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冰蓄冷空调系统的经济性分析

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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
100044) (北京交通大学
【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

Economic Analysis of the Ice Cool-storage Air-conditioning System Chen Yunxuan Ceng Meiqian Yang Runhong Fan Lijuan Zhang Tiantian
( School of Mechanical and Electronic Control Engineering, Beijing Jiaotong University 【Abstract】

Liu Baolin

100044 )

In this paper, two models were introduced on the economic analysis of the ice-storage air-conditioning system.

Combined with a project example, it compared ice-storage air-conditioning with normal air-conditioning and demonstrates that ice-storage air-conditioning can bring a good economic result and also analysis several factors which affect economic result of ice-storage air-conditioning 【Abstract】 ice-storage air-conditioning ; economic analysis ; low-temperature air supply

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 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 [2] 投资回收期 。 2.1 静态经济评价 静态经济评价方法主要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 = IS – IC (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

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

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式中 (元);

P = PC –PS (2) PS——冰蓄冷空调系统全年运行总电费

PC——常规空调系统全年运行总电费(元) (3) 投资回收期 n = I/P (3) 2.2 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), 宜采用动态经济评价方法[3]。
H EN I =∑ ∑1 (1 + s) N N =0 (1 + Ns) N N= T

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 [4] 运行费用 。 2 和表 3 分别列出了应用常规空调 表 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 时段 分时电价计费表 电价(元/kW·h) 0.6957 时间 8:00~11:00 18:00~23:00 11:00~18:00 7:00~8:00 23:00~次日7:00

(4)
峰时

式中

T ——项目投资回收年限 H ——项目追加投资年限 s ——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

平时 谷时 表2

0.4517 0.2417

常规空调冷站主要设备规格、数量及价格 规格或性 能 制冷量 1407kW 475m3/h 循环水量 350 m /h 250m3/h 循环水量 300m3/h
3

设备名称
N =0

数量 (台) 3 3 3 3 2

功率 (kW) 265

单价 (元) 984900 33250 37800 126640 60000 385000 634900

∑ (1 + s)

H

IN

N

= I0 = I

离心式冷水 机组

设每年收益保持不变,即: E1 = E2 =… = EN =E, 所以式(1)变为

冷却水泵 冷却塔

55 11

1 1 1 = ? E s s (1 + s ) T
由式(2)可得

(5)

冷冻水泵 电子水处理 器 自控系统

45

lg T=

1 1 ? (1 / E ) s lg(1 + s )

(6)

管网系统 合 计 1128

4687670

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.

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 制冷量 1206kW 250m3/h 循环水量 250m3/h 200m3/h 循环水量 数量 (台) 2 2 2 2 2 功率 (kW) 261 45 45 18.5 单价 (元) 844200 17500 93730 14000 57500

螺杆式制冷机

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 30000 ㎡, 设计日最高冷负 荷为 3772.1kW,总冷负荷 41407.5kW,为了减少白

冷却水泵 冷却塔 冷冻水泵 电子水处理器

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250m3/h 板式换热器 乙二醉泵 乙二醉溶液 蓄冰设备 电控自控系统 管网系统 合 计 776 2400kw 200m /h t 蓄冷量 14400kW/ h
3

1 2 45 18.5

360000 14600 7000 1728000 239500 399100 5124660

3.2 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 项 冷站设备 投资总费 用(万元) 冷站年运 行耗电量 (KW?h) 空调冷站的初投资、年耗电量及年运行费用 目 设备投资 电力设备费 合计 峰时 平时 谷时 合计 峰时 年运行费 用(万元) 平时 谷时 合计 常规空调 468.767 82.77 551.537 676800 947520 0 1624320 43.7 42.8 0 86.5 冰蓄冷空调 512.466 56.94 569.406 465600 651840 558520 1862400 30.1 29.5 15.2 74.8

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 I=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:n<5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

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%,系统年运行费用节省量达

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节省还存有很大的空间[5]。
表5 区域 京津塘地区 河南 湖南 江西 浙江 福建 山东 我国部分地区电价比 峰谷电价比 4.5:1 5:1 3:1 3.2:1 3:1 3:1 3:1 峰段用电时间 (h) 8 11 11 8 14 11 10

4.2

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

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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 [5] 纳为全量蓄冷与分量蓄冷 。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 4—9℃, 这样低的送风温度充分利用了蓄冰系统所 产生的1—4℃的低温冷冻水。实验研究表明,通过 低温送风系统所维持的较低相对湿度提供了改善 了的热舒适与室内空气品质[8]。在较低的湿度下, 受试者感觉更为凉快和舒适,判断空气比较新鲜, 空气品质更可接受[9,10]。 冰蓄冷和低温送风技术 相结合, 由于送风温差增大, 可以减少一次送风空 气量和冷冻水流量,从而减少一次风处理设备、风 机、送风管道、供回水管路及水泵等的投资费用, 如果送风温度从13℃降低到7℃,在送风和配水系 统上的投资可减少14%~19%,同时由于相应的风机 和水泵功率降低,系统的运行费用也得以减少。据 统计当采用低温送风系统时, 低温空调系统初投资 [7] 低于常温系统10%~20% ,故一定规模的低温 空调系统与非蓄冷系统的投资可能持平。 从而最大 限度地降低了冰蓄冷空调系统的初投资费用, 减少 了投资回收期,更好地发挥其优势,提高冰蓄冷空 调的竞争力,有利于用户的使用。 值得注意的是,从纯技术角度看,冰蓄冷空调 并不是一项节能技术。 一是冰蓄冷空调机组在夜间 制冰时,设备性能要降低,蒸发温度每降低1℃,耗 电约增加1.5%~3.0%;二是蓄冷设备处于低温,存

在冷量损失;从而造成夜间蓄冷过程中制冷机运行 的性能系数(COP)仅是白天的60%~70%[11]。

5

结束语

通过上述经济分析比较可知,采用冰蓄冷空 调,一方面,可削减制冷机组装机容量,同时减少 了白天高峰负荷时的用电量, 有效地实现了电力地 削减峰谷;另一方面,利用峰谷分时电价和其他鼓 励调峰地优惠政策, 在较短的时间内收回增加的初 投资。 同时通过采用与冰蓄冷相结合的低温送风技 术以及对运行模式的优化控制可以降低系统的初 投资和运行费用,充分显示了冰蓄冷空调地优越 性,因而在我国必将具有较大的发展空间。 参考文献
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