減少一半，可以節(jié)省變電所增容費(fèi)和制冷機(jī)主機(jī)及其配套設(shè)備的投資；同時(shí)增加了蓄冰設(shè)備，該系統(tǒng)對(duì)均衡城市電網(wǎng)負(fù)荷，改善日益尖銳的電量供需矛盾無(wú)疑是一項(xiàng)有力的措施。 關(guān)鍵詞： 蓄冰空調(diào) 蓄冷空調(diào) 制冷機(jī)1、前言近幾年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民生活水科的不斷提高，暖通空調(diào)用電量日益增加，特別是夏季空調(diào)用電量占的比例愈來(lái)愈大，有的發(fā)達(dá)地區(qū)空調(diào)用電量已達(dá)到建筑用電量的40%以上，造成城市電力供需矛盾十分尖銳。解決

2、該矛盾的有效方法之一，是應(yīng)用蓄冰技術(shù)將空調(diào)用電從白天高峰期轉(zhuǎn)移到夜間低谷期，均衡城市電網(wǎng)負(fù)荷，達(dá)到削峰補(bǔ)谷的目的。我國(guó)各地電力部門(mén)近年來(lái)相繼推出了分時(shí)分級(jí)的計(jì)價(jià)方法，以鼓勵(lì)和促進(jìn)這種方法的實(shí)現(xiàn)，以緩和電力供應(yīng)緊張的情況，這無(wú)疑是一種戰(zhàn)略性的節(jié)電措施。1、空調(diào)冷負(fù)荷圖某辦公樓，地處上海，建筑面積4000m2，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的窗墻比0.4，層高3.6m，房間進(jìn)深6m。室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)：干球溫度26°C，相對(duì)濕度60%，人員密度0.2人/m2，總?cè)藬?shù)為560人，人體發(fā)熱量以116.3W/人計(jì)算。照明用電量30w/m2，新風(fēng)量按25m3/(h·人)計(jì)算。經(jīng)過(guò)計(jì)算，該辦公樓逐時(shí)冷負(fù)荷如圖1所示

3、。如果用BIN參數(shù)法計(jì)算上海地區(qū)供冷期間（6-9月）的負(fù)荷頻率分布，計(jì)算中圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均傳熱系統(tǒng)數(shù)按建筑面積取為4.51W（m2/K），冷負(fù)荷分布計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。辦公樓空調(diào)每天運(yùn)行時(shí)間為8：00-18：00，故6-9月全期運(yùn)行時(shí)間為1155h。2、制冷機(jī)和蓄冰容量2.1 制冷機(jī)制冷機(jī)容量和蓄冰運(yùn)行的操作模式有關(guān)表1 建筑物頻率冷負(fù)荷分布 BIN（溫度/°C）小時(shí)數(shù)（/h）冷負(fù)荷（W/m2）總負(fù)荷圍護(hù)結(jié)構(gòu)照明、人體新風(fēng)合計(jì)kwMWh361433.853.339.9126.3505.27.073346827.0453.338.9119.2476.832.423216020.353.332.

4、3105.9423.667.783026313.553.328.094.8279.299.73282386.7653.322.182.2328.878.2526192-53.39.362.6250.448.0824150-53.3356.9227.634.142270-53.3-合計(jì)1155367.472.1.1 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)：常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)容量NCS=PL（1）2.1.2 蓄冰式空調(diào)系統(tǒng)：蓄冰式空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)在空調(diào)工況和制冰工況運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，所產(chǎn)生的冷量應(yīng)滿足空調(diào)全日需冷量STH，KWh。（1）全蓄冷制冷機(jī)僅在離峰時(shí)制冷，滿足空調(diào)期間所需總冷負(fù)荷。NCS=STH/（K×HC）

5、（2）式中 K制冷工況時(shí)，主機(jī)制量占空調(diào)工況下制冷量的百分比。如果假定蒸發(fā)溫度每降低1°C，制冷能力下降3%，則制冰工況比空調(diào)工況制冷能力約下降30%，則制冰工況下比空調(diào)工況制冷能力約下降30%，另外考慮到夜間氣溫較低，冷凝溫度每降低1°C，制冷能力提高2%，如夜間氣溫下降4°C，則制冷能力提高8%，這時(shí)k=0.78左右。HC制冰時(shí)間，h。（2）部分機(jī)峰值和離峰期間均運(yùn)行制冷。NCS=STH/HD+R×HC（3）式中 HD空調(diào)工況制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)間，h。2.2 蓄冰槽容量蓄冰空調(diào)系統(tǒng)中制冰形式有各種各樣，以冷劑直接蒸發(fā)的冰盤(pán)管管外結(jié)冰為例，圖2所示為蒸發(fā)溫度

6、在-5.5-11.1°C范圍骨時(shí)結(jié)冰厚度和時(shí)蓄冰槽容積一般可按下式計(jì)算 Vm=SC/（cwwtC+iri（IPF）（4）式中 Vm蓄冰槽容積，m3SC蓄冰槽蓄冷量，KWh；cw，w水的比熱容，KJ/（Kg·K）和密度，Kg/m3；tC 蓄冰槽的利用溫差，°C；i，ri冰的填充率。 蓄冰槽蓄冷量與建筑物峰負(fù)荷，每日累積負(fù)荷和所選擇的運(yùn)行方式有關(guān)。全蓄冷時(shí)蓄冰量即為全日需冷量，SC=STH，kWh；部分蓄冷量蓄冰槽冷量為SC=STH-NCS×HD，NCS為空調(diào)工況機(jī)組制冷量，KW；HD為空調(diào)工況制冷時(shí)間，H。 本便全日需冷量STH根據(jù)圖1負(fù)荷計(jì)算為STH=4

7、138.4KWh，如果空調(diào)工況運(yùn)行時(shí)間HD=10h，則采用部分蓄冷方式時(shí)，所需制冷機(jī)容量：NCS=STH/（HD+R×HC）=4138.4/（10+0.78×10)=232.5KW考慮10%的安全系數(shù)，制冷機(jī)選用4V-12.5氨制冷配套設(shè)備，在空調(diào)工況下（to=5°C，tK=40°C）的制冷量277.9KW，則所需蓄冷槽蓄冷量，SC=1359.4KW。選用456KWh（40萬(wàn)kcal)的蓄冷槽3只。3、蓄冷空調(diào)系統(tǒng)模式圖3所示為采用直接蒸發(fā)式蓄冷槽的部分蓄冷空調(diào)制冰系統(tǒng)圖式。部分蓄冷空調(diào)制冰系統(tǒng)圖式。部分蓄冷時(shí)，制冷機(jī)利用夜間廉價(jià)電力度制冰。白天空調(diào)運(yùn)行

8、時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)所需冷量可與制冷機(jī)蒸發(fā)器和蓄存的冰水來(lái)提供，空調(diào)系統(tǒng)來(lái)的回水溫度12°C可以經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器冷卻后進(jìn)入系統(tǒng)，亦可與蓄冰槽來(lái)的冰水混合后進(jìn)入系統(tǒng)，由三通溫控調(diào)節(jié)閥（亦可用熱交換器代替）調(diào)節(jié)水量混合比保持供水溫度7°C左右。全蓄冷必須在夜間蓄存提供全日冷負(fù)荷的用冰量，在白天，蓄冰槽放出冷量來(lái)滿足用戶負(fù)荷需求。需要蓄冰槽容量大。增加投資和設(shè)備專(zhuān)用面積，適用于低谷電價(jià)特別低廉的地區(qū)。白天系統(tǒng)向用戶提供冷量時(shí)，蓄冷槽融冰方式有制冷機(jī)優(yōu)先供給，蓄冰槽優(yōu)先供給和按一定比例限量提供需求量等方法，這應(yīng)根據(jù)負(fù)荷變化大小和隨時(shí)間變化規(guī)律，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等因素決定。蓄冰蒸發(fā)器是否根據(jù)控制融冰的三

9、通混合閥和空調(diào)制冷蒸發(fā)器是否被旁通所決定，以此確定蓄冰槽優(yōu)先還是制冷機(jī)優(yōu)先的運(yùn)行原則。蓄冰槽優(yōu)先可充分發(fā)揮蓄冰槽冷能力和機(jī)組在滿負(fù)荷日變化大的場(chǎng)合，白天制冷機(jī)出力將隨著負(fù)荷變化而變化大的場(chǎng)合，從而降低了運(yùn)行過(guò)程中的COP值。因此，應(yīng)選用部分負(fù)荷性能好的制冷機(jī)。4、蓄冰空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析經(jīng)濟(jì)分析應(yīng)包括系統(tǒng)初投資、年運(yùn)行費(fèi)用以及制冷設(shè)備占有面積等?，F(xiàn)用本例與常規(guī)制冷系統(tǒng)投資費(fèi)用的區(qū)別。表2 投資表用比較 萬(wàn)元 常規(guī)制冷系統(tǒng)部分冰蓄系統(tǒng)制冷機(jī)（8S-12.5）110KW10制冷機(jī)（4V-12.5)6.1蒸發(fā)式冷凝器21.18蒸發(fā)式冷凝器117蒸發(fā)器1.1蓄冰槽（3只）21.6儲(chǔ)氨器、集油器等1.8儲(chǔ)

10、氨器、集油器等1.3氨液分離器、緊急泄氨器1.3氨液分離器、緊急泄氨器0.9合計(jì)35.38合計(jì)41.64.1 年運(yùn)行費(fèi)用比較制冰工況與空調(diào)工況相比，由于蒸發(fā)溫度的不同，性能系數(shù)相應(yīng)降低（一般約10%左右），例如，（8A17）制冷機(jī)COOP為4.33和1.27,8AS-10制冷機(jī)COP為4.20和4.48，KA20-50螺桿機(jī)cop為4.2和4.48。計(jì)算制冷壓縮機(jī)單位軸功率的平均制冷量ke（不考慮部分負(fù)荷時(shí)影響）分別為:空調(diào)工況時(shí)，Ke=4.1KW/KW，制冰工況時(shí)Ke=3.1KW/KW，電機(jī)效率e=0.85，則能效比EER分別為4.1×0.85=3.485kw/kw和3.5c0.8

11、5=2.975kw/kw。根據(jù)表1，夏季（6-9月）供冷期間（1155h）空調(diào)冷負(fù)荷為367.47MWh，則常規(guī)系統(tǒng)的期間電耗367.47/3.487=105.4MWh。部分蓄冷時(shí)，如果制冷機(jī)優(yōu)先供給白天制冷機(jī)供冷量244.9×1155=320.97MWH,白天電耗92.10MWh；夜間期間蓄冷供冷量46.50MWh。夜間電耗15.63MWh。晝夜總電耗107.73MWH。如果蓄冰槽優(yōu)先供給，夜間期間蓄冷供冷量157.02MWh，夜間電耗52.78MWh，白天制冷機(jī)供冷量210.46MWh，白天電耗60.39MWh，晝夜總電耗113.17MWh,結(jié)果匯總于表3。表3年運(yùn)行費(fèi)用比較 系

12、統(tǒng)晝夜用電量（6-9月）總用電量/MWh晝夜電費(fèi)/元白天夜間常規(guī)系統(tǒng)105.4-105.475708.6制冷機(jī)優(yōu)先蓄冷92.1015.63107.7371536.7蓄冷槽優(yōu)先蓄冷60.3952.78115.1761 620.7電費(fèi)按峰值0.718元/KWh，谷值0.36計(jì)算。5、結(jié)論5.1 從上例可見(jiàn)，冰蓄冷制冷系統(tǒng)的裝機(jī)容量近乎減少一半，可以節(jié)省變電所增容費(fèi)和制冷機(jī)主機(jī)及其配套設(shè)備的投資，同時(shí)增加了蓄冰設(shè)備；5.2 從運(yùn)行方面看，這空調(diào)系統(tǒng)的用電量起到了移峰填谷的作用（本例移峰電接近50%），在每年空調(diào)用電量以20%-30%速度猛增的形勢(shì)下，這對(duì)均衡城市電網(wǎng)負(fù)荷，改善日益尖銳的電量供需矛盾無(wú)疑是一項(xiàng)有力的措施。5.3 蓄冷系統(tǒng)所增加的投資與制冰設(shè)備的形式，制冰系統(tǒng)的運(yùn)行模式等因素有關(guān)，應(yīng)合理優(yōu)