周久林

【摘 要】近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，節(jié)能已是我國(guó)政府制定的基本國(guó)策，各省、市政府也都成立節(jié)能領(lǐng)導(dǎo)小組貫徹實(shí)施節(jié)能的方針政策，并把建筑節(jié)能納入評(píng)選優(yōu)秀建筑工程的主要指標(biāo)之一。目前，由于冰蓄冷的初投資高于常規(guī)空調(diào)，嚴(yán)重阻礙了冰蓄冷在我國(guó)的發(fā)展，因此冰蓄冷空調(diào)技術(shù)能否得以推廣應(yīng)用的關(guān)鍵在于它的經(jīng)濟(jì)效益是否可行，冰蓄冷空調(diào)的經(jīng)濟(jì)效益包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和用戶經(jīng)濟(jì)效益兩部分，它通過(guò)轉(zhuǎn)移電力負(fù)荷，減少電力建設(shè)投資等宏觀社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)國(guó)家的全局而言是顯而易見(jiàn)的，因此本文對(duì)冰蓄冷空調(diào)的經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)僅限于用戶的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】冰蓄冷；空調(diào)系統(tǒng)；應(yīng)用；經(jīng)濟(jì)分析

引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們的生活水平和生活質(zhì)量的需求也在提高。空調(diào)因其具有可改區(qū)域空氣溫度、濕度、潔凈度及空氣等參數(shù)，已經(jīng)成為現(xiàn)代化建筑不可缺少的設(shè)施，空調(diào)數(shù)量的增長(zhǎng)同時(shí)也帶來(lái)耗電量的增長(zhǎng)，給電力供應(yīng)帶來(lái)巨大壓力。因此，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)推廣應(yīng)用冰蓄冷空調(diào)技術(shù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的發(fā)展概況

研究得出國(guó)內(nèi)外的冰蓄冷發(fā)展情況：20世紀(jì)的30年代冰蓄冷系統(tǒng)產(chǎn)生，國(guó)外開(kāi)始采用人工冷源的空調(diào)系統(tǒng)，主要是用于教堂的降溫，冰蓄冷空調(diào)具有大投資，大面積和高運(yùn)營(yíng)成本，回收周期較長(zhǎng)。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用發(fā)展緩慢，陷入了停滯不前的局面。隨著科技水平的發(fā)展，空調(diào)機(jī)組的性價(jià)比逐漸提高，制冷空調(diào)主機(jī)應(yīng)用越來(lái)越多。19世紀(jì)70年代，全球范圍的能源危機(jī)加快了冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的迅速發(fā)展，歐美等國(guó)家加快了冰蓄冷空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用步伐，應(yīng)用增多?？诒举Y源比較醫(yī)乏，在推廣冰蓄冷技術(shù)上投入較大，應(yīng)用的的建筑物較多。國(guó)內(nèi)對(duì)蓄冷技術(shù)的研究及應(yīng)用時(shí)間上較發(fā)達(dá)國(guó)家晚，我國(guó)臺(tái)灣省引進(jìn)冰蓄冷技術(shù)，在1984年第一個(gè)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目的應(yīng)用后，蓄冷空調(diào)技術(shù)發(fā)展很快，蓄冷空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用項(xiàng)目增加迅速，總制冷量高達(dá)2009000kwh；峰值功耗超過(guò)52000kw。北京有110多個(gè)大型冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，包括中國(guó)石油大廈、國(guó)家開(kāi)發(fā)銀行大樓、中央電視臺(tái)新址，以及中國(guó)國(guó)家博物館使用蓄冷系統(tǒng)的著名建筑。均采用了冰蓄冷系統(tǒng)為建筑提供冷源。

2冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

蓄冷是指在用電低谷時(shí)用電制冷，并暫時(shí)將冷量蓄存在蓄冷裝置中，在需要時(shí)（如用電高峰）把冷量取出來(lái)進(jìn)行利用的技術(shù)。制冷系統(tǒng)大部分耗電來(lái)自夜間低谷期用電，而在用電高峰期只有輻射設(shè)備消耗極少的電量，從而實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的移峰填谷。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)的區(qū)別在于蓄冷空調(diào)除了有常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的制冷裝置外，還增設(shè)了蓄冷裝置。冷源部分不同是兩者的本質(zhì)區(qū)別。蓄冷空調(diào)常用的蓄冷介質(zhì)有水、冰、共晶鹽和氣體水合物等。水蓄冷是利用冷水儲(chǔ)存在儲(chǔ)槽內(nèi)的顯熱進(jìn)行蓄冷，即夜間制出4～7℃的低溫水供白天空調(diào)用。主要優(yōu)點(diǎn)是可直接與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)匹配，無(wú)需專門設(shè)備，適合于原有系統(tǒng)改造；蓄水槽技術(shù)簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小。主要缺點(diǎn)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(jìn)行冷量的儲(chǔ)存，制冷溫度為-4～-7℃。優(yōu)點(diǎn)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(chǔ)存，對(duì)蓄冷槽要求較低，占用空間小，容易做成標(biāo)注化、系列化的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。缺點(diǎn)為制冷溫度低，制冷機(jī)效率與制冷量較水蓄冷下降；需使用雙工況制冷機(jī)。共晶鹽蓄冷利用水合鹽相變潛熱來(lái)蓄冷，制冷溫度為4～10℃，優(yōu)點(diǎn)為無(wú)需增設(shè)制冷系統(tǒng)，克服冰蓄冷制冷溫度低的致命弱點(diǎn)；缺點(diǎn)為對(duì)蓄冷的共晶鹽介質(zhì)有要求，常見(jiàn)共晶鹽材料蓄冷密度較低，不足冰蓄冷50%，熱交換性能差，價(jià)格高。汽水化合物蓄冷利用固化相變熱來(lái)蓄冷，主要優(yōu)點(diǎn)為蓄冷密度高，傳熱效率高，造價(jià)相對(duì)較低；缺點(diǎn)為工程應(yīng)用有待解決的問(wèn)題。

2.2冰蓄冷空調(diào)特點(diǎn)及使用場(chǎng)合

冰蓄冷空調(diào)作為蓄冷空調(diào)的一種，具備蓄冷空調(diào)擁有的用電負(fù)荷“移峰填谷”能力；用電低谷時(shí)電價(jià)低，運(yùn)行費(fèi)用低；用電低谷期可以保證制冷設(shè)備在滿負(fù)荷條件下運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，設(shè)備利用率高等優(yōu)點(diǎn)。除此之外，還具有其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，它可以降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，冰蓄冷空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)空調(diào)約減少2/3，冰蓄冷系統(tǒng)制冷機(jī)組制冷機(jī)組的容量小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，這主要是因?yàn)榭照{(diào)系統(tǒng)相應(yīng)的冷卻塔、水泵、輸變電系統(tǒng)容量的減少；冰蓄冷系統(tǒng)的制冷設(shè)備多處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀況，可以減少停機(jī)次數(shù)、延長(zhǎng)設(shè)備壽命；冰作為穩(wěn)定的冷源供應(yīng)，可以提高空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。空調(diào)系統(tǒng)適用冰蓄冷系統(tǒng)的使用場(chǎng)所包括：（1）執(zhí)行峰谷電價(jià)，且差價(jià)較大的地區(qū)；（2）空調(diào)冷負(fù)荷高峰與電網(wǎng)高峰時(shí)段重合，且在電網(wǎng)低谷時(shí)段空調(diào)負(fù)荷較小的空調(diào)工程；（3）在一晝夜或某一周期內(nèi)，最大冷負(fù)荷高出平均負(fù)荷較多，并經(jīng)常處于部分負(fù)荷運(yùn)行的空調(diào)工程；（4）電力容量或電力供應(yīng)受到限制的空調(diào)工程；（5）要求部分時(shí)段備用制冷量的空調(diào)工程；（6）要求供低溫冷水，或要求采用低溫送風(fēng)的空調(diào)工程；（7）區(qū)域性集中供冷的空調(diào)工程。

3部分冰蓄冷系統(tǒng)改造經(jīng)濟(jì)性分析

3.1改造投資計(jì)算

改造投資主要考慮土建，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)，設(shè)備安裝費(fèi)用等。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)在現(xiàn)有水冷螺桿機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)上改造冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)備對(duì)原水冷系統(tǒng)機(jī)組以及水系統(tǒng)、風(fēng)管系統(tǒng)及動(dòng)力泵配置上基本無(wú)須作較大的改動(dòng)。土建使用原有機(jī)房空間。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的改造投資為：B=F+A+Z（1）式中B-----蓄冷空調(diào)改造投資F-------蓄冷空調(diào)設(shè)備投資，包括水冷空調(diào)系統(tǒng)制冷機(jī)組改造費(fèi)用，以及蓄冷設(shè)備的投資費(fèi)用。A設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用和調(diào)試費(fèi)用。Z建安費(fèi)。Z=J+R，其中J為土建材料、機(jī)械費(fèi)用，R為建安人工費(fèi)。根據(jù)公式（1）計(jì)算本企業(yè)部分冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備改造費(fèi)用一次性投資約164.4萬(wàn)元。因設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用和調(diào)試費(fèi)（A）用已包含在蓄冷空調(diào)設(shè)備投資（F）中，建安費(fèi)（Z）為企業(yè)自有資源可忽略不計(jì)。

3.2運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備配電容量一般比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)配電容量要小，并且由于電力部門還實(shí)行三段峰平谷分時(shí)電價(jià)政策，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)是利用夜間谷段的低價(jià)電蓄冰，在日間電力高峰時(shí)段放冷，可以比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約電費(fèi)。由于現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)每年的電價(jià)基本保持不變?？照{(diào)運(yùn)行電費(fèi)計(jì)算為：G=E（HQf+MQp+LQg）式中H、M、L為尖峰、平段、低谷的電價(jià)。G為空調(diào)運(yùn)行電費(fèi)。E為空調(diào)運(yùn)行時(shí)間。Qf，Qp，Qg為上述時(shí)段的空調(diào)負(fù)荷根據(jù)本企業(yè)多年來(lái)空調(diào)運(yùn)行狀況分別計(jì)算按100%、80%、60%和30%負(fù)荷的時(shí)間。并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行設(shè)定全年工作日為150天，運(yùn)用公式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。將部分冰蓄冷空調(diào)與水冷空調(diào)運(yùn)行方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，通過(guò)分析可知，對(duì)于本改造設(shè)計(jì)而言水冷空調(diào)改造為部分冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，改造投資增加約164.4萬(wàn)元，每年可節(jié)省電費(fèi)約40萬(wàn)元，改造投資回收期約為4.1年。本部分冰蓄冷空調(diào)設(shè)計(jì)方案如采用優(yōu)化控制，實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用將低于上述費(fèi)用。并且，目前公認(rèn)冰蓄冷增加的投資在5年內(nèi)可收回，值得推廣應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

本冰蓄冷系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有的制冷設(shè)備進(jìn)行改造，在全年供冷時(shí)期，尤其在拉閘限電生產(chǎn)時(shí)，可以融冰定量供冷，避免因拉閘限電造成的經(jīng)濟(jì)和信用損失，充分發(fā)揮冰蓄冷的“移峰填谷”作用，不僅緩解了高峰用電時(shí)的電力配備問(wèn)題，而且節(jié)約了空調(diào)運(yùn)行開(kāi)支，還可為企業(yè)提供備用的冷源。本冰蓄冷系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)每年可節(jié)省電費(fèi)約40萬(wàn)元，改造投資可在約5年內(nèi)收回，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。

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（作者單位：杭州華電華源環(huán)境工程有限公司）