田彩霞

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州 510500）

1 項(xiàng)目概況

廣東省中山市某工業(yè)園一二期項(xiàng)目主要功能為廠(chǎng)房、辦公研發(fā)、配套餐廳等，其中一期包括1#餐廳、2#及3#生產(chǎn)車(chē)間，二期包括4#辦公樓、5#～7#生產(chǎn)車(chē)間，總建筑面積115 700 m3，空調(diào)制冷總面積99 370 m3。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)需求，各建筑物使用功能和時(shí)間如表1所示。

表1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)需求Tab.1 Project Design Requirements

2 冷源方案

2.1 電價(jià)參數(shù)

依據(jù)中山市電網(wǎng)銷(xiāo)售價(jià)格，詳細(xì)分時(shí)電價(jià)如表2所示。

表2 中山市分時(shí)電價(jià)Tab.2 Time-of-use Electricity Price in Zhongshan

2.2 空調(diào)負(fù)荷

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算得知，一、二期尖峰總負(fù)荷為26 198 kW，設(shè)計(jì)日空調(diào)總負(fù)荷為388 239 kW·h，全年空調(diào)總負(fù)荷約為7 9103 000 kW·h。根據(jù)表1廠(chǎng)房使用功能和使用時(shí)間，本項(xiàng)目全天均有負(fù)荷需求，且晝夜負(fù)荷相差較大。其中電力峰段冷負(fù)荷為176 541 kW·h，電力平段冷負(fù)荷為162 718 kW·h，電力谷段冷負(fù)荷為48 980 kW·h。設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷曲線(xiàn)如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷曲線(xiàn)Fig.1 Design a Day-to-hour Cooling Load Curve

3 蓄冷系統(tǒng)原理與冷源設(shè)備選型

3.1 蓄冷原理

蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的工作原理是在夜間用電谷段時(shí)制冷，利用水、冰等蓄冷介質(zhì)將日間空調(diào)所需冷量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在日間用電峰段釋冷，達(dá)到滿(mǎn)足建筑物全天空調(diào)用冷的情況下，移峰填谷，轉(zhuǎn)移日間用電負(fù)荷的目的。目前，國(guó)內(nèi)常用的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)有冰蓄冷系統(tǒng)和水蓄冷系統(tǒng)［1-4］。

冰蓄冷是一種通過(guò)相變潛熱蓄冷的技術(shù)。利用水在0 ℃時(shí)發(fā)生相變的物理特性，從而實(shí)現(xiàn)水凝固成固態(tài)冰時(shí)儲(chǔ)存冷量，固態(tài)冰融化為水時(shí)釋放冷量［5］。水蓄冷是一種通過(guò)水中的溫度變化來(lái)儲(chǔ)存顯熱的技術(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的密度與溫度相關(guān)，4 ℃水溫時(shí)密度最大，當(dāng)水溫高于4 ℃時(shí)溫度升高、密度減少，當(dāng)水溫小于4 ℃時(shí)溫度升高、密度增大。從而使高溫回水聚集在蓄冷槽頂部，低溫供水聚集在蓄冷槽底部［6］。

3.2 冷源設(shè)備選型

為對(duì)比本項(xiàng)目采用常規(guī)冷源和蓄冷冷源方案的差異，首先由計(jì)算得出的空調(diào)負(fù)荷，對(duì)常規(guī)系統(tǒng)、水蓄冷系統(tǒng)和冰蓄冷系統(tǒng)3種不同空調(diào)冷源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并估算得出3 種冷源系統(tǒng)的空調(diào)設(shè)備綜合造價(jià)，結(jié)果如表3所示。

表3 冷源設(shè)備配置Tab.3 Cold Source Device Configuration

由表3可知，常規(guī)系統(tǒng)造價(jià)最低，為1 446萬(wàn)元。冰蓄冷系統(tǒng)投資造價(jià)最高，為2 606萬(wàn)元，比常規(guī)系統(tǒng)增加投資1 160萬(wàn)元。而水蓄冷系統(tǒng)投資造價(jià)為2 566 萬(wàn)元，比常規(guī)系統(tǒng)增加投資1 120 萬(wàn)元。蓄冷系統(tǒng)投資造價(jià)約為常規(guī)系統(tǒng)的1.8 倍。雖然，蓄冷系統(tǒng)在制冷機(jī)組、水泵和冷卻塔的配置數(shù)量和投資要小于常規(guī)系統(tǒng)，可是復(fù)雜的蓄冷水罐、蓄冰盤(pán)管裝置投資占比較大，導(dǎo)致蓄冷系統(tǒng)初投資高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)。

4 蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行模式與控制策略

4.1 水蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行模式于控制策略

當(dāng)采用水蓄冷系統(tǒng)作為空調(diào)冷源時(shí)，夜間基載制冷機(jī)運(yùn)行7～12 ℃工況滿(mǎn)足夜間谷電時(shí)段冷負(fù)荷，水蓄冷冷機(jī)運(yùn)行4～12 ℃蓄冷工況，冷水儲(chǔ)存在蓄冷罐中，蓄滿(mǎn)蓄冷罐，多余冷量可以在第二天使用，減少第二天的蓄冷量。日間制冷機(jī)優(yōu)先運(yùn)行，不足部分由蓄冷罐釋冷供冷。按照100%、75%、50%和25%的4 種負(fù)荷率分別進(jìn)行熱平衡計(jì)算，運(yùn)行策略如圖2所示。

圖2 水蓄冷系統(tǒng)日運(yùn)行策略Fig.2 The Water Storage System for Daily Operation

4.2 冰蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行模式與控制策略

當(dāng)采用冰蓄冷系統(tǒng)作為空調(diào)冷源時(shí)，夜間基載制冷機(jī)運(yùn)行7～12 ℃工況滿(mǎn)足夜間谷電時(shí)段冷負(fù)荷，蓄冷冷機(jī)運(yùn)行-5.6 ℃～（-2.3）℃蓄冰工況。日間基載制冷機(jī)和冰蓄冷制冷機(jī)優(yōu)先運(yùn)行供冷模式，不足部分由蓄冰盤(pán)管融冰供冷，且在非尖峰負(fù)荷時(shí)段，離心冷機(jī)和螺桿冷機(jī)運(yùn)行在設(shè)備的最優(yōu)效率點(diǎn)，變頻釋冷泵從蓄冰槽中變流量調(diào)節(jié)放冷，滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行在最佳效率點(diǎn)。按照100%、75%、50%和25%的4 種負(fù)荷率分別進(jìn)行熱平衡計(jì)算，運(yùn)行策略如圖3所示。

圖3 冰蓄冷系統(tǒng)日運(yùn)行策略Fig.3 The Ice Storage System for Daily Operation

5 經(jīng)濟(jì)性分析

為了對(duì)比3 種冷源方案在投產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)上文所述水蓄冷系統(tǒng)和冰蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行策略，并由表2 中山市分時(shí)電價(jià)，分別計(jì)算100%、75%、50%和25%的4 種負(fù)荷分布下3 種冷源方案的運(yùn)行電費(fèi)。根據(jù)不同負(fù)荷分布運(yùn)行天數(shù)計(jì)算年供冷運(yùn)行費(fèi)用和靜態(tài)回收期對(duì)比，結(jié)果如表4～表5所示。

表4 不同負(fù)荷分布日供冷運(yùn)行電費(fèi)對(duì)比Tab.4 Comparison of Daily Cooling Operating Electricity Costs with Different Load Distributions

表5 年供冷運(yùn)行電費(fèi)對(duì)比與靜態(tài)回收期Tab.5 Comparison of Annual Cooling Operating Electricity Costs and Static Payback Period

以運(yùn)行電費(fèi)作為冷源方案的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，由表4 可知，在不同負(fù)荷分布下水蓄冷系統(tǒng)和冰蓄冷系統(tǒng)所需電費(fèi)均小于常規(guī)系統(tǒng)。即無(wú)論采用任何運(yùn)行策略，蓄冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng)。

由表5 可看出，3 種冷源方案年運(yùn)行電費(fèi)由高到低為：常規(guī)系統(tǒng)＞水蓄冷系統(tǒng)＞冰蓄冷系統(tǒng)，蓄冷系統(tǒng)年供冷運(yùn)行電費(fèi)只有常規(guī)冷源系統(tǒng)的1/3。其中，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)年運(yùn)行電費(fèi)約為1 649 萬(wàn)元。水蓄冷系統(tǒng)約為1 075 萬(wàn)元，較常規(guī)系統(tǒng)節(jié)約574 萬(wàn)元，冰蓄冷系統(tǒng)約為1 130 萬(wàn)元，較常規(guī)系統(tǒng)節(jié)約519萬(wàn)元。水蓄冷系統(tǒng)較冰蓄冷系統(tǒng)多節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)55 萬(wàn)元。常規(guī)系統(tǒng)雖然初期投資較低，但是后期運(yùn)行電費(fèi)遠(yuǎn)高于蓄冷系統(tǒng)。若僅考慮節(jié)約電費(fèi)和初期設(shè)備投資，水蓄冷系統(tǒng)1.95 年可回收投資成本，冰蓄冷系統(tǒng)則需2.80 年，可見(jiàn)，水蓄冷系統(tǒng)靜態(tài)回收期短于冰蓄冷系統(tǒng)。

6 結(jié)論

⑴ 由冷源設(shè)備配置表可知，本項(xiàng)目采用蓄冷系統(tǒng)作為冷源時(shí)，水蓄冷系統(tǒng)比常規(guī)系統(tǒng)初 投 資 增 加1 120 萬(wàn)元，冰蓄冷系統(tǒng)比常規(guī)系統(tǒng)初投資增加1 160 萬(wàn)元。這是由于蓄冷水罐、蓄冰盤(pán)管裝置投資費(fèi)用較高，導(dǎo)致蓄冷系統(tǒng)初投資高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)。

⑵ 從年運(yùn)行電費(fèi)來(lái)看，水蓄冷系統(tǒng)比常規(guī)系統(tǒng)節(jié)約年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約574 萬(wàn)元，冰蓄冷系統(tǒng)比常規(guī)系統(tǒng)節(jié)約年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約519萬(wàn)元。水蓄冷系統(tǒng)節(jié)約年運(yùn)行費(fèi)用更多。

⑶ 而從投資靜態(tài)回收期來(lái)看，水蓄冷系統(tǒng)為1.95 年、冰蓄冷系統(tǒng)為2.80 年。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，蓄冷系統(tǒng)優(yōu)于常規(guī)冷源系統(tǒng)，且水蓄冷系統(tǒng)回收期更短。