某辦公樓冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

李 智， 邱建中

某辦公樓冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

李 智， 邱建中

（江蘇省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 南京 210019）

對(duì)某辦公樓冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，并在建筑物不同的負(fù)荷下，對(duì)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的逐時(shí)電費(fèi)進(jìn)行了比較。通過(guò)圖表可以更直觀的看出蓄冷空調(diào)在運(yùn)行上的經(jīng)濟(jì)性。最后計(jì)算出回收年限，論證了冰蓄冷系統(tǒng)在工程中的可行性。

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)； 經(jīng)濟(jì)性分析； 蓄冰比例； 回收年限； 辦公樓

0 引言

該工程為南京某公司總部大樓（如圖1所示），項(xiàng)目位于南京市建鄴區(qū)河西CBD中心區(qū)，總建筑面積25萬(wàn)m2。地下兩層，主要為停車(chē)庫(kù)、設(shè)備用房和后勤用房，地上由6棟單體組成(最高建筑為55.55m,共14層)，其中1#、3#為辦公樓，2#樓為輔助功能用房，4#樓為數(shù)據(jù)中心，5~6#樓為商務(wù)酒店。

1 空調(diào)形式及設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷

1.1 冷熱源

01~04業(yè)務(wù)辦公樓采用冰蓄冷系統(tǒng)加油氣兩用熱水鍋爐的空調(diào)冷熱源形式。05、06商務(wù)酒店采用離心式冷水機(jī)組加地源熱泵冷熱水機(jī)組的空調(diào)冷熱源形式。

1.2 空調(diào)方式

圖1 項(xiàng)目實(shí)景

該工程按功能分區(qū)和使用要求設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)。01#、03#辦公樓為地板送風(fēng)系統(tǒng)；02#輔樓為風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；04樓為數(shù)據(jù)處理機(jī)房，采用機(jī)房精密空調(diào)（恒溫恒濕）空調(diào)系統(tǒng)；05#、06#商務(wù)樓主要有舒適性全空氣空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。重點(diǎn)論述1#樓地板送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。

1.3 設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷

01-04業(yè)務(wù)辦公樓，總建筑面積約120000m2，其中商業(yè)面積為18000m2。通過(guò)負(fù)荷計(jì)算軟件，得出該工程最大設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷（見(jiàn)表1）及逐時(shí)冷負(fù)荷分布圖（如圖2所示）。

從逐時(shí)冷負(fù)荷分布圖上可以看出，該工程冷負(fù)荷集中在9:00-20:00，基本處于電力高峰段。從總體上看全天負(fù)荷存在極其明顯的變化，空調(diào)系統(tǒng)適合設(shè)計(jì)為冰蓄冷系統(tǒng)。蓄冰系統(tǒng)選型及設(shè)計(jì)以該設(shè)計(jì)日逐時(shí)負(fù)荷分布為依據(jù)。

表1 各區(qū)域冷負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

圖2 100%設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷分布

2 系統(tǒng)設(shè)置及運(yùn)行模式

2.1 系統(tǒng)設(shè)置

冰蓄冷系統(tǒng)相對(duì)于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，增加了蓄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。方案以目前國(guó)內(nèi)常用的串聯(lián)布置模式設(shè)計(jì)[1]，也就是制冷機(jī)組與蓄冰裝置串聯(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，由于只需控制蓄冰裝置的出口溫度，因此也易實(shí)現(xiàn)。

蓄冰模式的選擇對(duì)初投資和運(yùn)行費(fèi)用有很大的影響，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，冰蓄冷系統(tǒng)存在一個(gè)臨界蓄冰比例，在此蓄冰比例下冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用之和最低，具有最佳的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

該設(shè)計(jì)基于理論計(jì)算，設(shè)計(jì)冷源選用三臺(tái)制冷量為3164kW雙工況離心式冷水機(jī)組和一臺(tái)制冷量為710kW螺桿式（基載）冷水機(jī)組，蓄冰設(shè)備為鋼盤(pán)管蓄冰槽，共14組，總蓄冰量40769kWh。蓄冰系統(tǒng)載冷劑為25%濃度的乙二醇溶液。雙工況冷水機(jī)組制冰工況供回水溫度為-5.6/-2.0℃，空調(diào)工況供回水溫度為3.5/11℃；制冷板式換熱器一次側(cè)進(jìn)出水溫度為3.5/11℃，二次側(cè)進(jìn)出水溫度為12/7℃；用戶(hù)側(cè)空調(diào)系統(tǒng)（包括基載機(jī)）供回水溫度為7/12℃；雙工況冷水機(jī)組另配四臺(tái)乙二醇泵（三用一備），螺桿式（基載）冷水機(jī)組配兩臺(tái)冷凍泵（一用一備），制冷板式換熱器配四臺(tái)冷凍水泵（三用一備）。

2.2 運(yùn)行策略

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)（如圖3所示）主要分為下面四種運(yùn)行策略[3]：雙工況主機(jī)制冰、融冰單供冷、主機(jī)單供冷、主機(jī)與融冰聯(lián)合供冷，各策略下設(shè)備狀態(tài)表見(jiàn)表2。

2.3 100%設(shè)計(jì)負(fù)荷下的運(yùn)行模式

結(jié)合設(shè)計(jì)日空調(diào)逐時(shí)負(fù)荷分布圖和江蘇地區(qū)實(shí)行的電價(jià)政策,冰蓄冷空調(diào)設(shè)計(jì)日雙工況機(jī)組的運(yùn)行模式如圖4所示。具體有以下2種工作模式運(yùn)行：

（1）基載供冷和雙工況主機(jī)制冰模式（00:00-8:00）

此時(shí)已進(jìn)入谷電時(shí)段，雙工況機(jī)組運(yùn)行在此模式下制冰，空調(diào)負(fù)荷由基載主機(jī)直接提供。

圖3 冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)冷水系統(tǒng)圖

3.1 電價(jià)政策

為緩解電網(wǎng)晝夜不平衡運(yùn)行的壓力，電力部門(mén)制定有關(guān)政策，以控制用戶(hù)在電力高峰期的用電量。南京地區(qū)分時(shí)電價(jià)見(jiàn)表3。

3.2 初投資增加量I

經(jīng)初步概算，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)機(jī)房設(shè)備一次性投資1499.1萬(wàn)元，機(jī)房用電功率3109kW，常規(guī)電制冷空調(diào)機(jī)房設(shè)備一次性投資約1145萬(wàn)元，機(jī)房用電功率4043kW。

該工程采用雙路高可靠性供電。依據(jù)江蘇省現(xiàn)行電力政策，用戶(hù)每千瓦電力投資為800元，采用雙路進(jìn)電，第二路需收取每千瓦160元的高可靠性費(fèi)用。如采用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，用戶(hù)可免交第二路高可靠性費(fèi)用。則蓄冰系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)電力投資情況見(jiàn)表4。

表2 各運(yùn)行策略下設(shè)備狀態(tài)

圖4 100%設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行策略

（2）機(jī)組與融冰聯(lián)合供冷模式（8:00-20:00）

在此期間，基載和雙工況主機(jī)在空調(diào)工況下運(yùn)行，滿(mǎn)足部分冷負(fù)荷的需要，其他的冷負(fù)荷由融冰滿(mǎn)足。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

表3 南京地區(qū)分時(shí)銷(xiāo)售電價(jià)

表4 電力初投資費(fèi)用

綜上所述，初投資增加量I為214.7萬(wàn)元。

3.3 運(yùn)行費(fèi)用減少量 E

通過(guò)模擬分析蓄冰系統(tǒng)的運(yùn)行，結(jié)合以往氣象資料，空調(diào)供冷期按150d計(jì)算，其中100%負(fù)荷24d、75%負(fù)荷46d、50%負(fù)荷50d、25%負(fù)荷30d。

3.3.1 蓄冰空調(diào)系統(tǒng)年制冷費(fèi)用

通過(guò)該工程在不同負(fù)荷率下的耗電量，計(jì)算出相應(yīng)的電費(fèi)，見(jiàn)表5。

表5 蓄冰空調(diào)年運(yùn)行費(fèi)用一覽

3.3.2 蓄冰空調(diào)系統(tǒng)逐時(shí)電費(fèi)比較

分時(shí)電價(jià)按南京現(xiàn)行分時(shí)電價(jià)值，在不同的負(fù)荷下空調(diào)系統(tǒng)的逐時(shí)電費(fèi)如圖5所示，從圖中曲線(xiàn)可以看出，當(dāng)系統(tǒng)在100%負(fù)荷運(yùn)行的情況下，由于采用部分蓄冷，高峰期還是要開(kāi)啟制冷主機(jī)和蓄冷設(shè)備同時(shí)供冷，電費(fèi)相對(duì)較高。但是在非設(shè)計(jì)日，由于建筑物負(fù)荷較低，蓄冷設(shè)備在白天可以很好的滿(mǎn)足空調(diào)供冷的需要，特別是在25%負(fù)荷的情況下，建筑物白天的空調(diào)負(fù)荷完全可以由蓄冰設(shè)備提供，可以很好節(jié)約電費(fèi)的開(kāi)支。

3.3.3 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)年制冷費(fèi)用

常規(guī)空調(diào)由于沒(méi)有蓄冰設(shè)備，所以在不同負(fù)荷下，逐時(shí)電費(fèi)就是各時(shí)間段的耗電量與電價(jià)的乘積，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

從圖6中可以看出，常規(guī)空調(diào)的電費(fèi)開(kāi)支主要集中在用電高峰時(shí)段，而且建筑物的負(fù)荷越大用電量就越大，電費(fèi)開(kāi)支也就越大。

圖5 蓄冷系統(tǒng)各負(fù)荷下逐時(shí)電費(fèi)比較

負(fù)荷率 日冷負(fù)荷，kW 日耗電量，kW日耗電費(fèi)，元 年耗電費(fèi)，元100%1417654322932335776051 75%106324 32836 24561 1129810 50%70883 22628 16926 846296 25%35441 12613 9434 283026合計(jì)3035183

圖6 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)各負(fù)荷下逐時(shí)電費(fèi)比較圖

綜上所述，運(yùn)行費(fèi)用減少量E=107.75萬(wàn)元。

3.4 回收期估算

由以上計(jì)算可知，初投資增加量I=214.7萬(wàn)元，運(yùn)行費(fèi)用減少量E=101.75萬(wàn)元，設(shè)折現(xiàn)率s=5%，代入下面公式（1）[4]：

得：回收年限為2.28a。計(jì)算結(jié)果表明冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)初投資的增加量可以在很短時(shí)間內(nèi)得到回收，所以該系統(tǒng)在該工程是可行的。

4 結(jié)語(yǔ)

空調(diào)中蓄能技術(shù)的研究和應(yīng)用在最近二十年內(nèi)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，尤其冰蓄冷技術(shù)，己有大量的研究和廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)南京某辦公樓冰蓄冷空調(diào)工程實(shí)例進(jìn)行了理論分析，論證了冰蓄冷空調(diào)在技術(shù)上可行，并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。但冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)比一般空調(diào)系統(tǒng)要復(fù)雜的多，在指導(dǎo)思想上應(yīng)大力提倡因地制宜，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，切忌片面、盲目、一哄而起。一定要根據(jù)實(shí)際情況和需求，合理選擇系統(tǒng)設(shè)備和控制策略，更好的發(fā)揮冰蓄冷空調(diào)的優(yōu)勢(shì)。

[1]劉道平.蓄冷技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].暖通空調(diào)，1995，25（4）.

[2]嚴(yán)德隆，張維君.空調(diào)蓄冷應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1997，5.

[3]李樹(shù)林，南曉紅，等.制冷技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4]李濤，曹家傲.冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析，能源研究與信息[J].2003，19（1）：32-38.

Economic Analysis of Ice-storage Air-conditioning System for an Office Building

LI Zhi，QIU Jian-zhong

（Jiangsu Province Architecture Design and Research Institute，Nanjing 210019，China）

Economic analysis of ice storage air conditioning system for an office building.Then capered the hourly electricity charge between the ice-storage air-conditioning system and conventional air conditioning system based in different cooling loads.Though the charts,we will know the economy of the ice-storage air-conditioning system more perceivable.In the end,the feasibility of the air conditioning project is proved above the calculation of the payback period.

ice-storage air-conditioning system； economic analysis； ice storage proportion；payback period；office building

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.017

TU831

B

2095-3429（2017）04-0080-04

李 智（1984-），男，江蘇宿遷人，碩士，工程師，從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與研究工作。

2017-07-04

修回日期：2017-08-01