某大樓蓄冰空調(diào)可行性分析

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簡介： 針對當(dāng)前蓄冰空調(diào)推廣的一些限制因素,本文重點(diǎn)介紹了杭州中興公司會(huì)議中心大樓蓄冰空調(diào)工程設(shè)計(jì)所采取的有效措施,并討論了在采取這些措施后該工程實(shí)施的可行性。
關(guān)鍵字：蓄冰空調(diào) 電力政策 回收年限

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和生活水平的提高，電力負(fù)荷不均衡性日益突出。為解決電力負(fù)荷不均衡問題，電力部門將高峰時(shí)段電價(jià)上浮，低谷時(shí)段電價(jià)下浮，用經(jīng)濟(jì)手段達(dá)到“削峰填谷”的目的。在廣東沿海地區(qū),空調(diào)用電負(fù)荷已占總供電量的40%以上。由于空調(diào)用電負(fù)荷一般在電力谷段用電量很少,對城市電網(wǎng)具有很大的“削峰填谷”潛力。蓄冰空調(diào)可在用電低谷時(shí)段制冰蓄冷，在用電高峰時(shí)段融冰釋冷，將高峰時(shí)段高價(jià)電力轉(zhuǎn)為低谷時(shí)段的低價(jià)電力，既達(dá)到削峰填谷的目的，又降低了運(yùn)行費(fèi)用，對電力系統(tǒng)和用戶可謂“雙贏”?？墒?由于存在初投資與運(yùn)行費(fèi)此消彼漲的矛盾,以及系統(tǒng)的可靠性和機(jī)房面積大小等的制約, 蓄冰空調(diào)推廣應(yīng)用受到限制。

針對這些限制,本設(shè)計(jì)采取了一些措施,以保證本工程能較經(jīng)濟(jì)合理的實(shí)施。

1.概述

1.1 工程概述

工程位于浙江省杭州市，建筑為長方形(40.5m×18.7m)，東西走向，地上五層，建筑總面積3708.9m²。建筑以客房和會(huì)議室為主，還包括舞廳、臺(tái)球室等用途的房間。

1.2 電力政策

杭州電價(jià)分為峰段和谷段二段電價(jià)。峰段為8：00～21：00，電價(jià)0.97元/KWh；谷段為22.00～次日7：00，電價(jià)0.27元/KWh^[1]。

杭州的空調(diào)電力增容費(fèi)政策為：蓄冷空調(diào)900元/KW，非蓄冷空調(diào)1500元/KW^[1]。

另外，杭州電力部門在8：00～11：00時(shí)段對空調(diào)制冷機(jī)組的用電量還有一定的限制^[2]。18：00～21：00是另一個(gè)用電高峰段（暫無強(qiáng)制性限制）。

2.空調(diào)冷負(fù)荷

本工程負(fù)荷計(jì)算是根據(jù)建筑專業(yè)圖紙及房間的使用功能，利用設(shè)計(jì)軟件ACS4.0進(jìn)行設(shè)計(jì)日逐時(shí)空調(diào)冷負(fù)荷和月平均日逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算，并根據(jù)建筑的使用性質(zhì)，暫定辦公部分空調(diào)主要使用時(shí)間為8：00～20：00，其余部分為全天空調(diào)冷負(fù)荷，并且忽略空調(diào)房間之間的傳熱。

空調(diào)設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷結(jié)果見圖1。月負(fù)荷數(shù)據(jù)見表1。

其中：①設(shè)計(jì)日最大冷負(fù)荷（17：00）：453.2KW；②設(shè)計(jì)日總

冷負(fù)荷：7608.9KWh；③谷段最大冷負(fù)荷（21：00）：192KW。

5月

6月

7月

8月

9月

總計(jì)

月負(fù)荷（KWh）

161339

186266

201674

196956

136504

882739

負(fù)荷系數(shù)

0.684

0.816

0.855

0.835

0.598

從設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷分布圖可以看出，本工程峰段負(fù)荷較突出，冷負(fù)荷高峰段為8：00～21：00，剛好是杭州的電力峰段，適合使用蓄冰空調(diào)系統(tǒng)。

3.設(shè)計(jì)方案

3.1 運(yùn)行方案的比較及確定

在蓄冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,運(yùn)行方案的確定是關(guān)鍵,它往往能決定一個(gè)蓄冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗。本設(shè)計(jì)比較了表2的五種設(shè)計(jì)日運(yùn)行方案（考慮到蓄冷量占總冷負(fù)荷在30%～70%內(nèi)才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果^[3]，本文比較過的其它沒達(dá)到這一要求的方案未列出）。

方案

運(yùn)行負(fù)荷（kW）

蓄冷負(fù)荷所占比例

時(shí)段

8：00～11：00

11：00～18：00

18：00～21：00

21：00～次日8：00

1

基載

0

192

0

此段全部冷負(fù)荷

30.9%

主機(jī)

0

供冷（扣除基載）

0

充冷306.5×0.7

蓄冰

釋冷（全部）

0

釋冷（全部）

充冷

2

基載

192

41.1%

主機(jī)

0

充冷405.9×0.7

蓄冰

釋冷（供扣除基載部分冷負(fù)荷）

充冷

3

主機(jī)1

246.9

31.7%

主機(jī)2

0

246.9

蓄冰

釋冷（供扣除主機(jī)1部分冷負(fù)荷）

主機(jī)余量充冷

4

輔機(jī)

0

全部冷負(fù)荷

31.4%

主機(jī)

供冷310

充冷310×0.7

蓄冰

釋冷（供扣除主機(jī)部分冷負(fù)荷）

充冷

5

輔機(jī)

0

全部冷負(fù)荷

40.6%

主機(jī)

0

供冷401.6

0

充冷401.6×0.7

蓄冰

釋冷（全部）

釋冷（其余部分）

釋冷（全部）

充冷

①方案1基載機(jī)組192KW，主機(jī)306.5KW，這個(gè)方案充分考慮到了杭州的用電限制,但控制較復(fù)雜,蓄冷負(fù)荷不大。

②方案2基載機(jī)組192 KW，主機(jī)405.9KW，這個(gè)方案蓄冷負(fù)荷較大,但機(jī)組容量也大,初投資高(制冷機(jī)組800元/KW,蓄冰槽150元/KW),并且制冷機(jī)組利用率太低。

③方案3兩臺(tái)相同機(jī)組246.9KW，這個(gè)方案兩臺(tái)機(jī)組相同,維護(hù)方便,但由于在夜間有一個(gè)余量充冷的過程，因此，控制最復(fù)雜。

④方案4主機(jī)310KW，輔機(jī)192KW，這個(gè)方案機(jī)組利用率高,運(yùn)行控制簡單,但蓄冷負(fù)荷不大。

⑤方案5主機(jī) 401.6KW，輔機(jī)192KW，這個(gè)方案蓄冷負(fù)荷較大,但機(jī)組容量也大,初投資高。

本工程制冷機(jī)組選用螺桿式制冷機(jī)組。根據(jù)機(jī)組容量和杭州的用電政策，在第④和第⑤種方案的基礎(chǔ)上最終確定的方案為：主機(jī)容量330.6KW，型號LS331，8：00～11：00停開，11：00～20：00供冷，21：00～次日7：00充冷；輔機(jī)容量198KW，型號LS198，8：00～20：00停開，21：00～次日7：00供冷。蓄冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷的比例為33.5%。這種方案針對本工程谷段負(fù)荷較大，既避免了設(shè)置機(jī)載導(dǎo)致的蓄冷量過小(運(yùn)行費(fèi)用高)的問題，又避免了全量蓄冷系統(tǒng)造成的機(jī)組容量太大(初投資高)的問題,基本上保證了總費(fèi)用最省。

蓄冰設(shè)備選用STL系列50m²臥式蓄冰槽，配S.00型冰球。設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷分配見圖2。

3.2 流程配置

本工程采用制冷機(jī)位于上游的串聯(lián)流程空調(diào)系統(tǒng),輔機(jī)以常規(guī)方式工作,制冷設(shè)備與用戶的連接采用間接連接的方式。制冷系統(tǒng)原理圖見圖3。這種設(shè)計(jì)，主機(jī)供冷時(shí)工作溫度較高,提高了制冷機(jī)組的效率;輔機(jī)不與乙二醇系統(tǒng)連接,盡量減少了乙二醇系統(tǒng)的規(guī)模,提高了系統(tǒng)的可靠性;減少了乙二醇溶液的用量,降低了初投資.

3.3 制冷機(jī)房布置

本工程制冷機(jī)房布置在地下室，蓄冰槽采用室外埋地的方式，布置剖面圖見圖4。

根據(jù)一般的工程經(jīng)驗(yàn)，蓄冰空調(diào)系統(tǒng)制冷機(jī)房占地面積要比常規(guī)空調(diào)增加50%左右。較大的機(jī)房面積使蓄冰空調(diào)系統(tǒng)的初投資進(jìn)一步增加，這也是限制我國蓄冷技術(shù)推廣的主要因素之一。

本設(shè)計(jì)很好的解決了這一問題。在本工程中，機(jī)房占地面積只有100.4m²,基本上與常規(guī)空調(diào)制冷機(jī)房持平。并且，由于本設(shè)計(jì)蓄冰槽排水口位于地下室地平面以上，不需要額外增加排水設(shè)備。

3.4 自控方案

輔機(jī)夜間的供冷采用常規(guī)的控制方法。主機(jī)充冷時(shí)不進(jìn)行控制。主要對主機(jī)11：00～20：00的運(yùn)行進(jìn)行控制。本工程采用優(yōu)化控制系統(tǒng)，根據(jù)測定的氣象條件預(yù)測全天冷負(fù)荷來決定主機(jī)與蓄冰槽合理的負(fù)荷分配模式。本設(shè)計(jì)主要是通過控制主機(jī)的運(yùn)行時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的。在設(shè)計(jì)日，主機(jī)11：00開機(jī)，低于設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷時(shí)開機(jī)時(shí)間推遲。開機(jī)后，盡量滿負(fù)荷運(yùn)行，如果過高，則直接調(diào)節(jié)制冷機(jī)到75%或50%或25%檔，不足部分由蓄冰補(bǔ)充。

這種控制模式對制冷機(jī)組的調(diào)節(jié)要求較低,可以減少制冷機(jī)組的投資費(fèi)用;制冷機(jī)組基本上都是滿負(fù)荷運(yùn)行，狀態(tài)穩(wěn)定，設(shè)備利用率高;閥門開啟、調(diào)節(jié)頻率低，控制簡單；最大限度地發(fā)揮了蓄冰設(shè)備融冰供冷量,達(dá)到了節(jié)約電費(fèi)的目的。

3.5 末端系統(tǒng)

在已有的工程中，冰蓄冷系統(tǒng)一般與低溫送風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合使用，這樣能夠充分利用冰蓄冷系統(tǒng)所產(chǎn)生的低溫冷凍水，在一定程度上彌補(bǔ)蓄冰系統(tǒng)增加的初投資。一般來說，當(dāng)建筑面積大于14000m²時(shí)，蓄冰與低溫送風(fēng)相結(jié)合的初投資低于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)建筑面積小于3700m²時(shí)，蓄冰與低溫送風(fēng)相結(jié)合的初投資高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)^[4]。

由于本工程建筑面積只有3708.9 m²，因此，不考慮低溫送風(fēng)系統(tǒng)，采用常規(guī)的風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的系統(tǒng)。

4.經(jīng)濟(jì)評價(jià)

4.1 設(shè)備參數(shù)及一次性投資

非蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)擬選用兩臺(tái)LS251型螺桿式制冷機(jī)，其標(biāo)定容量250.6KW，以及相應(yīng)的附屬設(shè)備。

非蓄冷系統(tǒng)一次投資費(fèi)用估算見表3。蓄冰空調(diào)系統(tǒng)一次投資費(fèi)用估算見表4。

4.2 年用電量計(jì)算

根據(jù)月負(fù)荷數(shù)據(jù)及負(fù)荷分配方案計(jì)算年用電量。月負(fù)荷數(shù)據(jù)見表1。年電費(fèi)結(jié)果見表5。

4.3 回收年限

蓄冷系統(tǒng)與非蓄冷供冷系統(tǒng)電費(fèi)匯總表如表4所示，計(jì)算回收年限^[3]：n =

其中：SC——蓄冷系統(tǒng)投資，元；SR——蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，元/年；NC——非蓄冷系統(tǒng)投資，元；NR——非蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，元/年。

即回收期為： n ==3.9 (年)

名 稱

單 價(jià)

雜費(fèi)（%）

容量

投資費(fèi)用（元）

制冷機(jī)組

800元/KW

10

2×250.6 (kw)

441056

一次冷水泵

70元/m³/h

17

50×2(m³/h)

8190

二次冷水泵

70元/m³/h

17

100(m³/h)

8190

冷卻水泵

70元/m³/h

17

50×2(m³/h)

8190

冷卻塔

80元/KW

17

566.5KW）

53024

冷凍水管

70元/KW

453.2（KW）

31724

冷卻水管

75元/KW

453.2（KW）

33990

自控部分

50元/KW

453.2（KW）

22660

電力部分

280元/KW

453.2（KW）

126896

增容費(fèi)

1500元/KW

250.6×2（KW）

751800

總計(jì)

1485720

名 稱

單 價(jià)

雜費(fèi)（%）

容量

投資費(fèi)用（元）

制冷機(jī)組

800元/KW

10

330.6+198.4(kw)

465520

綜合泵

100元/m³/h

17

80+80(m³/h)

18720

冷水負(fù)荷泵

70元/m³/h

17

50×2+50(m³/h)

12285

冷卻水泵

70元/m³/h

17

100+50(m³/h)

12285

冷卻塔

80元/KW

17

529×1.25（KW）

61893

溶液及冷凍水管

70×1.5元/KW

453.2（KW）

47586

冷卻水管

75元/KW

529（KW）

39675

自控部分

90元/KW

529（KW）

47610

電力部分

280元/KW

529（KW）

148120

蓄冷裝置

150元/KWh

18

2545.4（KWh）

450536

熱交換器

150元/KW

10

453.2（KW）

74778

增容費(fèi)

900元/KW

330.6+198.4（KW）

476100

總計(jì)

1855108

表5 年電費(fèi)匯總表

制冷系統(tǒng)

電費(fèi)時(shí)段

電量（KWh）

電價(jià)（元/KWh）

總價(jià)（元）

年差價(jià)（元）

非蓄冷系統(tǒng)

峰

258029

0.97

250288

93853

谷

79705

0.27

21520

總計(jì)

337734

271808

蓄冷系統(tǒng)

峰

120826

0.97

117201

谷

225013

0.27

60754

總計(jì)

345839

177955

5.結(jié)論

①在社會(huì)效益方面, 工程設(shè)計(jì)日削峰填谷負(fù)荷為2481.1KWh,占設(shè)計(jì)日總冷負(fù)荷的32.6%。

②對用戶, 本設(shè)計(jì)一次性投資比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高24.9%（一般情況高20%～60%^[3]），即36.9萬元，每年電費(fèi)節(jié)省9.4萬元,回收年限不足4年（10年以上不可取^[3]）。如果空調(diào)系統(tǒng)壽命以20年計(jì)，在整個(gè)使用期內(nèi)將會(huì)節(jié)約費(fèi)用150余萬元。

③在杭州優(yōu)惠的電力政策以及適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)能得到較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)回報(bào)，具有較大的可行性。

參考文獻(xiàn):

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