浅析冰蓄冷空调系统在深圳某商业建筑实施的可行性
2011-12-20李海峰
李海峰
摘要：从初投资和运行费用角度，对深圳某商场建筑进行了冰蓄冷和常规空调系统的比较，并计算不同负荷计算日的系统运行电费，综合给出了系统的投入费用，包括主要设备投资费、自控系统投资费、系统施工安装费、配电设施费、系统运行电费以及因机房面积差产生的收益差额。
关键词：冰蓄冷经济比较投资回收期
1前言
冰蓄冷中央空调系统具有独特的技术特点，如对电网的平衡负荷作用，提高了发配电设施的利用率；对用户而言，冰蓄冷系统具有减少制冷机一次性投资，减少变压器配电容量与配电设施费，利用峰谷电价优惠政策，节约运行电费的特点。
本文就深圳某商业建筑采用冰蓄冷制冷系统和常规制冷系统进行了投资和运行费用的整体比较。计算结果比较接近实际运行结果，具有一定的项目参考价值。
2工程介绍
本工程位于深圳市，为一座 5层的商业综合体，使用功能包括了商场（零售、百货）、超市、娱乐（溜冰场、电影院）和餐饮。总建筑面积约为103893㎡。业主根据日后运营管理方面考虑，决定电影院区域（建筑面积约为4600㎡）和超市区域（建筑面积约为8550㎡）单独设置空调系统。故本项目本次需要考虑中央空调系统的区域建筑面积约为90743㎡。
3设计参数
3.1 气象参数
深圳市（汕尾气象站）设计气象参数为：
夏季空调室外计算干球温度 32.3℃
夏季空调室外计算湿球温度 27.8℃
夏季空调室外计算日平均温度 29.6℃
3.2 建筑冷负荷
由冷负荷指标估算本项目总冷负荷，其中零售区域所需的冷负荷为6381KW，百货区域所需的冷负荷为1917KW，餐饮区域所需的冷负荷为3179KW，溜冰场所需的冷负荷为141KW，其它公共区域所需的冷负荷为5550KW。经与业主物业管理公司商讨，并结合其它项目经验得到各个空调区域逐时冷负荷系数K值，并以此计算本空调系统最大冷负荷发生在设计日下午3点至4点之间，最大冷负荷值为16695KW。设计日全天总需冷容量为183399KWh。
3.3 深圳市分时电价
根据深圳市的电力政策，分时电价如下：
低谷时段8小时：（23:00～次日7:00）0.2495元/KWh
平电时段9小时：（7:00～9:00，11:30～16:00，16:30～19:00，21:00～23:00）0.7716元/KWh
尖峰时段7小时：（9:00～11:30，14:00～16:30，19:00～21:00）0.9771元/KWh
4冰蓄冷制冷系统
根据业主的要求，考虑使用分量蓄冰形式。选用3台制冷量为1000RT的双工况制冷机组用于制冰和供冷。在设计日条件下，夜间23:00至次日7:00电力低谷期内开机8小时制冰，制取的冰蓄存在蓄冰装置中。在建筑物空调设计日的白天，利用蓄冰装置融冰和双工况主机联合供冷，满足建筑物冷负荷的需要；而在部分负荷时，系统将依据实际的冷负荷需求，通过控制系统调节运行模式，自动调整每一时段内蓄冰装置融冰供冷及主机供冷的相对应比例，按照蓄冰装置优先供冷的原则，最大限度地控制主机在电力高峰期间的运行，节省运行费用。
本制冷系统主要投资项目有：3台双工况主机、3台冷却水泵、4台冷冻水泵、3台冷却塔、1套蓄冰装置、4台乙二醇循环泵、3套板式换热器、20吨100%浓度的乙二醇溶液、自控系统供应及调试费、系统施工费用。以上总的投资估算价格为2228万元。
本制冷系统运行策略为：在建筑物负荷需求较大时，夜间电价谷段全部满负荷蓄冰，白天需冷时刻，根据电价政策的不同，平价电段优先使主机供冷，不足时以冰蓄冷辅助供冷。從而提高主机的制冷效率，节省电费。建筑负荷较小，且采用夜间电价谷段蓄冰冷量即可满足负荷需求时，即采用单独融冰供冷模式，大大节省了系统的运行费用。
通过控制系统调节运行模式，自动调整每一时段内蓄冰装置融冰供冷及主机供冷的相对应比例，并避高峰运行，以实现分量蓄冰模式逐步向全量蓄冰模式的运行转化，最大限度地控制主机在电力高峰期间的运行，节省运行费用。
设计日是夏天空调负荷最高的时候，结合空调逐时冷负荷分布图及深圳市冰蓄冷空调的电费优惠政策，冰蓄冷空调运行方式入下图所示：
5常规制冷系统
常规制冷系统冷机配置按满足设计日的尖峰冷负荷，即16695kW设置。设计采用常规离心式冷水机组供冷方案，为保证负荷变化的运行灵活性，选用5台制冷量为1000RT的常规离心冷水机组用于空调系统。
本制冷系统主要投资项目有：5台制冷主机、5台冷却水泵、6台冷冻水泵、5台冷却塔、自控系统供应及调试费、系统施工费用。以上总的投资估算价格为1640万元。
6两方案运行电费比较
根据深圳市气候及具体项目情况，空调年供冷使用天数按365天考虑，由于空调的使用同环境温度密切相关，经权衡计算，冰蓄冷空调系统日运行费用及年运行总费用见表1。
运行负荷 100%负荷日 75%负荷日 50%负荷日 25%负荷日 15%负荷日
年运行天数（d） 25 122 94 77 47
日运行费用（元） 34429 23991 14480 6424 4567
小计（万元） 86.07 292.68 136.11 49.46 21.47
年运行总费用（万元） 585.80
表1：冰蓄冷空调系统日运行费用及年运行费用表
常规空调系统日运行费用及年运行总费用见表2。
运行负荷 100%负荷日 75%负荷日 50%负荷日 25%负荷日 15%负荷日
年运行天数（d） 25 122 94 77 47
日运行费用（元） 39268 29400 21147 11102 7174
小计（万元） 98.17 358.67 198.78 85.49 33.72
年运行总费用（万元） 774.83
表2：常规空调系统日运行费用及年运行费用表
从表1和表2对比可得，冰蓄冷空调系统充分利用了峰谷电价的优惠政策，年运行费用较常规系统节省约189万元。
7综合经济性比较
本文以上内容分别列举了冰蓄冷制冷系统和常规制冷系统一次性初投资费用和运行费用。其中一次性初投资费用包含了主要设备和自控系统配置费用，以及系统的施工费用。尚未列明的费用还应包括机房配电设施费用及因机房占地面积不同带来的收益差额部分。现把各种投资、运行及收益费用汇总统计，见表3。
项目 冰蓄冷方案 常规方案 备注
系统初投资估算（万元） 2228 1640
机房配电设施 机房设备配电容量（KVA） 3388 4724 a.功率因素取0.85。b.配电设施费:约1000元/KVA。
机房设备配电设施费 338.8 472.4
机房面积差额收益 机房面积（㎡） 1050 700 a.机房位于地下二层。 b.地下二层功能为停车库，单个车位面积为12㎡；每个车位租金为约10000元/年。
年收入（万元/年） 0 29
系统运行费用（万元/年） 585.8 774.83
合计 总初投资（万元） 2566.8 2112.4
总年均运行费用（万元/年） 585.8 745.83
表3：各种投资、运行及收益费用汇总表
从上表可以看出，冰蓄冷方案一次性总投资比常规方案贵454.4万元，常规方案在扣除机房面积差取得的车位租金收入后的年均运行费用仍比冰蓄冷方案贵160.03万元。那么，按照本方案的对比，本项目若采用冰蓄冷方案大约3年后收回初投资差额。
8结论及说明
本项目方案对比数据说明，冰蓄冷空调系统虽然比常规空调系统初投资增加21.5%的费用，但每年运行费用却可以节省21.4%。而且对局部地区供电网络而言，有明显的移峰填谷作用，所得到的社会效益显著。本项目冰蓄冷制冷系统的投资回收期约为3年。
本文虽然讨论的是两个方案机房部分的投资运行费用比较，但考虑到两套方案空调系统末端基本相同，也即初投资相当，故基本可以反映出整套空调系统的初投资和运行费用差别。
总体而言，在深圳地区的商场建筑中采用冰蓄冷空调系统具有较高的经济和社会效益，在经济条件允许的情况下值得推荐采用。
参考文献：
陆耀庆.<<实用供热空调设计手册>>（第二版）
李百公.深圳宝安国际机场T3航站楼集中空调冷源方案设计.暖通空调，40（6）：103~110.
陈小雁，李苏泷.冰蓄冷空调系统经济性分析.制冷与空调，7（1）：82~84.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
