淺析冰蓄冷空調系統在深圳某商業建筑實施的可行性

李海峰

摘要：從初投資和運行費用角度，對深圳某商場建筑進行了冰蓄冷和常規空調系統的比較，并計算不同負荷計算日的系統運行電費，綜合給出了系統的投入費用，包括主要設備投資費、自控系統投資費、系統施工安裝費、配電設施費、系統運行電費以及因機房面積差產生的收益差額。

關鍵詞：冰蓄冷經濟比較投資回收期

1前言

冰蓄冷中央空調系統具有獨特的技術特點，如對電網的平衡負荷作用，提高了發配電設施的利用率；對用戶而言，冰蓄冷系統具有減少制冷機一次性投資，減少變壓器配電容量與配電設施費，利用峰谷電價優惠政策，節約運行電費的特點。

本文就深圳某商業建筑采用冰蓄冷制冷系統和常規制冷系統進行了投資和運行費用的整體比較。計算結果比較接近實際運行結果，具有一定的項目參考價值。

2工程介紹

本工程位于深圳市，為一座 5層的商業綜合體，使用功能包括了商場（零售、百貨）、超市、娛樂（溜冰場、電影院）和餐飲。總建筑面積約為103893㎡。業主根據日后運營管理方面考慮，決定電影院區域（建筑面積約為4600㎡）和超市區域（建筑面積約為8550㎡）單獨設置空調系統。故本項目本次需要考慮中央空調系統的區域建筑面積約為90743㎡。

3設計參數

3.1 氣象參數

深圳市（汕尾氣象站）設計氣象參數為：

夏季空調室外計算干球溫度 32.3℃

夏季空調室外計算濕球溫度 27.8℃

夏季空調室外計算日平均溫度 29.6℃

3.2 建筑冷負荷

由冷負荷指標估算本項目總冷負荷，其中零售區域所需的冷負荷為6381KW，百貨區域所需的冷負荷為1917KW，餐飲區域所需的冷負荷為3179KW，溜冰場所需的冷負荷為141KW，其它公共區域所需的冷負荷為5550KW。經與業主物業管理公司商討，并結合其它項目經驗得到各個空調區域逐時冷負荷系數K值，并以此計算本空調系統最大冷負荷發生在設計日下午3點至4點之間，最大冷負荷值為16695KW。設計日全天總需冷容量為183399KWh。

3.3 深圳市分時電價

根據深圳市的電力政策，分時電價如下：

低谷時段8小時：（23:00～次日7:00）0.2495元/KWh

平電時段9小時：（7:00～9:00，11:30～16:00，16:30～19:00，21:00～23:00）0.7716元/KWh

尖峰時段7小時：（9:00～11:30，14:00～16:30，19:00～21:00）0.9771元/KWh

4冰蓄冷制冷系統

根據業主的要求，考慮使用分量蓄冰形式。選用3臺制冷量為1000RT的雙工況制冷機組用于制冰和供冷。在設計日條件下，夜間23:00至次日7:00電力低谷期內開機8小時制冰，制取的冰蓄存在蓄冰裝置中。在建筑物空調設計日的白天，利用蓄冰裝置融冰和雙工況主機聯合供冷，滿足建筑物冷負荷的需要；而在部分負荷時，系統將依據實際的冷負荷需求，通過控制系統調節運行模式，自動調整每一時段內蓄冰裝置融冰供冷及主機供冷的相對應比例，按照蓄冰裝置優先供冷的原則，最大限度地控制主機在電力高峰期間的運行，節省運行費用。

本制冷系統主要投資項目有：3臺雙工況主機、3臺冷卻水泵、4臺冷凍水泵、3臺冷卻塔、1套蓄冰裝置、4臺乙二醇循環泵、3套板式換熱器、20噸100%濃度的乙二醇溶液、自控系統供應及調試費、系統施工費用。以上總的投資估算價格為2228萬元。

本制冷系統運行策略為：在建筑物負荷需求較大時，夜間電價谷段全部滿負荷蓄冰，白天需冷時刻，根據電價政策的不同，平價電段優先使主機供冷，不足時以冰蓄冷輔助供冷。從而提高主機的制冷效率，節省電費。建筑負荷較小，且采用夜間電價谷段蓄冰冷量即可滿足負荷需求時，即采用單獨融冰供冷模式，大大節省了系統的運行費用。

通過控制系統調節運行模式，自動調整每一時段內蓄冰裝置融冰供冷及主機供冷的相對應比例，并避高峰運行，以實現分量蓄冰模式逐步向全量蓄冰模式的運行轉化，最大限度地控制主機在電力高峰期間的運行，節省運行費用。

設計日是夏天空調負荷最高的時候，結合空調逐時冷負荷分布圖及深圳市冰蓄冷空調的電費優惠政策，冰蓄冷空調運行方式入下圖所示：

5常規制冷系統

常規制冷系統冷機配置按滿足設計日的尖峰冷負荷，即16695kW設置。設計采用常規離心式冷水機組供冷方案，為保證負荷變化的運行靈活性，選用5臺制冷量為1000RT的常規離心冷水機組用于空調系統。

本制冷系統主要投資項目有：5臺制冷主機、5臺冷卻水泵、6臺冷凍水泵、5臺冷卻塔、自控系統供應及調試費、系統施工費用。以上總的投資估算價格為1640萬元。

6兩方案運行電費比較

根據深圳市氣候及具體項目情況，空調年供冷使用天數按365天考慮，由于空調的使用同環境溫度密切相關，經權衡計算，冰蓄冷空調系統日運行費用及年運行總費用見表1。

運行負荷 100%負荷日 75%負荷日 50%負荷日 25%負荷日 15%負荷日

年運行天數（d） 25 122 94 77 47

日運行費用（元） 34429 23991 14480 6424 4567

小計（萬元） 86.07 292.68 136.11 49.46 21.47

年運行總費用（萬元） 585.80

表1：冰蓄冷空調系統日運行費用及年運行費用表

常規空調系統日運行費用及年運行總費用見表2。

運行負荷 100%負荷日 75%負荷日 50%負荷日 25%負荷日 15%負荷日

年運行天數（d） 25 122 94 77 47

日運行費用（元） 39268 29400 21147 11102 7174

小計（萬元） 98.17 358.67 198.78 85.49 33.72

年運行總費用（萬元） 774.83

表2：常規空調系統日運行費用及年運行費用表

從表1和表2對比可得，冰蓄冷空調系統充分利用了峰谷電價的優惠政策，年運行費用較常規系統節省約189萬元。

7綜合經濟性比較

本文以上內容分別列舉了冰蓄冷制冷系統和常規制冷系統一次性初投資費用和運行費用。其中一次性初投資費用包含了主要設備和自控系統配置費用，以及系統的施工費用。尚未列明的費用還應包括機房配電設施費用及因機房占地面積不同帶來的收益差額部分。現把各種投資、運行及收益費用匯總統計，見表3。

項目 冰蓄冷方案 常規方案 備注

系統初投資估算（萬元） 2228 1640

機房配電設施 機房設備配電容量（KVA） 3388 4724 a.功率因素取0.85。b.配電設施費:約1000元/KVA。

機房設備配電設施費 338.8 472.4

機房面積差額收益 機房面積（㎡） 1050 700 a.機房位于地下二層。 b.地下二層功能為停車庫，單個車位面積為12㎡；每個車位租金為約10000元/年。

年收入（萬元/年） 0 29

系統運行費用（萬元/年） 585.8 774.83

合計 總初投資（萬元） 2566.8 2112.4

總年均運行費用（萬元/年） 585.8 745.83

表3：各種投資、運行及收益費用匯總表

從上表可以看出，冰蓄冷方案一次性總投資比常規方案貴454.4萬元，常規方案在扣除機房面積差取得的車位租金收入后的年均運行費用仍比冰蓄冷方案貴160.03萬元。那么，按照本方案的對比，本項目若采用冰蓄冷方案大約3年后收回初投資差額。

8結論及說明

本項目方案對比數據說明，冰蓄冷空調系統雖然比常規空調系統初投資增加21.5%的費用，但每年運行費用卻可以節省21.4%。而且對局部地區供電網絡而言，有明顯的移峰填谷作用，所得到的社會效益顯著。本項目冰蓄冷制冷系統的投資回收期約為3年。

本文雖然討論的是兩個方案機房部分的投資運行費用比較，但考慮到兩套方案空調系統末端基本相同，也即初投資相當，故基本可以反映出整套空調系統的初投資和運行費用差別。

總體而言，在深圳地區的商場建筑中采用冰蓄冷空調系統具有較高的經濟和社會效益，在經濟條件允許的情況下值得推薦采用。

參考文獻：

陸耀慶.<<實用供熱空調設計手冊>>（第二版）

李百公.深圳寶安國際機場T3航站樓集中空調冷源方案設計.暖通空調，40（6）：103~110.

陳小雁，李蘇瀧.冰蓄冷空調系統經濟性分析.制冷與空調，7（1）：82~84.

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。