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1、36制冷与空调2006年第2期冰蓄冷空调系统的经济性分析陈允轩*陈梅倩杨润红范莉娟张田田刘保林(北京交通大学100044【摘要】本文在介绍冰蓄冷空调系统的两种经济分析评价方法的基础上，主要通过对某一大厦的冰蓄冷空调与常规空调设计的投资比较的经济性分析,论证了采用冰蓄冷空调系统具有良好的经济效益，同时也分析了影响冰蓄冷空调几种经济效益的主要因素。【关键词】冰蓄冷空调;经济性分析;低温送风EconomicAnalysisoftheIceCool-storageAir-conditioningSystemChenYunxuanCengMeiqianYangRunhongFanLijuanZhangT
2、iantianLiuBaolin(SchoolofMechanicalandElectronicControlEngineering,BeijingJiaotongUniversity100044【Abstract】Inthispaper,twomodelswereintroducedontheeconomicanalysisoftheice-storageair-conditioningsystem.Combinedwithaprojectexample,itcomparedice-storageair-conditioningwithnormalair-conditioninganddem
3、onstratesthaticestorageair-conditioningcanbringagoodeconomicresultandalsoanalysisseveralfactorswhichaffecteconomicresultofice-storageair-conditioning【Abstract】ice-storageair-conditioning;economicanalysis;low-temperatureairsupply陈允轩,男,1979年12月出生,北京交通大学机械与电子控制工程学院硕士研究生1.前言随着我国经济的飞速发展,空调的应用已越来越广泛，它一方面改
4、善和提高人们工作和居住环境的质量，另一方面它们的大量使用也大大增加了我国的电力负荷，据统计，国内部分大城市的高峰用电量中空调用电就占了30%以上1。由于空调耗电主要集中在夏季温度较高的时间区间内，夜间需求则相对降低，从而造成用电高峰与低谷间的负荷差大，近几年全国主要电网的峰谷负荷已达25%30%。逐年增加的峰谷差给电站的调峰运行带来了困难，白天电力高峰不足，夜间低谷电力过剩，无处配送，电站不得不在低负荷下低效率运行，使得电网平均负荷率低,为了缓解这一矛盾，发展冰蓄冷空调成了现代空调发展的一个重要方向。它与常规空调相比主要优势为“移峰填谷”，均衡电力负荷，但冰蓄冷空调技术能否得以推广应用的关键在
5、于它的经济效益是否可行,冰蓄冷空调的经济效益包括社会经济效益和用户经济效益两部分,它通过转移电力负荷，减少电力建设投资等宏观社会经济效益对国家的全局而言是显而易见的，因此本文对冰蓄冷空调的经济分析评价仅限于用户的经济效益。2冰蓄冷空调系统经济评价方法冰蓄冷空调技术是利用夜间电网多余的谷荷电力继续运转制冷机制冷，并通过介质将冷量储存起来，在白天用电高峰时释放该冷量提供空调服务，从而缓解空调争用高峰电力的矛盾。冰蓄冷空调系统经济分析评价范围包括整个蓄冰空调系统与整个常规空调系统的比较,其经济性评价方法主要分为动态经济评价和静态经济评价，评价指标为投资回收期2。2.1静态经济评价静态经济评价方法主要
6、考虑设备的成本和运行费用。一般认为，投资回收期少于5年为经济可行。这种方法使用最为简单和直观，因而得到了广泛的应用2，本文的经济分析亦采用此种方法。(1冰蓄冷空调系统增加的初投资费用I=ISIC(1式中IS冰蓄冷空调系统的初投资（元;IC常规空调系统的初投资（元（2冰蓄冷空调系统全年节省的运行费用2006年第2期制冷与空调37P=PCPS（2式中PS冰蓄冷空调系统全年运行总电费（元;PC常规空调系统全年运行总电费（元（3投资回收期n=I/P（32.2动态经济评价动态经济评价方法中,除设备成本及运行费用之外，还需考虑经济变化因素,如贷款利率、通货膨胀率等。因此,当投资回收期较长时（如5年以上，宜
7、采用动态经济评价方法3。ZZ=+=+HNNNTNNNsIsE011（1（4）式中T项目投资回收年限H项目追加投资年限折现率设在第N=0年投资后不再追加初投资,即H=0,所以式（1等号右边变为IIsIHNNN=+E=001（设每年收益保持不变，即:E1=E2=.=EN=E,所以式（1变为TsssE1（111+-=（5）由式（2可得1lg（/1（11lgssET+-=（6）式中I冰蓄冷空调初投资的增加量，元E每年电费收益，元/a式（6即为冰蓄冷空调动态回收期.3、工程实例分析以某大厦为例，对冰蓄冷空调与常规电制冷空调两种方案的经济性进行了具体比较。3.1工程概况某大厦建筑面积约30000m?,设计
8、日最高冷负荷为3772.1kW，总冷负荷41407.5kW，为了减少白天的电力高峰，当地政府鼓励采用冰蓄冷技术。其分时电价见表1所示。对冰蓄冷设计方案采用分量蓄冷并负荷均衡运行策略，且制冷机组位于蓄冷装置上游的串联流程配置。蓄冰主机利用低谷电力满负荷蓄冷，在设计日蓄冷机和蓄冷装置和载冷机联合向空调系统供冷。在其它日负荷较小时，可以采用优化控制模式充分利用蓄存的冷量供冷，以减少运行费用4。表2和表3分别列出了应用常规空调设计和冰蓄冷空调设计两种方案设计所需的设备数量及费用。表1分时电价计费表表2常规空调冷站主要设备规格、数量及价格设备名称规格或性能数量（台功率（kW单价（元）离心式冷水机组制冷量
9、1407kW3265984900冷却水泵475m3/h35533250冷却塔循环水量350m3/h31137800冷冻水泵250m3/h345126640电子水处理器循环水量300m3/h260000自控系统385000管网系统634900合计11284687670表3蕾冰空调冷站主要设备规格、数量及价格设备名称规格或性能数量（台功率（kW单价（元）螺杆式制冷机制冷量1206kW2261844200冷却水泵250m3/h24517500冷却塔循环水量250m3/h24593730冷冻水泵200m3/h218.514000电子水处理器循环水量257500时段时间电价（元/kWh）8：0011：0
10、0峰时18：0023：000.695711：0018：00平时7：008：000.4517谷时23：00次日7：000.241738制冷与空调2006年第2期250m3/h板式换热器2400kw1360000乙二醉泵200m3/h218.514600乙二醉溶液t457000蓄冰设备蓄冷量14400kW/h1728000电控自控系统239500管网系统399100合计77651246603.2 两种空调冷站的设计方案比较3.2.1 冰蓄冷空调与常规空调的初投资比较表4中列出了两种冷站的初投资总费用。表4空调冷站的初投资、年耗电量及年运行费用与常规空调系统相比，冰蓄冷空调系统由于增加了蓄冰设备，因
11、此其设备初投资比常规空调系统大；同时，采用冰蓄冷可以减小制冷主机的容量，使得其电力增容费降低。但总体来说，系统总投资比常规空调系统大。本设计中，冰蓄冰中央空调冷站约比常规中央空调冷站初投资费用增加了17.869万元。3.2.2 冰蓄冷空调与常规空调的运行费用比较由于实行分时电价政策，而且由于冰蓄冷空调系统的运行大部分在用电低谷期，尽管冰蓄冷空调的年耗电量多于常规空调，但其年运行电费却比常规空调系统要低的多，这也是冰蓄冷空调系统的优势所在。本设计中，由表4可知，冰蓄冷空调的年耗电量比常规空调增加了14.7，但由于运行电价峰谷比约为3：1,使得冰蓄冷空调的年运行费用比常规空调减少了13.5,系统年
12、运行费用节省量达11.7（万元）。3.2.3 冰蓄冷空调系统的投资回收期前文已得出冰蓄冷空调系统增加的初投资1=17.869万元,年运行费用的节省量p=11.7万元,则该冰蓄冷空调系统的投资回收期（静态经济评价为：n=I/P=17.869/11.7=1.5（年通过静态经济评价可以看出:nV5年，此大厦采用冰蓄冷空调经济可行，且用户只需要一年半时间就可收回全部投资。回收期过后,每年可得净收益11.7万元,经济效益相当可观。4影响冰蓄冷空调经济性的主要因素由上述分析可得，影响冰蓄冷经济效益的因素主要是系统的初投资和年运行费用。具体来说，主要包括当地的电费结构和其它优惠政策，冰蓄冷空调的运行策略和设
13、计等等。4.1 合适的电费结构和其它优惠政策。当地的电费结构及其它优惠政策是影响采用空调蓄冷系统的关键因素。电力峰、谷差价越大系统的运行费用就越节省，投资回收期也将会大大缩短。早在1994年,国家计委、电力部就制定了峰谷电价政策，相继各个地方电力部门对蓄冷中央空调用户实行了峰谷电价差及有关优惠鼓励政策，例如对冰蓄冷的业主给予奖励性补贴，免息贷款以及免征电力增容费等等。目前我国大部分城市已实行了峰谷电价政策，表5列出了我国部分地区的电价比，从表中可以看出，我国电价比最大是5:1，目前国际上比较通行的电价比为5.5:1,我国许多地区距此还有很大差距5 。这也充分说明我国目前冰蓄冷空调的年运行费用的
14、节省还存有很大的空间5。表5我国部分地区电价比区域峰谷电价比峰段用电时间（h）京津塘地区4.5：18河南5：111湖南3：111江西3.2：18浙江3：114福建3：111山3：1104.2 冰蓄冷空调的运行策略和设计运行策略是指蓄冷系统以设计循环周期（如设项目常规空调冰蓄冷空调设备投资468.767512.466电力设备费82.7756.94冷站设备投资总费用（万元）合计551.537569.406峰时676800465600平时947520651840谷时0558520冷站年运行耗电量（KWh）合计16243201862400峰时43.730.1平时42.829.5谷时015.2年运行费用
15、（万元）合计86.574.82006年第2期制冷与空调39计日或周等）的负荷及其特点为基础，按电费结构等条件对系统以蓄冷容量、释冷供冷或以释冷联同制冷机组共同供冷做出最优的运行安排。一般可归纳为全量蓄冷与分量蓄冷5。采用全量蓄冷，即设计日（或周）非电力谷段的总冷负荷全部由蓄冷装置供应，制冷机组在此段不运行，该方案移峰能力最强，可以大大节省电费，但蓄冷装置和制冷机组的装机容量相对其它方案也是最大的，初投资较多。分量蓄冷则刚好相反，蓄冷装置和制冷机组装机容量较小利用率高，初投资较少。但移峰能力较弱，节省电费也相对较少。在实际运行中，由于分量蓄冷较全量蓄冷具有良好的经济性，因此其应用也更为广泛。其中，并联连接按机优先模式工作的分量蓄冷系统被认为是一种理想的配置模式5，6另外，在冰蓄冷空调设计中，低温送风系统在国内逐渐得到了推广，所谓低温送风技术是指从集中空气处理设备送出温度较低的一次风经高诱导比的末端装置送入空调房间的送风系统5，7。与一般空调系统相比较，低温送风系统将送风温度降至49C，这样低的送风温度充分利用了蓄冰系统所产生的14C的低温冷冻水。实验研究表明，通过低温送风
