【摘 要】 介紹了冰蓄冷空調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備的選擇、系統(tǒng)的特點(diǎn)和運(yùn)行情況，表明冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)能夠達(dá)到平衡電網(wǎng)負(fù)荷，減少裝機(jī)容量，降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。

【關(guān)鍵詞】 冰蓄冷 空調(diào)系統(tǒng) 能耗優(yōu)化設(shè)計(jì) 蓄冰裝置 雙工況主機(jī)

0 引言

近幾年來(lái)，空調(diào)系統(tǒng)蓄能技術(shù)有很大發(fā)展。為改進(jìn)系統(tǒng)性能，空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)代化實(shí)際已擴(kuò)展至各個(gè)領(lǐng)域。在能耗成本不斷增長(zhǎng)的情況下，為了提高人們的生活標(biāo)準(zhǔn)，而研究出許多空調(diào)蓄能方法。從現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)觀點(diǎn)來(lái)看，冰蓄冷是一種較新的方式，它是在夜間用電低谷期，采用電制冷機(jī)組制冰，將冷量以冰的方式儲(chǔ)存起來(lái)。在白天用電高峰期，把儲(chǔ)存在冰中的冷量釋放出來(lái)，以滿足制冷負(fù)荷的需要。冰蓄冷可利用電網(wǎng)峰谷政策，大大降低空調(diào)系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用；可減少制冷機(jī)組和輔助設(shè)備的容量，從而降低空調(diào)系統(tǒng)電力裝機(jī)容量和變配電設(shè)備的投資費(fèi)；并能實(shí)現(xiàn)低溫供水或低溫送風(fēng)，進(jìn)一步節(jié)省水管系統(tǒng)或風(fēng)道系統(tǒng)的投資和能耗。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

中華園位于大連華南廣場(chǎng)加洲洋房商業(yè)區(qū)，該項(xiàng)目為一類高層建筑，建筑總面積60000 m2，地下二層，地上十一層，地下二層為車庫(kù)，地下一-六層為綜合商場(chǎng)，地上七-十一層為公寓，公寓采用地?zé)帷＞C合商場(chǎng)建筑面積38000 m2，夏季冷源采用冰蓄冷，根據(jù)負(fù)荷估算，在最熱季節(jié)（7、8月份）時(shí)，白天最高冷負(fù)荷為1750冷噸，按照冰蓄冷系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)，需要配置3臺(tái)螺桿式雙工況機(jī)組運(yùn)行供冷，同時(shí)需要配置約5796冷噸-小時(shí)的貯冰裝置。

1.2 大連地區(qū)分時(shí)電價(jià)表

為緩解電網(wǎng)晝夜不平衡運(yùn)行的壓力，電力部門制定有關(guān)政策，以控制用戶在電力高峰期的用電量。采用蓄冰空調(diào)可減少空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量，同時(shí)可利用夜間谷電儲(chǔ)存冷量，滿足在電力高峰期的空調(diào)負(fù)荷需要，節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行成本。大連地區(qū)實(shí)行三段制電價(jià)，具體參見表1：

1.3 設(shè)計(jì)日逐時(shí)熱負(fù)荷表

中華園綜合商場(chǎng)每天營(yíng)業(yè)14小時(shí)，全年180天需要供冷。根據(jù)建筑面積及建筑類型估算本項(xiàng)目在最熱供冷周期內(nèi)的總計(jì)負(fù)荷：18183（TR-Hr）。

1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冰蓄冷系統(tǒng)相對(duì)于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，增加了貯冰裝置和板式換熱器等設(shè)備，因此在系統(tǒng)布置上也有特別的講究，合理的系統(tǒng)布置可以提高冰蓄冷系統(tǒng)整體的供冷能力。通常冰蓄冷系統(tǒng)有2種布置方式：串聯(lián)布置和并聯(lián)布置。本方案以目前國(guó)內(nèi)常用的串聯(lián)布置模式設(shè)計(jì)，也就是制冷機(jī)組與貯冰裝置串聯(lián)連接，這種方式的設(shè)計(jì)可以有效的控制出水溫度，使之在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)始終可以保持在設(shè)計(jì)值，同時(shí)對(duì)于自控系統(tǒng)而言，由于只需控制貯冰裝置的出口溫度，因此也易實(shí)現(xiàn)。而并聯(lián)系統(tǒng)，影響出口溫度的因素包括貯冰裝置和制冷機(jī)組的出口溫度，要控制好這2種設(shè)備，使之都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的溫度，對(duì)自控系統(tǒng)的要求就會(huì)相對(duì)增加不少，甚至可能出現(xiàn)無(wú)法控制的局面，造成冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)失敗，這樣的案例在國(guó)內(nèi)亦有發(fā)生。近年來(lái)，隨著對(duì)冰蓄冷系統(tǒng)研究的深入，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的增加，在冰蓄冷系統(tǒng)中，制冷主機(jī)和貯冰裝置串聯(lián)布置的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一種主流。

目前在國(guó)內(nèi)常見的貯冰裝置有盤管式、冰球式以及冰板等。相對(duì)而言盤管式貯冰裝置由于供冷穩(wěn)定，適用于在供冷周期內(nèi)需長(zhǎng)期供冷的建筑物，包括酒店、辦公樓以及商場(chǎng)等，而冰球的特點(diǎn)是短時(shí)間可大量釋冷，但供冷周期不長(zhǎng)，特別是到供冷末期，溫升很大，很難保證出口溫度，影響系統(tǒng)特性。

1.5 運(yùn)行策略及負(fù)荷分配

本次方案采用的是部分蓄冰系統(tǒng)策略。在該策略下，蓄冰系統(tǒng)按以下幾種工作模式運(yùn)行。

a.雙工況機(jī)組制冰

通常在夜間低谷電價(jià)時(shí)段，雙工況機(jī)組制冰蓄冷，

b.融冰、雙工況機(jī)組聯(lián)合供冷

由于貯冰裝置的釋冷是有限制的，每種蓄冰裝置均有每小時(shí)最大釋冷量的限制，因此在空調(diào)供冷期中，基本采用貯冰裝置與制冷機(jī)組聯(lián)合供冷得運(yùn)行模式。

c.融冰供冷

在日間空調(diào)工況，在負(fù)荷較?。ㄒ话阈∮谫A冰裝置每小時(shí)最大釋冷量）且高峰電價(jià)時(shí)段，為了更多的節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，常采用融冰供冷模式，當(dāng)負(fù)荷超過貯冰裝置每小時(shí)最大供冷量，啟動(dòng)制冷機(jī)組補(bǔ)充供冷，此時(shí)轉(zhuǎn)入融冰、雙工況機(jī)組聯(lián)合供冷模式。

d.雙工況機(jī)組供冷

為了有效的分配貯冰裝置的蓄冷，使之合理的在整個(gè)供冷周期內(nèi)供冷，會(huì)在部分平谷電價(jià)時(shí)段，采用來(lái)雙工況主機(jī)供冷模式來(lái)滿足需求。

2、投資回收分析

蓄冰空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備估價(jià)：（如表2）

常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備估價(jià)：（如表3）

裝機(jī)容量（配電）分析：

采用蓄冰系統(tǒng)后總的制冷機(jī)組裝機(jī)電容量為1209KW，若采用常規(guī)空調(diào)制冷，其總的裝機(jī)容量為1578KW，采用蓄冰系統(tǒng)后總的裝機(jī)容量可減少369KW，約削減電力配置24%。

設(shè)備占地分析：

采用蓄冰空調(diào)系統(tǒng)后，相比較常規(guī)系統(tǒng)需增加蓄冰裝置的占地，本項(xiàng)目蓄冰量為5960TR-HR，大約需增加占地200平方米。

運(yùn)行費(fèi)用估算：

本項(xiàng)目夜間采用谷電價(jià)：0.398元/千瓦時(shí)，由于本系統(tǒng)按約克SUIT理論設(shè)計(jì)，因此，日間采用平均電價(jià)來(lái)分析運(yùn)行費(fèi)用，采用平均電價(jià)為0.994元/千瓦時(shí)（除去低谷電時(shí)段）。

對(duì)于常規(guī)機(jī)組運(yùn)行在空調(diào)工況下，產(chǎn)生每1TR所需的耗電量：取能耗比0.9KW/TR（常規(guī)7℃出水，并考慮系統(tǒng)其他設(shè)備的運(yùn)行能耗）

則每產(chǎn)生1TRH的運(yùn)行費(fèi)用為？ 0.9*0.994=0.8946元

對(duì)于制冷機(jī)組運(yùn)行在制冰工況下，產(chǎn)生每1TR所需的能耗比取1.1KW/TR（制冰工況-6.5C出水，并考慮系統(tǒng)其他設(shè)備的運(yùn)行能耗）

則每產(chǎn)生1TRH的運(yùn)行費(fèi)用為1.1*0.398=0.4378元

通過蓄冰系統(tǒng)，每轉(zhuǎn)移1TRH節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用為：0.8946-0.4378= 0.4568元

現(xiàn)在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需冰量約為5960TR-Hr（根據(jù)夜間制冰7小時(shí)算），則一天節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用為：0.4368*5960 =2603元

按每年運(yùn)行180天（6個(gè)月）計(jì)算，則每年節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用為：2603*180 = 46.9萬(wàn)元

因此，每年采用蓄冰系統(tǒng)以后，每年可節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用為：46.9萬(wàn)元

蓄冰空調(diào)系統(tǒng)的初投資會(huì)比常規(guī)系統(tǒng)多（947-748=199萬(wàn)元），而蓄冰系統(tǒng)的裝機(jī)容量會(huì)比常規(guī)機(jī)組減小369KW，考慮到節(jié)約的運(yùn)行成本，以及電力部門對(duì)于蓄冰系統(tǒng)的優(yōu)惠政策，本項(xiàng)目4.3年可收回初期多投資的部分，并能使以后每年可以節(jié)省更多的運(yùn)行費(fèi)用。

20年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算：

中央空調(diào)系統(tǒng)機(jī)組的壽命通常在25年至30年。以20年為限，由于冰蓄冷系統(tǒng)每年都比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，20年后本項(xiàng)目累計(jì)可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用938萬(wàn)元。除去增加的初投資，系統(tǒng)使用20年后總共可節(jié)約739萬(wàn)元

3、結(jié)論

在合理穩(wěn)定的分時(shí)電價(jià)政策調(diào)控下，只要相關(guān)設(shè)備的性能價(jià)格比合理，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略最佳，一定會(huì)為業(yè)主或用戶帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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