冰蓄冷在酒店空調系統(tǒng)中的應用經(jīng)濟性分析

龔延旺

摘要：本文以海南某酒店為例，分別采用了冰蓄冷空調系統(tǒng)和常規(guī)空調進行系統(tǒng)設計選型，在當?shù)仉妰r優(yōu)惠政策條件下，比較了兩種方案的初投資和運行費用，得出了電價對冰蓄冷系統(tǒng)經(jīng)濟性的影響，可供設計參考。

關鍵詞：冰蓄冷；電價；經(jīng)濟性

1引言

近年我國中大城市電網(wǎng)負荷峰谷用電量存在顯著差距，電力部門在中大城市逐步實施分時電價政策，鼓勵移峰填谷，充分利用電力資源，而蓄冷空調技術是目前移峰填谷技術中應用最有效的方式之一。國家和許多地方政府電力部門對于蓄冷空調系統(tǒng)大力支持并給予優(yōu)惠政策。

冰蓄冷空調系統(tǒng)是在夜間利用制冷主機制冰，將冷量以冰的形式蓄存起來，然后在白天根據(jù)空調負荷要求釋放這些冷量，這樣在電力低谷段蓄冰，在用電高峰時期就可以少開甚至不開主機，將電網(wǎng)高峰時間的空調用電量轉移至電網(wǎng)低谷時使用，從而利用峰谷電價政策，達到為用戶節(jié)約電費的目的。

冰蓄冷空調技術之所以得到政府以及工程技術界的重視，重要原因之一是冰蓄冷技術具有卓越的移峰填谷功能，是電力需求側管理的重要技術手段。

2空調系統(tǒng)負荷分析

以海南某酒店為例，該酒店為豪華地標酒店、公寓式酒店、會展酒店、會展中心、商業(yè)中心、電影院、水上樂園等功能為一體的70多萬平方米超級酒店群建筑，占地面積約26.5萬m2，總建筑面積70多萬 m2，地上建筑面積50.48萬m2，地下建筑面積20.33萬m2（含人防1.28萬m2）。空調尖峰冷負荷為4033RT，日供冷負荷70370RTh（供冷時間為24小時）。

設計日夏季空調逐時冷負荷柱狀圖如下圖圖1所示：

3海南現(xiàn)行電價政策表

4空調系統(tǒng)設計選型

為了分析比較，分別設計常規(guī)空調系統(tǒng)和冰蓄冷空調系統(tǒng)，分述如下：

4.1常規(guī)空調系統(tǒng)

選用約克型號為YKHFGDJ15CWE的離心式冷水機組4臺，單臺制冷量為1000RT，輸入功率為666KW。

4.2冰蓄冷空調系統(tǒng)

選用約克型號為YKKQK3H95CUG的雙工況螺桿式冷水機組2臺和型號為YKKQK3H95CUG的基載主機2臺，雙工況主機單臺空調和蓄冰工況制冷量分別為800RT和609RT，輸入功率分別為572KW和535KW；基載主機單臺制冷量為800RT，輸入功率為572KW。選用蓄冰槽蓄冰量為：609RT*2臺*8小時=9744RT。

5冰蓄冷系統(tǒng)運行策略與經(jīng)濟性分析

5.1冰蓄冷系統(tǒng)運行策略分析

為了充分發(fā)揮各裝置在整個供冷季節(jié)轉移尖峰時段空調用電負荷的功能和提高整個空調系統(tǒng)的全天運行效率，實現(xiàn)在整個供冷季節(jié)省運行電耗、運行電費最省的優(yōu)化目標，針對建筑物的小時動態(tài)冷負荷，對各天的24小時冷負荷分布圖進行科學分類，通過優(yōu)化分析，確定經(jīng)濟運行的多種控制模式。

運行原則：低谷電開足主機制冰，高峰電盡量少開主機，盡可能減少主機的啟停次數(shù)，主機開啟時盡可能在高負荷率下運行，提高系統(tǒng)效率。

冰蓄冷系統(tǒng)運行模式說明：

（1）雙工況主機以制冰工況運行蓄冰裝置蓄冰模式

（2）雙工況主機以空調工況運行單獨供冷模式

（3）雙工況主機以空調工況運行與蓄冰裝置融冰聯(lián)合供冷模式

（4）蓄冰裝置融冰單獨供冷模式

設計日冰蓄冷空調運行方式如下圖2所示：

5.2電價對冰蓄冷系統(tǒng)的影響分析

選用冰蓄冷空調系統(tǒng)時，采用蓄冰轉移峰電節(jié)約運行費用的量取決于峰谷電價本身的價格差，由于空調主機制冰工況下運行時蒸發(fā)器冷凍水出口溫度一般為-5.5℃，使得機組冷媒R-22蒸發(fā)溫度下降，導致制冷主機制冷能力和制冷能效比COP值下降。如下圖3 R-22冷媒壓縮制冷特性曲線示意圖所示：常規(guī)工況單位冷媒氣體的制冷能力為1-4，而蓄冰工況制冷量為1'- 4'。

由于這是冷媒氣體的壓縮特性，各大主機生產(chǎn)廠家的制冷主機蓄冰工況下制冷能力下降的幅度基本相同，以本項目設備表制冷機組為例，雙工況離心機組在常規(guī)工況下制冷能力為800冷噸，而在夜間冷凍液溫度在-5.6℃時，制冷能力僅為609冷噸，效率僅為常規(guī)工況下的609/800=76%，制冷量下降24%，COP大約下降19%。

從三亞市的峰谷電價時段劃分可知，夏季高峰夜間低谷電力0.3232元/kWh蓄冰如果應用于其他時段，其他時段的電費必須高于0.3232/81%=0.399元/kWh，另外由于蓄冰和融冰過程中乙二醇溶液泵的耗電（在蓄冰和融冰段都需要運行，一般蓄冰乙二醇溶液泵的功率約占主機功率的5%），加上蓄冰槽的在蓄冰、融冰過程中的保溫冷損失，合計約占主機耗電的10%，實際上其他時段的電費必須高于0.399元/kWh *115%=0.459元/kWh時利用低谷蓄冰量才會節(jié)省運行費用，而0.459元/kWh < 0.659元/kWh，遠小于1.062元/kWh。

因此，由電力政策可見：

與當前0.6432元/kWh的平段電價差為：0.6432-0.459=0.1842元/kWh。即采用冰蓄冷轉移平段用電到低谷電每千瓦時可節(jié)約0.1842元，節(jié)省的比例為28.6%，（=0.1842/0.6432）。

與當前1.0592元/kWh的高峰段電價差為：1.0592-0.459=0.6元/kWh。即采用冰蓄冷轉移高峰用電到低谷電每千瓦時可節(jié)約0.6元，節(jié)省的比例為57%，（=0.6/1.0592）。

6冰蓄冷系統(tǒng)與常規(guī)空調系統(tǒng)運行費用比較

6.1冰蓄冷系統(tǒng)設備造價

6.2常規(guī)空調系統(tǒng)設備造價

6.2冰蓄冷系統(tǒng)與常規(guī)空調系統(tǒng)運行費用比較

7結論：

由上述的分析可以看出：

采用冰蓄冷供冷系統(tǒng)時，相對常規(guī)冷水機組方案空調系統(tǒng)初投資增加259.6萬元。年運行費用節(jié)省76.8萬元/年。投資回收年限為3.4年，之后運行費用的節(jié)約均為純利潤，按制冷主機使用壽命20年計算，投資收益為 76.8萬元/年×（20-3.4）年=1274.9萬元。

由于采用冰蓄冷系統(tǒng)可以使得主機大部分時間都處于滿負荷工作狀態(tài)，主機此時COP高，而常規(guī)空調系統(tǒng)中主機通常都處于部分負荷狀態(tài)，COP低。因此，采用冰蓄冷系統(tǒng)節(jié)省的運行費用應大于上述數(shù)值。

采用冰蓄冷系統(tǒng)，在部分負荷情況下，無須開啟空調主機，只需開啟空調水泵（變頻運行）即可。

冰蓄冷中央空調節(jié)能、減少環(huán)境污染，有明顯的經(jīng)濟和社會效益，代表著當今世界中央空調的先進水平，成為今后大中型中央空調發(fā)展的方向。

參考文獻：

[1]蓄冷空調工程技術規(guī)程JGJ158-2008.

[2]民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范GB50736-2012.

[3]美國制冷協(xié)會（ARI）ARI550/590-98標準.