上海地区典型建筑冰蓄冷空调系统经济性评价

上海地区典型建筑冰蓄冷空调系统经济性评价
论文作者：王凌飞张旭
摘要：本文根据建筑功能、电价等影响因素之间的耦合关系，提出了一套蓄冷空调系统方案配置及经济性分析的数学模型。

并针对上海地区典型功能建筑进行分析探讨。

关键词：建筑功能数学模型蓄冷比例
1.前言
2003年上海用电峰值高于去年同期，夏季峰值已达到1362万千瓦，其中空调用电达600万千瓦，占总用电量的44％。

电力市场现状使得电力部门对电网调峰开始重视，推出了更为优惠的电价政策，同时也给耗能大户——空调提出了新的挑战，在这种前提和背景下，对蓄冰空调系统的推广具有现实意义，特别是在上海这种现代化大都市中，蓄冰空调更有其积极的社会效益和宏观的经济效益。

蓄冷空调系统生命力在于其运行的经济性，所以业内许多研究学者和工程设计人员从各方面对蓄冷空调系统经济性作出了分析评价。

笔者认为对于特定蓄冷空调系统，存在着一个最优的设计方案。

本文将建立相应的数学模型寻求最优的方案，并对上海地区适合采用冰蓄冷空调系统的典型建筑进行分析比较。

2.经济评价的数学模型
2.1 分析的前提条件
在建立数学模型时，我们作了一些假设：（1）常规冷水机组的制冷系数与双工况制冷主机的空调工况的制冷系数相同，即；（2）常规空调系统与蓄冷空调系统的空
气处理设备及末端初投资相同；（3）在特定的方案下，采用峰段融冰优先，使得融冰供冷时段尽量处在电价峰段；（4）全年运行按设计日进行类比。

2.2 方案的优化配置
确定蓄冰空调方案也就是根据建筑的设计日逐时空调负荷、当地电价政策，确定蓄冰比例、主机容量和电价峰段时释冷量的分布，从而进一步确定全年的运行模式及控制策略等。

故问题关键就是寻求最合适的蓄冰比例。

下面就从蓄冰比例确定来进行分析：
（1）
——日供冷量，kw·h；
——双工况主机空调工况的容量，kw；
——蓄冰比例，％；
——空调工况运行时间，h；
——制冰时间，h。

2.3 经济性分析
2.3.1 初投资
空调系统的初投资费用主要包括机房设备投资及高压变电设备初装费用，而蓄冷空调系统还需要增加一套蓄冰装置的投资，具体增加量可表示为：
（2）
式中：——机房设备初投资，万元；
——高压变电设备初装投资，万元；
——单位冷量蓄冰装置初投资，万元/KW；
——蓄冷率；
——日供冷量，KW·h；
——单位冷量机房设备初投资，万元/KW；
——机房设备容量，KW；
——单位冷量高压变电设备初投资，万元/KW。

——双工况制冷机空调工况制冷系数
——双工况制冷主机、常规空调制冷机
2.3.2 运行费用
空调运行费用包括基本电费A1和供冷费用A2，基本电费按配电容量固定收费，而供冷费用的赢余仅与移峰量有关。

笔者采用移峰量来确定设计日节省费用。

具体计算如下：
（3）
式中：——每月单位配电容量的基本电费，万元/KW·月；
——非电价谷段编号，；
——各个非电价谷段的移峰量，RTH；
——各个时段的电价，万元/KWH；
——该种电价实行的小时数；
——空调运行天数，本文取150天；
——考虑到非设计日负荷的年空调负荷率，本文取0.7；
——根据负荷特点及蓄冷方案得出的系数，本文取0.7；
——空调设备的耗电率，本文取0.9。

2.3.3 回收年限
关于蓄冷空调系统回收年限，业内人士通常采用相对投资回收期（静态回收期）或动态回收期的计算方法进行分析。

笔者认为可以根据实际情况选取一种方法并结合上述模型的计算结果进行相应的评价。

3.典型建筑冰蓄冷空调系统方案分析
3.1 典型建筑特点分析
本文将以上海地区适合采用冰蓄冷空调系统的典型建筑（综合建筑、大型超市、商场建筑、住宅建筑）为研究对象。

所谓典型建筑主要是以建筑功能为标准定义的，因为建筑功能是影响负荷分布大小最关键的因素，而负荷分布是方案优化的基础。

典型建筑就是指该功能类型的建筑在城市中所占的比例较大，对其空调系统方案进行经济性分析评价是必要的。

上述四种典型建筑的功能决定其负荷特点，各类建筑夏季设计日负荷具体分布如图1所示。

可以看出冷负荷的峰值和电价峰值是同步的，其中前三种建筑负荷昼夜差值较大，比较符合采用蓄冷空调系统的负荷特点。

综合建筑夜间负荷还是占有一定份额，可以考虑设置基载主机，商场负荷峰谷差值较综合建筑更为明显，而超市负荷则具有一定的时段性。

住宅建筑的负荷要分平日和假日，平日由于白天业主在上班，所以负荷峰谷差值不是很大，假日的负荷走势也比较平缓。

综合建筑商场建筑大型超市
住宅建筑（平日）住宅建筑（假日）
图1 不同功能建筑夏季负荷分布
3.2 方案优化配置比较
蓄冷空调系统方案配置和许多因素相关，并且这些因素之间都是相互耦合的，所以在分时电价和建筑物逐时负荷确定后，蓄冷量及其分布就成为确定方案的关键。

不同功能建筑的负荷大小及分布的不同使得其蓄冷量差异很大，但是其蓄冷比例却有一定的规律性，下面根据上一节所建立的数学模型对上海地区四个实际的典型建筑进行分析。

图2表明蓄冷比例、主机容量比和建筑功能（负荷分布）之间的关系，负荷峰谷差值明显的蓄冷比例较大，而负荷走势平缓的蓄冷比例相对小些。

所以在设计方案时首先根据建筑功能选择合适的蓄冷比例。

蓄冷方案中双工况主机容量与峰值负荷之比，即双工况主机与常规主机容量之比在一定程度上反映了移峰量对初投资的影响。

由图2可知，它的变化趋势和蓄冷比例恰好相反，同样也和建筑功能（负荷分布）密切相关，负荷峰谷差值明显的主机容量比较小，而负荷走势平缓的主机容量减少得不多。

（4）
式中：——双工况主机与常规主机容量之比。

图2 不同功能建筑下的蓄冷比例及主机容量比
图2 不同功能建筑蓄冷比例及主机容量比
3.3 经济性分析
本文旨在讨论建筑功能对空调方案经济性影响，故采用了相对投资回收期方法进行计算。

即根据相对运行费用的节省与相对投资的增加来求取投资的回收期。

（5）
式中：——回收年限；
——冰蓄冷系统的初投资；
——冰蓄冷系统的运行费用；
——常规系统的初投资；
——常规系统的运行费用。

为了突出建筑功能（负荷分布）的影响作用，本文所选取的几个建筑的负荷大小相近，下图表明了不同功能建筑下回收年限。

图3 不同功能建筑回收年限比较
4.结论
•在确定最优的蓄冷方案时，要充分考虑到建筑功能（负荷分布）、当地电价政策、蓄冰量以及其在电价峰段时释冷量的分布等各相关因素；
•对于不同建筑，可以选择合适的蓄冷比例进行蓄冷空调系统的配置；
•蓄冷空调方案在不同功能的建筑中适用程度是不同的，应该根据具体的经济性评价来决定蓄冷空调系统可行性；
•地区电价政策对蓄冷空调方案可行性有重大影响，蓄冷空调系统的运行费用随着峰谷电价比的增大而降低，故电力部门应推出对蓄冷空调用户更为优惠的电价政策以推动蓄冷空调技术进一步发展，可以考虑从减少的电力设施费用中拿出一定的比例投资到采用蓄冷空调的用户上。

这样既能调节电网，产生宏观的社会效益，也为用户带来良好的个人的经济效益。

参考文献：
[1] 鞠晓丽，上海市大型超市空调冷热源方案的综合评价研究西安建筑科技大学硕士学位论文，2003.5
[2] 胡鸣若等，蓄冷率与冰蓄冷空调经济性诸因素的关系，上海理工大学学报，2002.2
[3] 张力君等，蓄冷率对冰蓄冷空调系统经济性的影响及最佳蓄冷率的确定方法，暖通空调，1997.27.5
[4] 王凌飞等，上海地区典型建筑蓄能中央空调系统经济方案分析报告，2004.3。