相變材料蓄冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

相變材料蓄冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)摘要：本文針對(duì)一種新型相變材料在蓄冷空調(diào)中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究，并與冰蓄冷系統(tǒng)和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了比較。分析結(jié)果表明：相變材料蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用最低，但初投資較高。如果相變蓄冷材料因批量生產(chǎn)而降低成本，則相變材料蓄冷空調(diào)技術(shù)將有著廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：相變材料蓄冷空調(diào)系統(tǒng)1前言冰蓄冷系統(tǒng)具有技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但需配置雙工況機(jī)組，且多數(shù)系統(tǒng)要增加乙二醇溶液為載冷劑的中間換熱裝置，增加了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制難度。同時(shí)，冰蓄冷系統(tǒng)制冰充冷時(shí)由于蒸發(fā)溫度比常規(guī)空調(diào)低8-10℃，冷機(jī)效率下降率達(dá)30%左右，是一種節(jié)費(fèi)不節(jié)能的空調(diào)方式。相變材料式蓄冷系統(tǒng)則可直接利用常規(guī)主機(jī)，較大程度地提高制冷機(jī)的COP值。由于目前已開(kāi)發(fā)出的可用于蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的相變材料尚較少，價(jià)格也相對(duì)較貴，因而進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析是相變材料蓄冷技術(shù)推廣應(yīng)用的前提。2經(jīng)濟(jì)性分析模型的簡(jiǎn)化本文采用的蓄冷介質(zhì)為自行研制的一種相變材料。相變溫度為8.2℃，相變潛熱184kJ/kg。為便于比較，作如下假設(shè)：（1）對(duì)于常規(guī)系統(tǒng)、冰蓄冷系統(tǒng)和相變材料系統(tǒng)三種方案，認(rèn)為空氣處理部分設(shè)備費(fèi)用相同，系統(tǒng)初投資僅考慮冷源部分。（2）相比較的冰蓄冷系統(tǒng)為應(yīng)用較為廣泛的冰球式系統(tǒng)，采用串聯(lián)、主機(jī)優(yōu)先的形式。（3）相變材料蓄冷系統(tǒng)擬采用串聯(lián)、主機(jī)下游的形式。（4）下標(biāo)0表示常規(guī)系統(tǒng)，1表示冰蓄冷系統(tǒng)，2表示相變材料蓄冷系統(tǒng)。3經(jīng)濟(jì)性分析數(shù)學(xué)模型3.1蓄冷系統(tǒng)主機(jī)容量的確定當(dāng)白天空調(diào)用制冷機(jī)容量恰好等于晚間蓄冷用制冷機(jī)容量,這時(shí)制冷機(jī)容量最小[1]。此時(shí)設(shè)蓄冷率。即（1）當(dāng)和時(shí)，制冷機(jī)容量分別按（2）和（3）式進(jìn)行計(jì)算。（2）（3）式中:——制冷機(jī)組容量,；——設(shè)計(jì)日總冷負(fù)荷,——制冷機(jī)的空調(diào)運(yùn)行時(shí)間,ｈ；——制冷機(jī)的充冷運(yùn)行時(shí)間,ｈ——制冰機(jī)組容量變動(dòng)系數(shù)媽3.2副情系統(tǒng)初投目資得系統(tǒng)初投變資由系統(tǒng)舍設(shè)備本身成的費(fèi)用、火機(jī)房設(shè)備蘆場(chǎng)地建筑扶物費(fèi)用和母電貼費(fèi)（蔥很多地區(qū)豎已取消電怎力增容費(fèi)英，故在此捉僅考慮電根貼費(fèi)）組湯成，即（4）修—托—米系統(tǒng)設(shè)備搶本身的費(fèi)非用傳組；壁—州—伯電貼費(fèi)晉—添—轟建筑物投趣資較常規(guī)拳系統(tǒng)的增貧加費(fèi)用（息機(jī)房設(shè)備毒場(chǎng)地）駁3.2.運(yùn)1勵(lì)效設(shè)備費(fèi)用下的確定室設(shè)備費(fèi)用抹按設(shè)備容匆量進(jìn)行估賠算，即用煩各設(shè)備容泳量乘以相繭應(yīng)的估算窮指標(biāo)爬[2]肯，并計(jì)入走設(shè)備運(yùn)雜亮費(fèi)和安裝剖調(diào)試費(fèi)。鴿蓄冷系統(tǒng)辨設(shè)備總費(fèi)付用為：皂=嘗+京+疏+火+渴+巷+單+潮+魂(5)照—丹—炭制冷機(jī)初密投資；的—盈—紛蓄冷設(shè)備錘費(fèi)用絲—搜—慰泵投資費(fèi)輔用；距—細(xì)—繭冷卻塔費(fèi)痰用灣—懇—網(wǎng)溶液及冷長(zhǎng)凍水管道孤費(fèi)用吹；塵嚼—器—朵冷卻水管早道費(fèi)用范—帳—?jiǎng)?chuàng)自控系統(tǒng)若費(fèi)用；有—貝—昨電力設(shè)備婚費(fèi)用副—蔑—釋板式熱交仁換器費(fèi)用監(jiān)對(duì)于冰蓄穩(wěn)冷系統(tǒng)+（6）冒—誕—娛負(fù)荷泵費(fèi)靜用；籠—球—駛制冷并充谷釋冷綜合光泵費(fèi)用；永—感—?dú)g冷卻水泵貌費(fèi)用誤對(duì)于高溫奇相變材料煉蓄冷系統(tǒng)努，無(wú)需板凍式換熱器秘和專門的菌負(fù)荷泵，妙但由于目竹前適用于輔空調(diào)系統(tǒng)西的相變材梯料還較少嘉，因而蓄柏冷介質(zhì)費(fèi)耳用高于冰頸蓄冷系統(tǒng)葉。蓄冷介炊質(zhì)根據(jù)市炒場(chǎng)價(jià)川按膀700繞0公元扯/刻噸計(jì)，蓄氏冷槽采用啞現(xiàn)澆混凝芳土的形式社，蓄冷器餡為金屬板脊式。相變揮蓄冷裝置洲及附屬設(shè)市備的造價(jià)揀按勤10刻0宏元燒/kW.由h聲計(jì)算。此亭時(shí)籌=腦0考，且+規(guī)高溫相變寒材料蓄冷字系統(tǒng)的供蓬回水溫度湊約效為壇9/1呀4捧℃壩，而冰蓄索冷系統(tǒng)供垃回液溫度桐約疊為平3/1季1她℃描。前者的詢溫差較后撞者大大減暑小，相應(yīng)街的泵和管鉗道投資增川加。瓜3.2.援2幕渾建筑物投燥資較常規(guī)挽系統(tǒng)的增精加費(fèi)用（7）控—積—微蓄冷負(fù)荷甩，巨；辣畏—袋—普單位面積母建筑造扭價(jià)健覺(jué)元每/m墊2或厭(鈴擬檔取券300裳0亡元堂/教)袖—紙—錫單位蓄冷殼量增加設(shè)燃備用房面緊積事光(參冰蓄冷系侍統(tǒng)一般鵲取俊0.00越73傍)悼由于所采葉用的相變漿材料潛熱蘭為冰幸的仗55量%嚷，因此在斷蓄冷量相舞同的情況予下，相變猶材料蓄冷液系統(tǒng)蓄冷傍槽的體積瓜約為冰蓄搶冷系統(tǒng)燭的哨1.沙8層倍，設(shè)備且房建筑物癥投資費(fèi)用匆相應(yīng)增加策。榴3.2.張3墻緒電貼費(fèi)(8)已—飽—憤系統(tǒng)配電窄容量，鳳；庭—麗—于每千瓦裝離機(jī)容量電嫩貼費(fèi)仁常規(guī)系統(tǒng)瀉配電容量墾：兆央（招9翅）輩蓄冷系統(tǒng)妹配電容量避：塘宗（號(hào)1乒0艙）周其中揀：催衛(wèi)（齊1統(tǒng)1鞠）呈—綿—馳設(shè)計(jì)日最澡大負(fù)荷斬；失放—墳—芬單位配電真容量電力他報(bào)裝費(fèi)挨用晚,培元戴/拋、宿、夸--唱-誼系統(tǒng)、主叨機(jī)、輔機(jī)腐性能系數(shù)漲3.3另俘運(yùn)行費(fèi)用敘三類系統(tǒng)御中認(rèn)為運(yùn)哈行管理費(fèi)鉤用測(cè)相同。年指運(yùn)行費(fèi)用捆為攏=劈+研+廢（雨1婦2副）撥3.3.掉1熄郊年基本電柏費(fèi)歷年基本電坊費(fèi)一般按士系統(tǒng)配電胞容量計(jì)慶=壟（斥1胸3添）湊—夢(mèng)—達(dá)基本電瘡價(jià)裳,倍元汗/(斑·準(zhǔn)月問(wèn))萬(wàn)3.3.悶2裕希年運(yùn)行電模費(fèi)嘗常規(guī)系統(tǒng)謠年運(yùn)行電該費(fèi)：(14)藍(lán)—暫—定峰、平、些谷時(shí)段電浮價(jià)壺,危元渾/傲；旋—吼—腎年供冷天圣數(shù)彎—披—冒分別為三魚段用電量擾冰蓄冷系挨統(tǒng)年運(yùn)行耕電費(fèi)：(15)允，塔—約—常系統(tǒng)直供拍和充冷時(shí)踐的氏值（包括竄輔機(jī)）懲對(duì)于相變挑材料蓄冷算系翻統(tǒng)籃,伍認(rèn)為系統(tǒng)漠直供和充鈴冷時(shí)的攻值相等，袋則年運(yùn)行襪電費(fèi)為：（16）余3.4斤門經(jīng)濟(jì)性評(píng)芬價(jià)指標(biāo)出冰蓄冷系喜統(tǒng)和相變乘材料蓄冷岡系統(tǒng)相對(duì)疑于常規(guī)系姻統(tǒng)的靜態(tài)正投資回收膠期狼、遍政分別如式提（餅1敞7送）和愚（譽(yù)1您8會(huì)）。（17）（18）夸4熄摧分析實(shí)例誓以某辦公互綜合大樓取為例，逐壓時(shí)負(fù)荷分濱配如相表戒1注。分別采瓣用冰蓄冷封和高溫相墻變材料蓄前冷兩種方余案與常規(guī)搭系統(tǒng)進(jìn)行揉比較和分蕉析。為便回于比較，谷均采堅(jiān)用蘋40跑%晃的蓄冷率臟。蓄冷安植排在夜間遇電價(jià)低谷陰時(shí)段。。叔電價(jià)結(jié)構(gòu)淹如術(shù)表券2咽，基本計(jì)性算參數(shù)如盛表腹3鋒。副表副1召紋大樓逐時(shí)奶負(fù)荷分旬布廣海時(shí)間愛(ài)8蠻9浪10鵲11擠12冒13及14客15董16健17揪合計(jì)汁負(fù)忘荷寫KW僅2710康3669戲5190偽5550悔5947側(cè)6268遣6386截6644蠅6358蠢5641誕5436坑3取表鍬2悶濕分時(shí)電價(jià)駐表選耀電價(jià)分段蟻高峰期擊低谷期畝時(shí)衫肌間肅8:00察-21:雹00艇21:0造0切—彈8:00蹲電費(fèi)（元民）謊0.65鋼0.17鳴表蹈3續(xù)裙有關(guān)計(jì)算炸參應(yīng)數(shù)兩懂序號(hào)頭項(xiàng)款邀目運(yùn)參傍熱數(shù)壯服值鬼1座制冷機(jī)空漲調(diào)工況時(shí)譽(yù)的笨CO期P懶值廳4界2醫(yī)制冷機(jī)制香冰工況時(shí)紅的鉗CO蝦P澆值刺3捷3徑制冷機(jī)制說(shuō)冰工況時(shí)賣的容量變夏動(dòng)系虛數(shù)汪k執(zhí)0.68屈4瞞基本電價(jià)欺1進(jìn)3虜（鉤元忌/鐵月責(zé).K枯W開(kāi)）舅5后電貼費(fèi)研40皺0暑（餐元佩/KV搏A野）言6錯(cuò)供冷天數(shù)總15哪0款（天）綿7腰主機(jī)直供啦時(shí)間碎1芬0歇（小時(shí)）霉8涉夜間蓄冷哭時(shí)間鞋9宏（小時(shí)）解表洽4宴泄不同系統(tǒng)幣的初投資追及運(yùn)行費(fèi)旬用比徐較化衰系統(tǒng)決主機(jī)容量嶄主機(jī)費(fèi)用蘆蓄冷設(shè)備雹費(fèi)用告供電設(shè)備糠費(fèi)用敏冷卻塔費(fèi)爆用爭(zhēng)自控系統(tǒng)非費(fèi)用默管道駛?cè)妆眯覔Q熱器借建筑增加誦費(fèi)用蔽電貼費(fèi)歌系統(tǒng)總初疏投資宇年基本電竊費(fèi)僚年運(yùn)行電濃費(fèi)溜年運(yùn)行總除費(fèi)用澤高溫蓄冷秩3262事251.地12判676.舒40怪91.3急4粘30.5譽(yù)3由24.4輝7杏124.綠13途19.5汽7揭0劉85.7越2猛46.6索0誦1321柏.07擔(dān)17.7犧9教119.長(zhǎng)28滲137.鏈07緒冰蓄冷外3553伏312.財(cái)66堡401.遵20權(quán)99.4貨8意33.2浴6窄31.9打8總96.4繪1腔24.7核7豈109.耐63繞47.6教3視61.5榜2惜1218插.54創(chuàng)23.9膝9擊123.瞞93天147.蝕92植常規(guī)系統(tǒng)曬6644袍511.距59劣0恰186.剖03量62.1賺9墻33.2寶2圣96.3倆4奴30.3鑒2舞0眾0箭92.9膀2搏1012惑.61三36.2像4道165.圍54披201.棗98監(jiān)5茫讀分析結(jié)果識(shí)與討論永從主要設(shè)啟備的初投辰資可以看德出：在三賊種系統(tǒng)形鋼式中，高粗溫相變材總料蓄冷系跳統(tǒng)初投資思最高，其雅次為冰蓄趨冷系統(tǒng)，悶常規(guī)系統(tǒng)康初投資最盒低。這是鼠由于高溫鬧相變材料扣蓄冷技術(shù)薦目前還處涼于實(shí)驗(yàn)和幸研究階段道，蓄冷介合質(zhì)費(fèi)用相列對(duì)較高所曬致。其次仰，由于目水前已研制距和開(kāi)發(fā)出岔的用于空氧調(diào)系統(tǒng)的露蓄冷介質(zhì)肥其相變潛督熱大多低劇于冰的潛賣熱，致使委蓄冷槽占巴地面積增魄加，設(shè)備膜房的建筑旨費(fèi)用相應(yīng)襪增加。再蝕者，由于途采用相變營(yíng)材料蓄冷濕系統(tǒng)，使卵冷凍水出占口溫度提別高，從而見(jiàn)降低供回影水溫差，朽增加了冷伏凍水管道惑和泵的初職投資。毒從對(duì)運(yùn)行踐費(fèi)用的分斑析可以看笛出，高溫臥相變材料申蓄冷系統(tǒng)霉的運(yùn)行費(fèi)令用最低，斥其次為冰稈蓄冷系統(tǒng)瘋，最高為享常規(guī)系統(tǒng)她。冰蓄冷錦系統(tǒng)比常箭規(guī)系統(tǒng)初鳳投資臘增育20.3偏%盟，年運(yùn)行源費(fèi)用節(jié)約槳率盈為誦26.8顏%粒,麻靜態(tài)投資姿回收期桌為半3.股8鉆年；相變料材料蓄冷肌系統(tǒng)初投前資較常規(guī)銹系統(tǒng)增船加云33.3湯%量，年運(yùn)行叛費(fèi)用節(jié)約梯率娘為聚32.1壩%其萬(wàn)元，靜接態(tài)投資回庭收期伏為凈5.集3算年。6結(jié)論穩(wěn)從以上分?jǐn)[析可以看承出，盡管僻在目前的褲經(jīng)濟(jì)條件緊下，對(duì)于鍵新建系遼統(tǒng)襖,百相變材料可蓄冷系統(tǒng)君的初投資瞇和回收年疤限均高于怕冰蓄冷系廟統(tǒng)，但在印改造項(xiàng)目輝中，由于醋可直接利他用原有主將機(jī)，因此院具有較大巾優(yōu)勢(shì)。同忌時(shí)，由于診充冷期間文蒸發(fā)溫度廣同常規(guī)系摸統(tǒng)，因而互主機(jī)和系我統(tǒng)運(yùn)行效句率較冰蓄抱冷系統(tǒng)有吹較大提高必，從而減獻(xiàn)小了耗電均量和電廠劫污染物的渣排放，具陽(yáng)有較好的隱經(jīng)濟(jì)和環(huán)棵保效益。吹隨著新型育相變材料酒的進(jìn)一步頑開(kāi)發(fā)和高侵溫蓄冷技勺術(shù)的進(jìn)一飛步完善，禾在解決好吼蓄冷介質(zhì)劈穩(wěn)定性并羞批量生產(chǎn)屢的前提下劇，其市場(chǎng)好價(jià)格將大廈幅度降低布，系統(tǒng)初浙投資也將遇相應(yīng)減小什甚至低于暢冰蓄冷和被常規(guī)系統(tǒng)巖。因而高撒溫相變材棕料蓄冷系病統(tǒng)將以其喝系統(tǒng)簡(jiǎn)單移、節(jié)費(fèi)節(jié)恒能等優(yōu)點(diǎn)鬼而有著廣烤泛的應(yīng)用正前景。參考文獻(xiàn)唱1.僵財(cái)胡明若，