冰蓄冷空調系統的應用與經濟分析

周久林

【摘 要】近年來，隨著我國經濟的快速發展，節能已是我國政府制定的基本國策，各省、市政府也都成立節能領導小組貫徹實施節能的方針政策，并把建筑節能納入評選優秀建筑工程的主要指標之一。目前，由于冰蓄冷的初投資高于常規空調，嚴重阻礙了冰蓄冷在我國的發展，因此冰蓄冷空調技術能否得以推廣應用的關鍵在于它的經濟效益是否可行，冰蓄冷空調的經濟效益包括社會經濟效益和用戶經濟效益兩部分，它通過轉移電力負荷，減少電力建設投資等宏觀社會經濟效益對國家的全局而言是顯而易見的，因此本文對冰蓄冷空調的經濟分析評價僅限于用戶的經濟效益。

【關鍵詞】冰蓄冷；空調系統；應用；經濟分析

引言

隨著我國社會經濟的持續發展，人們的生活水平和生活質量的需求也在提高。空調因其具有可改區域空氣溫度、濕度、潔凈度及空氣等參數，已經成為現代化建筑不可缺少的設施，空調數量的增長同時也帶來耗電量的增長，給電力供應帶來巨大壓力。因此，在我國經濟推廣應用冰蓄冷空調技術發展具有十分重要的意義。

1冰蓄冷空調技術的發展概況

研究得出國內外的冰蓄冷發展情況：20世紀的30年代冰蓄冷系統產生，國外開始采用人工冷源的空調系統，主要是用于教堂的降溫，冰蓄冷空調具有大投資，大面積和高運營成本，回收周期較長。冰蓄冷空調系統技術的推廣應用發展緩慢，陷入了停滯不前的局面。隨著科技水平的發展，空調機組的性價比逐漸提高，制冷空調主機應用越來越多。19世紀70年代，全球范圍的能源危機加快了冰蓄冷空調技術的迅速發展，歐美等國家加快了冰蓄冷空調技術的應用步伐，應用增多。口本資源比較醫乏，在推廣冰蓄冷技術上投入較大，應用的的建筑物較多。國內對蓄冷技術的研究及應用時間上較發達國家晚，我國臺灣省引進冰蓄冷技術，在1984年第一個冰蓄冷空調系統項目的應用后，蓄冷空調技術發展很快，蓄冷空調系統應用項目增加迅速，總制冷量高達2009000kwh；峰值功耗超過52000kw。北京有110多個大型冰蓄冷空調系統，包括中國石油大廈、國家開發銀行大樓、中央電視臺新址，以及中國國家博物館使用蓄冷系統的著名建筑。均采用了冰蓄冷系統為建筑提供冷源。

2冰蓄冷空調系統的應用

2.1蓄冷空調系統

蓄冷是指在用電低谷時用電制冷，并暫時將冷量蓄存在蓄冷裝置中，在需要時（如用電高峰）把冷量取出來進行利用的技術。制冷系統大部分耗電來自夜間低谷期用電，而在用電高峰期只有輻射設備消耗極少的電量，從而實現用電負荷的移峰填谷。蓄冷空調系統與常規空調的區別在于蓄冷空調除了有常規空調系統的制冷裝置外，還增設了蓄冷裝置。冷源部分不同是兩者的本質區別。蓄冷空調常用的蓄冷介質有水、冰、共晶鹽和氣體水合物等。水蓄冷是利用冷水儲存在儲槽內的顯熱進行蓄冷，即夜間制出4～7℃的低溫水供白天空調用。主要優點是可直接與常規空調系統匹配，無需專門設備，適合于原有系統改造；蓄水槽技術簡單，設備投資小。主要缺點是水蓄冷密度低，需要較大蓄水槽貯水。冰蓄冷主要利用冰的相變潛熱進行冷量的儲存，制冷溫度為-4～-7℃。優點為蓄冷密度大，蓄冷溫度幾乎恒定，體積只有水蓄冷的幾十分之一，便于儲存，對蓄冷槽要求較低，占用空間小，容易做成標注化、系列化的標準設備。缺點為制冷溫度低，制冷機效率與制冷量較水蓄冷下降；需使用雙工況制冷機。共晶鹽蓄冷利用水合鹽相變潛熱來蓄冷，制冷溫度為4～10℃，優點為無需增設制冷系統，克服冰蓄冷制冷溫度低的致命弱點；缺點為對蓄冷的共晶鹽介質有要求，常見共晶鹽材料蓄冷密度較低，不足冰蓄冷50%，熱交換性能差，價格高。汽水化合物蓄冷利用固化相變熱來蓄冷，主要優點為蓄冷密度高，傳熱效率高，造價相對較低；缺點為工程應用有待解決的問題。

2.2冰蓄冷空調特點及使用場合

冰蓄冷空調作為蓄冷空調的一種，具備蓄冷空調擁有的用電負荷“移峰填谷”能力；用電低谷時電價低，運行費用低；用電低谷期可以保證制冷設備在滿負荷條件下運行，設備運行狀態穩定，設備利用率高等優點。除此之外，還具有其獨特優點，它可以降低空調系統運行費用，冰蓄冷空調運行費用比傳統空調約減少2/3，冰蓄冷系統制冷機組制冷機組的容量小于常規空調系統，這主要是因為空調系統相應的冷卻塔、水泵、輸變電系統容量的減少；冰蓄冷系統的制冷設備多處于滿負荷運行狀況，可以減少停機次數、延長設備壽命；冰作為穩定的冷源供應，可以提高空調系統運行可靠性。空調系統適用冰蓄冷系統的使用場所包括：（1）執行峰谷電價，且差價較大的地區；（2）空調冷負荷高峰與電網高峰時段重合，且在電網低谷時段空調負荷較小的空調工程；（3）在一晝夜或某一周期內，最大冷負荷高出平均負荷較多，并經常處于部分負荷運行的空調工程；（4）電力容量或電力供應受到限制的空調工程；（5）要求部分時段備用制冷量的空調工程；（6）要求供低溫冷水，或要求采用低溫送風的空調工程；（7）區域性集中供冷的空調工程。

3部分冰蓄冷系統改造經濟性分析

3.1改造投資計算

改造投資主要考慮土建，設備購置費，設備安裝費用等。冰蓄冷空調系統在現有水冷螺桿機組空調系統上改造冰蓄冷系統設備對原水冷系統機組以及水系統、風管系統及動力泵配置上基本無須作較大的改動。土建使用原有機房空間。蓄冷空調系統的改造投資為：B=F+A+Z（1）式中B-----蓄冷空調改造投資F-------蓄冷空調設備投資，包括水冷空調系統制冷機組改造費用，以及蓄冷設備的投資費用。A設備運行費用和調試費用。Z建安費。Z=J+R，其中J為土建材料、機械費用，R為建安人工費。根據公式（1）計算本企業部分冰蓄冷空調系統設備改造費用一次性投資約164.4萬元。因設備運行費用和調試費（A）用已包含在蓄冷空調設備投資（F）中，建安費（Z）為企業自有資源可忽略不計。

3.2運行費用計算

冰蓄冷空調系統的設備配電容量一般比常規空調系統配電容量要小，并且由于電力部門還實行三段峰平谷分時電價政策，冰蓄冷空調系統是利用夜間谷段的低價電蓄冰，在日間電力高峰時段放冷，可以比常規空調系統節約電費。由于現標準每年的電價基本保持不變。空調運行電費計算為：G=E（HQf+MQp+LQg）式中H、M、L為尖峰、平段、低谷的電價。G為空調運行電費。E為空調運行時間。Qf，Qp，Qg為上述時段的空調負荷根據本企業多年來空調運行狀況分別計算按100%、80%、60%和30%負荷的時間。并根據實際運行設定全年工作日為150天，運用公式進行計算，結果見表1。將部分冰蓄冷空調與水冷空調運行方案進行經濟分析，通過分析可知，對于本改造設計而言水冷空調改造為部分冰蓄冷空調系統，改造投資增加約164.4萬元，每年可節省電費約40萬元，改造投資回收期約為4.1年。本部分冰蓄冷空調設計方案如采用優化控制，實際運行費用將低于上述費用。并且，目前公認冰蓄冷增加的投資在5年內可收回，值得推廣應用。

結語

本冰蓄冷系統改造設計對現有的制冷設備進行改造，在全年供冷時期，尤其在拉閘限電生產時，可以融冰定量供冷，避免因拉閘限電造成的經濟和信用損失，充分發揮冰蓄冷的“移峰填谷”作用，不僅緩解了高峰用電時的電力配備問題，而且節約了空調運行開支，還可為企業提供備用的冷源。本冰蓄冷系統改造設計每年可節省電費約40萬元，改造投資可在約5年內收回，經濟效益和社會效益明顯。

參考文獻：

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（作者單位：杭州華電華源環境工程有限公司）