某辦公樓冰蓄冷空調系統經濟性分析

李 智， 邱建中

某辦公樓冰蓄冷空調系統經濟性分析

李 智， 邱建中

（江蘇省建筑設計研究院有限公司,江蘇 南京 210019）

對某辦公樓冰蓄冷空調系統進行經濟性分析，并在建筑物不同的負荷下，對冰蓄冷空調系統和常規空調系統的逐時電費進行了比較。通過圖表可以更直觀的看出蓄冷空調在運行上的經濟性。最后計算出回收年限，論證了冰蓄冷系統在工程中的可行性。

冰蓄冷空調系統； 經濟性分析； 蓄冰比例； 回收年限； 辦公樓

0 引言

該工程為南京某公司總部大樓（如圖1所示），項目位于南京市建鄴區河西CBD中心區，總建筑面積25萬m2。地下兩層，主要為停車庫、設備用房和后勤用房，地上由6棟單體組成(最高建筑為55.55m,共14層)，其中1#、3#為辦公樓，2#樓為輔助功能用房，4#樓為數據中心，5~6#樓為商務酒店。

1 空調形式及設計日逐時冷負荷

1.1 冷熱源

01~04業務辦公樓采用冰蓄冷系統加油氣兩用熱水鍋爐的空調冷熱源形式。05、06商務酒店采用離心式冷水機組加地源熱泵冷熱水機組的空調冷熱源形式。

1.2 空調方式

圖1 項目實景

該工程按功能分區和使用要求設置空調系統。01#、03#辦公樓為地板送風系統；02#輔樓為風機盤管加新風空調系統；04樓為數據處理機房，采用機房精密空調（恒溫恒濕）空調系統；05#、06#商務樓主要有舒適性全空氣空調系統和風機盤管加新風空調系統。重點論述1#樓地板送風空調系統。

1.3 設計日逐時冷負荷

01-04業務辦公樓，總建筑面積約120000m2，其中商業面積為18000m2。通過負荷計算軟件，得出該工程最大設計日冷負荷（見表1）及逐時冷負荷分布圖（如圖2所示）。

從逐時冷負荷分布圖上可以看出，該工程冷負荷集中在9:00-20:00，基本處于電力高峰段。從總體上看全天負荷存在極其明顯的變化，空調系統適合設計為冰蓄冷系統。蓄冰系統選型及設計以該設計日逐時負荷分布為依據。

表1 各區域冷負荷統計

圖2 100%設計日逐時冷負荷分布

2 系統設置及運行模式

2.1 系統設置

冰蓄冷系統相對于常規空調系統，增加了蓄冰裝置和板式換熱器等設備，因此在系統布置上也有特別的講究，合理的系統布置可以提高冰蓄冷系統整體的供冷能力。方案以目前國內常用的串聯布置模式設計[1]，也就是制冷機組與蓄冰裝置串聯連接，這種方式的設計可以有效的控制出水溫度，使之在系統運行時始終可以保持在設計值，同時對于自控系統而言，由于只需控制蓄冰裝置的出口溫度，因此也易實現。

蓄冰模式的選擇對初投資和運行費用有很大的影響，近年來，隨著對冰蓄冷系統研究的深入，設計經驗的增加，冰蓄冷系統存在一個臨界蓄冰比例，在此蓄冰比例下冰蓄冷空調系統的初投資和運行費用之和最低，具有最佳的經濟效益[2]。

該設計基于理論計算，設計冷源選用三臺制冷量為3164kW雙工況離心式冷水機組和一臺制冷量為710kW螺桿式（基載）冷水機組，蓄冰設備為鋼盤管蓄冰槽，共14組，總蓄冰量40769kWh。蓄冰系統載冷劑為25%濃度的乙二醇溶液。雙工況冷水機組制冰工況供回水溫度為-5.6/-2.0℃，空調工況供回水溫度為3.5/11℃；制冷板式換熱器一次側進出水溫度為3.5/11℃，二次側進出水溫度為12/7℃；用戶側空調系統（包括基載機）供回水溫度為7/12℃；雙工況冷水機組另配四臺乙二醇泵（三用一備），螺桿式（基載）冷水機組配兩臺冷凍泵（一用一備），制冷板式換熱器配四臺冷凍水泵（三用一備）。

2.2 運行策略

冰蓄冷空調系統（如圖3所示）主要分為下面四種運行策略[3]：雙工況主機制冰、融冰單供冷、主機單供冷、主機與融冰聯合供冷，各策略下設備狀態表見表2。

2.3 100%設計負荷下的運行模式

結合設計日空調逐時負荷分布圖和江蘇地區實行的電價政策,冰蓄冷空調設計日雙工況機組的運行模式如圖4所示。具體有以下2種工作模式運行：

（1）基載供冷和雙工況主機制冰模式（00:00-8:00）

此時已進入谷電時段，雙工況機組運行在此模式下制冰，空調負荷由基載主機直接提供。

圖3 冰蓄冷空調系統冷水系統圖

3.1 電價政策

為緩解電網晝夜不平衡運行的壓力，電力部門制定有關政策，以控制用戶在電力高峰期的用電量。南京地區分時電價見表3。

3.2 初投資增加量I

經初步概算，冰蓄冷空調系統機房設備一次性投資1499.1萬元，機房用電功率3109kW，常規電制冷空調機房設備一次性投資約1145萬元，機房用電功率4043kW。

該工程采用雙路高可靠性供電。依據江蘇省現行電力政策，用戶每千瓦電力投資為800元，采用雙路進電，第二路需收取每千瓦160元的高可靠性費用。如采用冰蓄冷空調系統，用戶可免交第二路高可靠性費用。則蓄冰系統和常規系統電力投資情況見表4。

表2 各運行策略下設備狀態

圖4 100%設計負荷運行策略

（2）機組與融冰聯合供冷模式（8:00-20:00）

在此期間，基載和雙工況主機在空調工況下運行，滿足部分冷負荷的需要，其他的冷負荷由融冰滿足。

3 經濟性分析

表3 南京地區分時銷售電價

表4 電力初投資費用

綜上所述，初投資增加量I為214.7萬元。

3.3 運行費用減少量 E

通過模擬分析蓄冰系統的運行，結合以往氣象資料，空調供冷期按150d計算，其中100%負荷24d、75%負荷46d、50%負荷50d、25%負荷30d。

3.3.1 蓄冰空調系統年制冷費用

通過該工程在不同負荷率下的耗電量，計算出相應的電費，見表5。

表5 蓄冰空調年運行費用一覽

3.3.2 蓄冰空調系統逐時電費比較

分時電價按南京現行分時電價值，在不同的負荷下空調系統的逐時電費如圖5所示，從圖中曲線可以看出，當系統在100%負荷運行的情況下，由于采用部分蓄冷，高峰期還是要開啟制冷主機和蓄冷設備同時供冷，電費相對較高。但是在非設計日，由于建筑物負荷較低，蓄冷設備在白天可以很好的滿足空調供冷的需要，特別是在25%負荷的情況下，建筑物白天的空調負荷完全可以由蓄冰設備提供，可以很好節約電費的開支。

3.3.3 常規空調系統年制冷費用

常規空調由于沒有蓄冰設備，所以在不同負荷下，逐時電費就是各時間段的耗電量與電價的乘積，具體計算結果見表6。

從圖6中可以看出，常規空調的電費開支主要集中在用電高峰時段，而且建筑物的負荷越大用電量就越大，電費開支也就越大。

圖5 蓄冷系統各負荷下逐時電費比較

負荷率 日冷負荷，kW 日耗電量，kW日耗電費，元 年耗電費，元100%1417654322932335776051 75%106324 32836 24561 1129810 50%70883 22628 16926 846296 25%35441 12613 9434 283026合計3035183

圖6 常規空調系統各負荷下逐時電費比較圖

綜上所述，運行費用減少量E=107.75萬元。

3.4 回收期估算

由以上計算可知，初投資增加量I=214.7萬元，運行費用減少量E=101.75萬元，設折現率s=5%，代入下面公式（1）[4]：

得：回收年限為2.28a。計算結果表明冰蓄冷空調系統初投資的增加量可以在很短時間內得到回收，所以該系統在該工程是可行的。

4 結語

空調中蓄能技術的研究和應用在最近二十年內得到了突飛猛進的發展，尤其冰蓄冷技術，己有大量的研究和廣泛的應用。本文對南京某辦公樓冰蓄冷空調工程實例進行了理論分析，論證了冰蓄冷空調在技術上可行，并具有良好的經濟效益和深遠的社會效益。但冰蓄冷空調系統比一般空調系統要復雜的多，在指導思想上應大力提倡因地制宜，實事求是的科學態度，切忌片面、盲目、一哄而起。一定要根據實際情況和需求，合理選擇系統設備和控制策略，更好的發揮冰蓄冷空調的優勢。

[1]劉道平.蓄冷技術及其應用現狀[J].暖通空調，1995，25（4）.

[2]嚴德隆，張維君.空調蓄冷應用技術[M].北京：中國建筑工業出版社.1997，5.

[3]李樹林，南曉紅，等.制冷技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

[4]李濤，曹家傲.冰蓄冷空調系統的經濟性分析，能源研究與信息[J].2003，19（1）：32-38.

Economic Analysis of Ice-storage Air-conditioning System for an Office Building

LI Zhi，QIU Jian-zhong

（Jiangsu Province Architecture Design and Research Institute，Nanjing 210019，China）

Economic analysis of ice storage air conditioning system for an office building.Then capered the hourly electricity charge between the ice-storage air-conditioning system and conventional air conditioning system based in different cooling loads.Though the charts,we will know the economy of the ice-storage air-conditioning system more perceivable.In the end,the feasibility of the air conditioning project is proved above the calculation of the payback period.

ice-storage air-conditioning system； economic analysis； ice storage proportion；payback period；office building

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.017

TU831

B

2095-3429（2017）04-0080-04

李 智（1984-），男，江蘇宿遷人，碩士，工程師，從事暖通空調設計與研究工作。

2017-07-04

修回日期：2017-08-01