某大型商业建筑冰蓄冷空调方案可行性研究

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全球能源危机加剧的背景下，节能已成为科技界研究的焦点之一。空调系统能耗已占建筑总能耗的60%以上，空调冷负荷加剧了电力尖峰负荷，而夜间低谷期却供大于求。如何充分利用现有电能，削弱电网峰期负荷，缓解电力紧张局面成为能源与动力领域关注的热点问题。冰蓄冷是近年来研究、发展的一种节能新技术，成为现代空调发展的一个重要方向。它利用夜间低谷电力制冰，白天化冰制冷，实现了电网削峰填谷，而且利用峰谷电价差可节省电费，特别适用于全天间断运行或峰谷负荷差较大的连续运行系统。办公楼、商场、宾馆等建筑负荷集中在白天，采用蓄冷空调能有效地节能。对于蓄冷空调最值得探讨的问题是如何产生较好的投资效益、合适的电力政策以及蓄冷方式的选择等。本文拟对某大型商业广场进行蓄冷空调设计，进行经济性分析，供业主和设计部门参考。1 工程概况该购物广场位于某市中心的大型商业中心，是一栋集购物、娱乐、餐饮为一体的高档购物广场，是该市的标准性建筑。该建筑总面积为 75 000 m2，地下1 层，地上 3 层，建筑总高度为 18 m。其内部功能是以小商铺为主，辅以一些大型主力店的模式。2 冰蓄冷中央空调系统设计2.1 空调冷负荷该广场所有商铺均设集中空调，而走廊、内庭院等公共空间均不设置空调系统，空调面积为 4.1 万 m2，其中商铺 2.6 万 m2，餐饮 7 000 m2，娱乐 8 000 m2。空调使用时间为早 9：00 至翌日凌晨 3：00，不同性质的商铺空调室内设计参数。2.2 方案设计蓄冰量的大小取决于蓄冰模式、运行策略及业主条件等 3 个方面。蓄冰模式分为全量蓄冰及分量蓄冰2 种；运行策略则分为主机优先、融冰优先；业主条件则是业主的可承受的一次性投资情况。根据上述情况作全面分析比较，本工程采用的是主机优先、分量蓄冰模式，总蓄冰量为 20 475 kW-h，蓄冰量占全日设计负荷的 20%。采用分量蓄冰模式设计，双工况制冷主机和蓄冰盘管为串联方式，冷水机组上游。系统需配置空调工况制冷量为 500 RT、制冰工况制冷量为 344 RT 的双工况水冷螺杆机组 2 台，另需配置 2 台制冷量为 500 RT的常规制冷主机作为基载，以负担白天部分负荷及晚上全部负荷。蓄冰盘管用导热塑料盘管蓄冰装置，共 15 台蓄冰量为 390 RTh 的蓄冰盘管，最大蓄冰量为 5850 RTH。板式换热器乙二醇侧为 3.5 ℃/11 ℃，冷水侧为 12 ℃/7 ℃的换热量为 3 100 kW 的换热器 2 台。制热板换采用蒸气侧为 145 ℃/90 ℃、热水侧为 55 ℃/45 ℃、换热量为 2 700 kW 的换热器 2 台，详细布置见图 2。表 2 给出了不同运行工作方式下各阀门智能控制情况。2.3 运行模式设计日冷负荷时蓄冰空调运行策略按图 3 方式运行。当空调日冷负荷较小时，系统将根据实际的冷负荷需求，通过控制系统调节运行模式，按照融冰优先的原则，最大限度减少制冷主机在电力高峰时期的运行。3 蓄冷空调方案的可行性分析表 3、4 分别给出了蓄冰空调与常规空调主要设备及初投资比较。可以看出，冰蓄冷空调系统因增加了蓄冰设备，增加的初投资为 75 万元，同时采用冰蓄冷可使制冷机组的容量减少 36.5%，降低了装机容量和电力设施投资。6～10 月是空调季节，以 100%负荷出现时间占总空调日的 15%，75%负荷出现时间占 45%，50%负荷出现时间占 25%，25%负荷出现时间占 15%来计算。常规电制冷空调的电价为 0.683 元 /(kW-h)，蓄冰空调可享受峰谷电价为：平电 0.683 元 /(kW-h)、谷电0.258 元 /(kW-h)。表 5 给出了蓄冷空调和常规空调运行费用的比较。常规空调运行费用为 1.98 万 /d，蓄冰空调运行费用为 1.78 万 /d，这也是蓄冷空调的优势所在。蓄冷空调系统采用动态评价方法，相应评价指标为投资回收期。此方法考虑了利息及涨价众因素，使得评价符合资金的流动规律，更符合实际，可按式(1)确定[4]：式中：n 为动态投资回收期，年；i 为折现率，不低于银行贷款的利率，取 6%；△P 为蓄冷空调系统年运行电费节省量，元；△I 为蓄冷空调系统增加的初投资，元。前文已得 P=19.5 万元， I=75 万元，算得投资回收期 n=4.5 年，即需 4.5 年可收回投资，以后每年可净收益 19.5 万元，带来可观的经济效益。4 结语蓄冷技术是一项促进能源、环境、经济协调发展的实用节能技术。该商业广场采用冰蓄冷空调方案可消减制冷机组装机容量，减少了高峰时段用电量，有效地实现了电力的削峰填谷，缓解该市电网峰期段电力不足供应紧张局面。利用峰谷分时电价和其他鼓励调峰的优惠政策，可大大节约运行费用，常规送风方式下 4.5 年可收回投资。蓄冷具有很大节能潜力，会带来显著的经济效益和社会效益，对该地区经济、电力发展具有重要意义。