金丹
上海德森建筑设计有限公司
摘要：随着人民生活水平的提高和城市建设步伐的加快，舒适性中央空调系统也成为了民用建筑的系统组成必不可少的一部分。因此在夏季空调用电负荷的迅速增加给城市供电网也带来了巨大的压力 ，峰谷用电负荷差急剧加大，造成用电高峰期电力供应的严重短缺，电网负荷率降低。蓄冷技术是80年代在国外发展起来的一项新技术，它利用夜间用电低谷时期制冷，将设备运行生产的冷量储存起来，然后机组在白天用电高峰时期停止运行，将储存的冷量释放出来制冷。
蓄冷空调的技术的应用，受建筑的使用功能、空调负荷特性、蓄冷设备的技术特点，工程所在地的能源政策、电力峰谷时间段、投资回报年限等因素的影响和制约，因此对冰蓄冷空调技术进行技术经济分析与应用论证具有重要的现实意义和工程应用价值。本文以江苏淮安实际项目为研究对象，通过对当地的电价政策进行调研，并对商用办公综合性建筑的冷负荷数据进行分析，对冰蓄冷空调的主要设备选型计算和方案确定，基于不同的运行策略、在电价政策下预测年用电量费用，完成投资收益及经计算结论表明，冰蓄冷技术在江苏的应用可以产生良好的经济效益，可大规模推行。同时对电网的高峰运行也起到良好的调节作用。
关键词： 冰蓄冷空调系统 经济性 初投资 运行费用
Abstract: with the improvement of people's living standard and the acceleration of urban construction, comfortable central air conditioning system has also become an indispensable part of the system composition of civil buildings. Therefore, the rapid increase of air-conditioning power load in summer also brings huge pressure to the urban power supply network. The difference between peak and valley power load increases sharply, resulting in the serious shortage of power supply in the peak period and the reduction of the load rate of the power grid. Cold storage technology is a new technology developed in foreign countries in the 1980s. It makes use of cooling at night when electricity consumption is low, and stores the cooling capacity produced by equipment operation. Then the unit stops running during the peak period of electricity consumption in the daytime, and releases the stored cooling capacity for cooling.
Storage air conditioning technology, the building use function, the technical features of air conditioning load characteristics, cold storage equipment, the location of the project on energy policy, electricity peak valley period, the influence of factors such as investment return period and the constraints, so the technical and economic analysis of ice storage air conditioning technology and application demonstration has important practical significance and engineering application value. This paper, taking jiangsu huaian actual project as the research object, in view of the local electricity price policy research, through the commercial office building cooling load demand forecasting of the comprehensive data analysis, complete the ice storage cold air conditioning scheme in the selection and the typical equipment, based on different operation strategies, annual electricity consumption forecast and electricity price policy, to complete the investment profit and the calculation. The conclusion shows that the application of ice storage technology in jiangsu province can produce good economic benefits. After large-scale promotion, its effect of filling the valley will play a good role in the healthy operation and orderly development of jiangsu power grid.
一、项目背景
1、建筑概况
本次设计范围有一栋22层高层办公、酒店，四层商业、会议裙房及一层地下室组成，总建筑面积：46741.7平方米。高层酒店及办公位于地块的北侧，地下一层北面为机动车库、设备用房，南面为人防汽车库。具体建筑平面如图1所示：
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图1建筑平面示意图
2、空调系统概况
该工程空调系统的设计基于平衡初投资与运行费用设计基础，采用部分负荷蓄冰系统，集成冰蓄冷、全空气系统、变风量等多项空调技术，空调面积约为30295.7㎡，夏季冷负荷为4453.7KW，冬季热负荷为2828KW。空调冷源采用冰蓄冷系统，空调热源由风冷热泵提供。
二、空调设计及参数
1、室外参数
本工程位于江苏省淮安市，北纬：33°36' 东经：119°02'，属于夏热冬冷地区。室外气象参数具体为：
夏季空调室外计算干球温度℃ 冬季空调室外计算干球温度℃ 夏季空调室外计算湿球温度℃ 冬季采暖室外计算干球温度℃
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三、空调冷热源
1、冰蓄冷系统
本项目冰蓄冷系统选用一台制冷量为600RT/390RT的双工况主机，和4套蓄冰装置串联，并且联合设1台螺杆式冷水机组制冷量为400RT作为空调冷源提供7/12°C冷冻水。采用载冷剂容积百分比浓度为25%的乙二醇溶液。一台制冷量为420RT常规型主机用作基载主机。乙二醇系统采用一次泵定流量运行，与制冷主机数量相对应，二次泵系统变流量运行，采用变频调速控制。单系统的运行方式采用，制冷、制冷机和蓄冰装置融冰联合供冷。运行方式可选以下任意一种；制冷、融冰供冷、制冷机供冷和制冷机融冰联合供冷。进出水温度11/6.1℃，经蓄冰桶热交换后，进入板式热交换器的温度控制为3.5℃；制冰工况制冷机进出水温度为-1.0/-5.5℃制冷冷水机组设于地下1层专门的冷冻机房内。冷凝系统选用2台500吨的方形超静音横流式冷却塔，提供32/37°C的冷却水，冷却塔设于裙房屋面。本工程热源采用风冷热泵机组，选用4台风冷螺杆机组为冬季提供45/40°C的空调热水，单台制热量764KW,设于裙房屋面。二十层网络机房及二十二层电梯预留分体多联机系统。本次研究对象只针对冰蓄冷系统。
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图2冰蓄冷系统选型流程图
3、选择冰蓄冷空调系统的控制策略、运行策略和系统流程
冰蓄冷空调系统的设计应在技术、经济合理的条件下，选择系统的运行策略、控制策略以及系统流程。需考虑的主要方面有:
（1）控制策略：
系统的控制同组合模式可以分为几个不同组合，各个阀门部件组合工作形成各种工作模式，运行策略根据负荷变化需求进行匹配合适的，所以最优控制方式是需要根据负荷变化而调整的。
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（2）运行策略
蓄冰系统是通过在电费低谷时进行进蓄冰储存能量，在建筑需要供冷是融冰供冷，实际是一种负荷转移策略，所以需要合理规划各种工作模式来满足建筑冷量需求的同时又节省运行费用，因此首先需要对建筑物各个时间段负荷进行分析，从而匹配最优的运行策略。
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（2）系统流程
图3系统流程图
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四、系统经济效益分析
1、江苏省电价政策
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2、系统初投资
（1）蓄冰系统相对传统冷水机组系统增加的设备部分：
蓄冰槽、系统自控增加 、载冷剂的费用
（2）蓄冰系统相对传统冷水机组系统减少的设备部分：
减少了主机、泵、冷却塔的容量及配电设备费 、减少了末端系统的投资 、减小了风机的功率 、减小了管路系统的尺寸 、政府的相关鼓励政策及补贴。
以上对比可以发现蓄冰系统的初投资和传统系统冷水机组相比机房的设备有增加和减少的部分，现对冷冻机房内的主要设备造价进行估算
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注：以上设备价格由厂家提供，机房施工费为设备费用15%取值，不含末端系统及其他附属设备费用，仅供初投资预算比较参考；
3、系统运行费用
冰蓄冷系统主要通过节省运行费用来体现系统优势，现对本项目运行费用进行预测计算来评估蓄冷方案的适用性。
（1）设计日负荷表
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（3）年负荷表：
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对比投资差值为：570.9万元-265.9万元=305万元
对比年运行费用差值为：174.9万元-217.5万元=42.6万元
由以上数据分析可知该冰蓄冷系统运行7年左右可获得投资回报，以机组生命周期为20年计算，可节约费用约为553.8万元。
结论：本文对江苏银凤科技集团有限公司总部大厦项目采用冰蓄冷系统应用的方案进行阐述，对运行的年化收益进行了宏观分析，分析了和传统冷水机组初投资、运行费用对比，系统的初投资仅占系统运行费用的很小一部分。综合实际项目分析，结论表明，在实行峰谷电价差政策下冰蓄冷空调技术可直接减少系统运行费用。可以发现空调应用广泛且利用率较高的地区，空调负荷已经成为了影响电网的主要因素之一。 本文对蓄冷冷技术在江苏地区的方案应用进行阐述但没有对不同设置和不同蓄冰设备容量进行细分。可以在后续课题中深入研究， 划分多种冰蓄冷方案的模型和更多运行策略，并结合实际工程进行模型修正，对冰蓄冷技术的实际应用进行更深入的调研。
参考文献：
[1] GB50736-2012《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》.北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2]陆耀庆等《实用供热空调设计手册》第二版 .北京：中国建筑出版社，2007.
[3]《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》北京：中国计划出版社 ,2019
[4]丁庆，段绍辉，王执中，孙冠男，王金晖，王勇 的冰蓄冷空调在高谷负荷差地区应用的经济性[J].
电力系统及其自动化学报 2014 年 1 月26 卷 第 1 期