冰蓄冷空调系统的应用与经济分析

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　　【摘 要】近年来，随着我国经济的快速发展，节能已是我国政府制定的基本国策，各省、市政府也都成立节能领导小组贯彻实施节能的方针政策，并把建筑节能纳入评选优秀建筑工程的主要指标之一。目前，由于冰蓄冷的初投资高于常规空调，严重阻碍了冰蓄冷在我国的发展，因此冰蓄冷空调技术能否得以推广应用的关键在于它的经济效益是否可行，冰蓄冷空调的经济效益包括社会经济效益和用户经济效益两部分，它通过转移电力负荷，减少电力建设投资等宏观社会经济效益对国家的全局而言是显而易见的，因此本文对冰蓄冷空调的经济分析评价仅限于用户的经济效益。
　　【关键词】冰蓄冷；空调系统；应用；经济分析
　　引言
　　随着我国社会经济的持续发展，人们的生活水平和生活质量的需求也在提高。空调因其具有可改区域空气温度、湿度、洁净度及空气等参数，已经成为现代化建筑不可缺少的设施，空调数量的增长同时也带来耗电量的增长，给电力供应带来巨大压力。因此，在我国经济推广应用冰蓄冷空调技术发展具有十分重要的意义。
　　1冰蓄冷空调技术的发展概况
　　研究得出国内外的冰蓄冷发展情况：20世纪的30年代冰蓄冷系统产生，国外开始采用人工冷源的空调系统，主要是用于教堂的降温，冰蓄冷空调具有大投资，大面积和高运营成本，回收周期较长。冰蓄冷空调系统技术的推广应用发展缓慢，陷入了停滞不前的局面。随着科技水平的发展，空调机组的性价比逐渐提高，制冷空调主机应用越来越多。19世纪70年代，全球范围的能源危机加快了冰蓄冷空调技术的迅速发展，欧美等国家加快了冰蓄冷空调技术的应用步伐，应用增多。口本资源比较医乏，在推广冰蓄冷技术上投入较大，应用的的建筑物较多。国内对蓄冷技术的研究及应用时间上较发达国家晚，我国台湾省引进冰蓄冷技术，在1984年第一个冰蓄冷空调系统项目的应用后，蓄冷空调技术发展很快，蓄冷空调系统应用项目增加迅速，总制冷量高达2009000kwh；峰值功耗超过52000kw。北京有110多个大型冰蓄冷空调系统，包括中国石油大厦、国家开发银行大楼、中央电视台新址，以及中国国家博物馆使用蓄冷系统的著名建筑。均采用了冰蓄冷系统为建筑提供冷源。
　　2冰蓄冷空调系统的应用
　　2.1蓄冷空调系统
　　蓄冷是指在用电低谷时用电制冷，并暫时将冷量蓄存在蓄冷装置中，在需要时（如用电高峰）把冷量取出来进行利用的技术。制冷系统大部分耗电来自夜间低谷期用电，而在用电高峰期只有辐射设备消耗极少的电量，从而实现用电负荷的移峰填谷。蓄冷空调系统与常规空调的区别在于蓄冷空调除了有常规空调系统的制冷装置外，还增设了蓄冷装置。冷源部分不同是两者的本质区别。蓄冷空调常用的蓄冷介质有水、冰、共晶盐和气体水合物等。水蓄冷是利用冷水储存在储槽内的显热进行蓄冷，即夜间制出4～7℃的低温水供白天空调用。主要优点是可直接与常规空调系统匹配，无需专门设备，适合于原有系统改造；蓄水槽技术简单，设备投资小。主要缺点是水蓄冷密度低，需要较大蓄水槽贮水。冰蓄冷主要利用冰的相变潜热进行冷量的储存，制冷温度为-4～-7℃。优点为蓄冷密度大，蓄冷温度几乎恒定，体积只有水蓄冷的几十分之一，便于储存，对蓄冷槽要求较低，占用空间小，容易做成标注化、系列化的标准设备。缺点为制冷温度低，制冷机效率与制冷量较水蓄冷下降；需使用双工况制冷机。共晶盐蓄冷利用水合盐相变潜热来蓄冷，制冷温度为4～10℃，优点为无需增设制冷系统，克服冰蓄冷制冷温度低的致命弱点；缺点为对蓄冷的共晶盐介质有要求，常见共晶盐材料蓄冷密度较低，不足冰蓄冷50%，热交换性能差，价格高。汽水化合物蓄冷利用固化相变热来蓄冷，主要优点为蓄冷密度高，传热效率高，造价相对较低；缺点为工程应用有待解决的问题。
　　2.2冰蓄冷空调特点及使用场合
　　冰蓄冷空调作为蓄冷空调的一种，具备蓄冷空调拥有的用电负荷“移峰填谷”能力；用电低谷时电价低，运行费用低；用电低谷期可以保证制冷设备在满负荷条件下运行，设备运行状态稳定，设备利用率高等优点。除此之外，还具有其独特优点，它可以降低空调系统运行费用，冰蓄冷空调运行费用比传统空调约减少2/3，冰蓄冷系统制冷机组制冷机组的容量小于常规空调系统，这主要是因为空调系统相应的冷却塔、水泵、输变电系统容量的减少；冰蓄冷系统的制冷设备多处于满负荷运行状况，可以减少停机次数、延长设备寿命；冰作为稳定的冷源供应，可以提高空调系统运行可靠性。空调系统适用冰蓄冷系统的使用场所包括：（1）执行峰谷电价，且差价较大的地区；（2）空调冷负荷高峰与电网高峰时段重合，且在电网低谷时段空调负荷较小的空调工程；（3）在一昼夜或某一周期内，最大冷负荷高出平均负荷较多，并经常处于部分负荷运行的空调工程；（4）电力容量或电力供应受到限制的空调工程；（5）要求部分时段备用制冷量的空调工程；（6）要求供低温冷水，或要求采用低温送风的空调工程；（7）区域性集中供冷的空调工程。
　　3部分冰蓄冷系统改造经济性分析
　　3.1改造投资计算
　　改造投资主要考虑土建，设备购置费，设备安装费用等。冰蓄冷空调系统在现有水冷螺杆机组空调系统上改造冰蓄冷系统设备对原水冷系统机组以及水系统、风管系统及动力泵配置上基本无须作较大的改动。土建使用原有机房空间。蓄冷空调系统的改造投资为：B=F+A+Z（1）式中B-----蓄冷空调改造投资F-------蓄冷空调设备投资，包括水冷空调系统制冷机组改造费用，以及蓄冷设备的投资费用。A设备运行费用和调试费用。Z建安费。Z=J+R，其中J为土建材料、机械费用，R为建安人工费。根据公式（1）计算本企业部分冰蓄冷空调系统设备改造费用一次性投资约164.4万元。因设备运行费用和调试费（A）用已包含在蓄冷空调设备投资（F）中，建安费（Z）为企业自有资源可忽略不计。
　　3.2运行费用计算
　　冰蓄冷空调系统的设备配电容量一般比常规空调系统配电容量要小，并且由于电力部门还实行三段峰平谷分时电价政策，冰蓄冷空调系统是利用夜间谷段的低价电蓄冰，在日间电力高峰时段放冷，可以比常规空调系统节约电费。由于现标准每年的电价基本保持不变。空调运行电费计算为：G=E（HQf+MQp+LQg）式中H、M、L为尖峰、平段、低谷的电价。G为空调运行电费。E为空调运行时间。Qf，Qp，Qg为上述时段的空调负荷根据本企业多年来空调运行状况分别计算按100%、80%、60%和30%负荷的时间。并根据实际运行设定全年工作日为150天，运用公式进行计算，结果见表1。将部分冰蓄冷空调与水冷空调运行方案进行经济分析，通过分析可知，对于本改造设计而言水冷空调改造为部分冰蓄冷空调系统，改造投资增加约164.4万元，每年可节省电费约40万元，改造投资回收期约为4.1年。本部分冰蓄冷空调设计方案如采用优化控制，实际运行费用将低于上述费用。并且，目前公认冰蓄冷增加的投资在5年内可收回，值得推广应用。
　　结语
　　本冰蓄冷系统改造设计对现有的制冷设备进行改造，在全年供冷时期，尤其在拉闸限电生产时，可以融冰定量供冷，避免因拉闸限电造成的经济和信用损失，充分发挥冰蓄冷的“移峰填谷”作用，不仅缓解了高峰用电时的电力配备问题，而且节约了空调运行开支，还可为企业提供备用的冷源。本冰蓄冷系统改造设计每年可节省电费约40万元，改造投资可在约5年内收回，经济效益和社会效益明显。
　　参考文献：
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　　（作者单位：杭州华电华源环境工程有限公司）
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