广州贝龙环保热力设备股份有限公司
摘要：为了满足当下工作的需要，进行中央空调系统节能体系的健全是非常必要的，在当下可持续发展社会建设过程中，经济建设的节能性，可持续性，一直是社会关注的普遍问题。而中央空调系统作为建筑耗电最大的一套系统设备，其节能减排的的必要性首当其冲。本文就冰蓄冷技术、电蓄热技术及经济性等来分析希望对各种设计工程者提供一定的借鉴意义。
关键词：空调系统；冰蓄冷；电蓄热
引言
目前可以看出建筑物的负荷特点有：1）全年逐日不均匀性：每天的冷负荷不相同，设计日的天数占整个使用空调天数的比例很小，不到5%；30%～50%负荷的时间占50%左右。2）全天逐时不均匀性：在供应空调时，负荷基本稳定，但夜间后，空调负荷很少；空调的时间大部集中在用电高峰时段，而低谷用电时段，空调负荷很少。根据《中国节能技术政策大纲》3.3.4 发展地热源、水源、空气源热泵技术和污水源热泵技术，一般情况下不应采用直接电采暖方式。提倡蓄冷、蓄热空调和采暖，尽量利用电网低谷负荷。
1 冰蓄冷技术介绍
1.1 冰蓄冷系统原理
冰蓄冷中央空调是在夜间利用制冷主机制冰，将冷量以冰的形式蓄存起来，然后在白天根据空调负荷要求释放这些冷量，这样在电力低谷段蓄冰，在用电高峰时期就可以少开甚至不开主机。这样就可以将电网高峰时间的空调用电量转移至电网低谷时使用，从而利用峰谷电价政策，达到为用户节约电费的目的。
在一般大楼中，空调系统用电量占总耗电量的35%~65%，而制冷主机的电耗在空调系统耗电量中又占65%~75%。在常规空调设计中，冷水主机及辅助设备容量均按尖峰负荷来选配，这不仅使空调系统的电力容量增大，而且使得主机等空调设备在大部分情况下都处于低效率的部分负荷状态运行，设备利用率也低，投资效益低。
另外由于空调负荷的分布在一年之内极不均衡，尖峰负荷约占总运行时间的6%~8%，空调主机的利用率低，且浪费配电设施及其他相关投资。采用冰蓄冷中央空调后，可以选择相对较小的主机，在夜间主机蓄冰，白天主机与蓄冰装置一起工作满足空调负荷，这样全日主机利用率将极大提高，用电负荷将非常平均，相应的配电设施及其他投资效益大幅度提高。
冰蓄冷从系统构成上来说只是在常规空调系统的基础上增加了一套蓄冰装置、板式换热器、和一套乙二醇溶液泵，其它各部分在结构上与常规空调并无不同，它在遵循的技术规范方面也与常规空调基本一致。
1.2冰蓄冷系统特点
冰蓄冷空调技术之所以得到各国政府以及工程技术界的重视，重要原因之一是冰蓄冷技术具有卓越的移峰填谷功能，是电力需求侧管理的重要技术手段。冰蓄冷空调技术具有以下特点：
（1）平衡电网昼夜峰谷电力负荷，减缓电厂建设，提高火电厂发电效率。（2）减少制冷主机容量，减少空调系统电力工程贴费及配电设施费用。（3）合理利用峰谷电价差价，显著降低空调系统运行费用。（4）空调系统使用更加灵活，节假日、休息日等小负荷状态下，可融冰供冷，无需开启制冷主机，避免制冷主机低效运行，节能效果明显。（5）蓄冰装置的蓄冷量可作为应急冷源，在停电时只需开启水泵即可供冷，提高了空调系统的可靠性。（6）冷冻水温度可降至2～4℃，可实现冷冻水大温差或低温送风，降低水管、风管的口径，降低建筑层高。低温送风技术可降低室内相对湿度，提高空调舒适性。（7）使空调冷水机组更平稳地运行，更多时间处于满负荷工作状态，提高冷水机组的利用率和使用寿命。（8）供冷启动时间短，只需15-20分钟即可达到所需温度，常规系统约需1小时。
1.3 冰蓄冷系统设计原则
1.3.1 经济
蓄冰系统设计须依据影响初期投资及运行成本的各种因素综合考虑而确定，蓄冰空调系统中的蓄冰容量越大，初期投资越高，但可节约更多的运行成本，因而在方案设计时，须详尽研究系统的电力增容投资、峰谷电价结构及设备初投资等资料，以期达到最佳的经济效益，在降低初期投资的同时节约更多的运行成本，转移更多的高峰用电量。
1.3.2 完整可靠
评价蓄冰系统品质的最重要的依据是系统的整体效能及运行稳定性。进行系统设计时，须结合蓄冰系统的运行特点，优选各种设备，以使系统配合完美，符合整体运行要求。同时各种配套设备也要求能经受长期稳定工作的考验，减少对系统的维护，满足寿命要求。
1.3.3 有效利用空间
与常规空调系统相比，蓄冰装置需占用较大的空间，由于CRYOGEL蓄冰盘管可用于开式与闭式系统，故可以放置于冰槽、冰罐或地坑、阀基等各种可能的空间里，而冰槽、冰罐可放置于地面、屋顶或汽车道绿化带下面，从而不占用有效空间。
冰蓄冷相对于其它空调方式，各有优缺点，就具体某一建筑物来说，是否适宜采用蓄冰空调，要根据实际情况来决定。一般我们可按实际情况统计出一天甚至一年的空调冷负荷，并按常规空调及蓄冰空调的设计要求确定不同的设备容量，而后根据当地电力部门颁布的峰谷差价与实际运行能耗，计算这两种系统一次性综合投资值与各自的运行费用，只要冰蓄冷系统多产生的一次性投资在3-5年内能予以回收，采用冰蓄冷系统就是适宜的。而对于一些大型、超大型的建筑物，由于制冷设备综合投资的减少要大于蓄冰装置设备费，冰蓄冷就更能显示其优越性了。
2 电蓄热系统方案设计及设备配置
2.1 蓄热系统方案设计依据
2.1.1 蓄热系统设计思想
建筑蓄热系统晚上用电低谷期制热，白天少开或不开主机，以节约运行成本。
2.1.2 蓄热系统工作原理
蓄热系统采用高温蓄热水方式，高温蓄热水通过板式换热设备加热供暖二次水。
2.1.3 供暖蓄热系统的运行策略
蓄热系统运行策略可选择分量蓄热和全量蓄热两种形式，分量蓄热是指非谷段供热时间内一部分热负荷由夜间低谷期蓄存热量供应，另一部分启动电锅炉补热供应；全量蓄热是指供热时间内所有热负荷都由夜间低谷期蓄存热量供应。显然蓄热供热系统将转移多少高峰负荷，应存储多少热量才具有经济效益，首先取决于采用哪种运行策略。
我们应该看到，电锅炉蓄热的经济性分析是基于与燃油、燃气锅炉供热或城市集中供热相比较的，由于平段和峰段电力的成本显著高于燃油或燃气，所以在峰谷电价绝对差较大情况下，尽量减少平段、峰段电锅炉运行时间是电力蓄热系统设计的基本思想。蓄热量多少取决于以下几个方面：（1）供热时间内峰、平、谷电的分布情况。供热运行的模式和电锅炉补热时间均取决于这一因素，即在供热时间内，电锅炉应尽量避开高峰电时间运行，充分利用谷段电运行，适当利用平段电运行。（2）蓄热场地的大小。用户应提供可摆放蓄热设备场地的最大空间。（3）用户初投资预算费用。蓄热量大，电锅炉选择越大，蓄热设备容积越大，初投资越高，但运行费用越低。
（4）用户可利用的变配电设施容量。
3工程案例分析
下面以安徽帅旺大厦项目为例：
安徽帅旺大厦建筑面积24000m2，其中商场面积12000m2，宾馆面积12000m2。
商场冷负荷12000m2×120W/m2=1440kW，商场热负荷12000m2×90W/m2=1080kW
宾馆冷负荷12000m2×100W/m2=1200kW，宾馆热负荷12000m2×70W/m2=840kW
大厦负荷合计：总冷负荷2640kW，总热负荷1920kW。
3.1 空调冷负荷情况
安徽帅旺大厦夏季空调采用瞬时系数法估算逐时冷负荷，如下表：
3.2 经济性分析
3.2.1 常规电制冷空调+燃油锅炉供暖系统设备选型及投资概算表
3.2.2 冬季采暖运行费用计算计算依据：
冬季采暖期为90天；
燃油：热值10200Kcal/kg，价格5.5元/kg。
（1）电锅炉蓄热采暖年运行费用计算
（1）100%设计日日运行费用：
10156kWh×0.3104元/kWh+14663kWh×0.493元/kWh =10381元
（2）75%设计日日运行费用：
10156kWh×0.327元/kWh+8882kWh×0.493元/kWh =7531元
（3）50%设计日日运行费用：
10156kWh×0.327元/kWh =3152元
（4）25%设计日日运行费用：
6338kWh×0.327元/kWh =1967元
（5）电锅炉蓄热采暖年运行费用：
10381元×10天+7531元×35天+3152元×25天+1967元×20天=485563元/年
（约49万元）
（2）燃油锅炉采暖年运行费用计算
25352kWh×（100%×10天+75%×35天+50%×25天+25%×20天）×860 kcal/kW÷10200Kcal/kg÷0.90×5.5元/kg =70216元/年（约70万元）
3.3 经济性分析比较表
由上述的分析可以看出：
（1）采用冰蓄冷和电蓄能机房系统时，相对常规电制冷空调和燃油锅炉初投资增加91万元，年运行费用节省44万元，投资回收年限为2.1年，2.1之后运行费用的节约均为纯利润，按制冷主机使用寿命20年计算，投资收益为44×（20年-2.1年）=787.6万元。
（2）由于采用冰蓄冷系统可以使得主机大部分时间都处于满负荷工作状态，如各负荷分配图所示意，主机此时COP高，而常规空调系统中主机通常都处于部分负荷状态，COP低。因此，采用冰蓄冷系统节省的运行费用应大于上述数值。
（3）冰蓄冷中央空调节能、减少环境污染，有明显的社会效益，代表着当今世界中央空调的先进水平，成为今后大中型中央空调发展的方向。
参考文献：
[1]《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019—2003）
[2]《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243—2002）
[3]《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242—2002）
[4]《蓄冰空调系统的测试和评价方法》（GB/T19412—2003）
[5]《工业设备及管道绝热工程设计规范》（GB50264-97）
[6]ARI美国制冷协会《ARI Guideline T-2002蓄冰设备设计标准》
论文作者:蔡光光
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/13
标签：蓄热论文; 负荷论文; 系统论文; 空调论文; 空调系统论文; 主机论文; 电锅炉论文; 《基层建设》2016年4期论文;