冰蓄冷与常规方案比较说明

冰蓄冷中央空调系统设计方案与比较说明2010年1月目录一、工程概况 (3)1.建筑概况 (3)2.空调负荷分布 (3)3.冷源机房系统 (4)二、中央空调系统方案的确定 (5)1.冰蓄冷中央空调系统特点 (5)2.常规电制冷中央空调系统特点 (7)3.冰蓄冷中央空调系统的优惠电力政策 (7)4.本工程中央空调系统方案的确定 (7)三、冰蓄冷中央空调系统设计 (9)1.系统设计原则 (9)2.蓄冰模式选择 (9)3.蓄冰装置性能介绍 (10)4.系统集成 (11)5.本工程冰蓄冷系统综述 (12)四、冰蓄冷中央空调系统配置说明及控制策略 (14)1.冰蓄冷中央空调机房主要设备汇总表 (14)2.本工程冰蓄冷中央空调系统流程说明 (16)3.本工程冰蓄冷中央空调系统的主要特点 (18)4.本工程冰蓄冷中央空调系统运行策略 (19)五、方案经济性能分析与比较 (22)1.机房初投资比较 (26)2.年运行费用分析与比较 (26)3.综合投资经济分析与比较 (28)4.结论 (28)六、附件 (30)1.冰蓄冷中央空调系统运行费用计算表 (30)2.常规中央空调系统运行费用计算表 (30)一、工程概况1.建筑概况用友南昌产业园位于南昌市红谷滩新区红角洲教学科研片区，产业园东北临望城大道，东南面是昌樟高速路，其他方向均规划有市政道路。

用地南向规划有南昌新高速火车站，与南昌大学新校区隔昌樟高速而望，在望城大道对面与江西工贸学院相邻，西侧紧邻320国道。

园区建设用地40公顷，容积率1.0，总建筑面积40万平方米，建筑密度25%，绿地率不低于35%，停车位不低于65辆/万平方米。

整个园区规划分两期建设，其中语音服务中心7万万平方米、员工宿舍1.25万平方米、餐饮中心1.25万平方米、能源中心0.5万平方米，共计10万平方米为一期建设面积。

一期空调面积为8.25万平方米，包括语音服务中心和餐饮中心。

2.空调负荷分布结合本工程的特点及当地地区的气象条件，根据我司所从事的类似工程的相关经验，该工程的逐时负荷分布情况如下。

夏季设计日空调冷负荷逐时分布图：3.冷源机房系统本工程综合考虑影响初期投资及运行成本的各种因素，详尽研究系统的电力费用、峰谷电价结构及设备初期投资等因素，以期达到最佳的经济效益，在降低初期投资的同时节约更多的运行成本，转移更多的高峰用电量，本工程夏季空调集中供冷建议采用冰蓄冷中央空调系统进行考虑。

二、中央空调系统方案的确定目前所使用的中央空调形式种类比较多。

根据选用的供应冷源的形式，主要有如下几种：电制冷冰蓄冷系统、常规电制冷冷水机组系统、燃油或燃气溴化锂机组系统等。

由于不同种类的机组具有其不同的特性，因此在市场上均有使用，主要是根据建筑及当地的具体情况进行选择。

现简单分析一下冰蓄冷中央空调系统、常规电制冷冷水机组系统的特点。

1.冰蓄冷中央空调系统特点冰蓄冷中央空调系统是在常规中央空调系统的基础上多加一套蓄冰装置，利用夜间低谷用电时段开启制冷机组，将蓄冰装置中的水制成冰，白天在空调用电高峰时段利用融冰取冷满足部分空调负荷，宏观上起到调峰移谷，微观上在提高室内空调品质的同时大大降低用户运行费用的作用。

该技术在二十世纪30年代起源于美国，在70年代能源危机中得到发达国家的大力发展。

从美国、日本、韩国、台湾等较发达的国家和地区的发展情况来看，冰蓄冷已经成为中央空调的发展方向。

比如，韩国明令超过2000㎡建筑，必须采用冰蓄冷或煤气空调，日本超过5000㎡的建筑物，就在设计时考虑采用冰蓄冷空调系统。

很多国家都采取了奖励措施来推广这种技术，比如韩国转移1KW高峰电力，一次性奖励2000美元，美国一次性奖励500美元，等等。

中国在近年加大对蓄能技术的推广力度，国家计委和经贸委2001年底特地下达《节约用电管理办法》，要求各单位推广蓄能技术，并逐步加大峰谷电差价。

一些建筑采用蓄能技术后直接给用户带去了收益，节约了运行成本。

2001年10月举办APEC会议的10万㎡的上海科技城、广州大学城500万㎡等大型建筑采用的就是冰蓄冷空调系统。

冰蓄冷空调从其原理和实践中可以看出它有如下特点优点：1）减少冷水机组容量（降低主机一次性投资），总用电负荷少，减少变压器配电容量与配电设施费。

2）冷主机制冷效率高（COP大于5.3），同时利用峰谷荷电价差，大大减少空调年运行费，可节约运行费用35%以上。

3）减少建筑的配电容量，节约变配电的投资，节约约30%（空调的配电投资）；免双线路的高可靠性费用，节约投资。

4）使用灵活，部分区域使用空调可由融冰提供，不用开主机，节能效果明显。

5）可以为较小的负荷（如只使用个别办公室）融冰定量供冷，而无需开主机。

6）在过渡季节，可以融冰定量供冷，而无需开主机，不会出现大马拉小车的状况，运行更合理，费用节约明显。

7）具有应急功能，提高空调系统的可靠性。

在拉闸限电时更能显示其优势：只要具备带动水泵的电力（如发电机发电、限电减电力供电）就能够融冰供冷，不会出现空调不能使用的状况。

8）制冷温度低而稳定，空调效果佳，提高大楼的舒适性和品位。

9）有低温冷源制冷速度快，上班前启动时间短。

上班前启动时间越长，则空调无效运行越多，无谓的浪费越大。

10）作为驱动能源，清洁、环保、稳定、简单可靠，且峰谷电差价在不久的将来势必会更优惠（周边省份在去年均已大幅优惠，国外的峰谷差更大）。

11）对于大型多建筑区域供冷，可以低温供水，降低送水能耗、减少管网投资；同时与每一建筑一个供冷站的形式比可以节约投资、减少管理费用、减少机房面积。

（如广州大学城500万㎡，浙江大学紫金港新校区13万㎡等）12）可以为末端提供低温冷冻水，降低末端的投资；加强除湿能力，大幅提高空调舒适性；如果采用低温送风系统，更是可以节约末端的风机能耗、提高空调品质、减少风管的尺寸和投资。

13）空调系统智能化程度高，可以实现系统的全自动运行，而且具备与大楼的BAS 接口，是目前世界上最先进的空调系统。

不足之处：1）如果主机和蓄冰装置等设备均布置于冷冻机房内，蓄冰装置需要占用一定的空间（解决办法：可以埋在绿化带下、布置在汽车坡道下等无用空间）。

2) 机房设备投资比常规水冷电制冷和溴化锂机组系统稍高。

3) 冰蓄冷只能夏天供冷，需要供热系统。

（可以采用热网换热采暖，热网容量远低于溴化锂机组所需，只有50%左右容量）2.常规电制冷中央空调系统特点是目前使用较多的空调形式，经过一个多世纪的发展，制冷主机的形式多种多样，具有制冷效率高等的优点，它有如下特点：优点：1) 系统简单，占地比其他形式的稍小。

2) 效率高，COP（制冷效率）一般大于5.3。

3) 设备投资相对于其它系统少。

不足之处：1) 冷水机组的数量与容量较大，相应的其他用电设备数量、容量也增加，运动设备的增加加大了维护、维修工作量。

2) 总用电负荷大，增加了变压器配电容量与配电设施费。

3) 所使用电量均为高峰电，不享受峰谷电价政策，运行费用高。

4) 在拉闸限电时出现空调不能使用的状况。

5) 运行方式不灵活，在过渡季节、节假日或休息时间个别区域供冷，需要开主机运行，形成大马拉小车，浪费了机组的配置能力，增加了运行费用。

6) 对于大型区域供冷系统较难实现较好的供冷（供水温度不能降低），管网的投资大、输送能耗高、空调品质差。

3.冰蓄冷中央空调系统的优惠电力政策1)**省峰谷电价政策2) 冰蓄冷免交电力贴费。

（其他形式中央空调必须双线路收一路，约220元/KVA）3) **省节能专项资金补助政策4.本工程中央空调系统方案的确定从本工程的负荷特点可以看出，建筑物夜间没有负荷，全天负荷集中在白天用电高峰期间，结合此特性及以上中央空调系统特点的分析比较，建议本工程夏季供冷采用空调效率较高（整机效率在5.0以上）且运行费用低的冰蓄冷中央空调系统进行考虑。

同时，根据本工程的负荷特点，做一个常规电制冷中央空调系统，与冰蓄冷中央空调系统的经济性、可行性比较，以供参考。

三、冰蓄冷中央空调系统设计1.系统设计原则1.1经济蓄冰系统设计须综合考虑影响初期投资及运行成本的各种因素，详尽研究系统的电力费用、峰谷电价结构及设备初期投资等因素，以期达到最佳的经济效益，在降低初期投资的同时节约更多的运行成本，转移更多的高峰用电量。

1.2高效节能进行蓄冰系统设计时，须依据设计负荷的需求确定系统选型，尽可能地减少各种设备的装机容量，改善主机工作条件，提高主机效率，充分利用蓄冰装置的优势，尽量减少系统的能耗。

1.3完整可靠评价蓄冰系统品质的最重要依据是系统的整体效能及运行稳定性。

进行系统设计时，须结合蓄冰系统的运行特点，优选各种设备，符合系统整体运行要求，同时各种配套设备也要求能经受长期稳定工作的考验，减少对系统的维护，满足寿命要求。

2.蓄冰模式选择2.1全量蓄冰模式主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的全部冷量。

在白天电力高峰期，所有主机停运，所需冷负荷全部由融冰来满足。

优点：a.最大限度的转移了电力高峰期的用电量，白天系统的用电容量小。

b.白天全天通过融冰供冷，运行成本低。

缺点：a.系统的蓄冰容量、制冷主机及及相应设备容量较大。

b.系统的占地面积较大。

c.系统的初期投资较高。

2.2 分量蓄冰模式主机在电力低谷期全负荷运行，制得系统全天所需要的部分冷量；在设计日主机以与蓄冰装置联合提供系统所需的冷量。

优点：a.系统的蓄冰容量、制冷主机及相应设备容量较小。

b.系统的占地面积较小。

c.初期投资最小，回收周期短。

缺点：a.仅转移了电力高峰期的部分用电量，白天系统还需较大的配电容量。

b.运行费用较全量蓄冰高。

本工程采用负荷均衡的分量蓄冰模式。

3.蓄冰装置性能介绍蓄冰装置的优劣直接关系到冰蓄冷系统能否实现设计目标，对于面积较大的集中式供冷中央空调，要求稳定的低的融冰出口温度，对蓄冰装置的制冰性能、融冰性能和融冰率提出了较高的要求。

因此所选用的蓄冰装置须达到如下要求：a.较高的制冰温度，保证制冷主机制冰时具有较高的运行效率；b.稳定的出口温度，且温度需能达到较低的水平；c.融冰末期的温度必须稳定，确保供水温度不会上升，满足空调系统的供冷需求；d.高的融冰率，保证所蓄冷量能够利用。

蓄冰装置根据结冰机理不同分为不完全冻结式和完全冻结式两种，不完全冻结式蓄冰装置内的水不全部结成冰，而完全冻结式则将水全部冻结成冰；根据蓄冰装置的结构形式分为盘管式（乙二醇管内流动、管外结冰）和冰球式（乙二醇球外流动、球内结冰）。

不完全冻结式蓄冰盘管融冰时存在特有的碎冰机理：制冰时盘管四周形成冰柱，制冰结束时冰柱之间不相连；融冰时由于冰比水轻，冰上浮，一直与盘管接触，接触处先融化并直至破碎，最后形成稳定温度（0℃）的冰水混合物，使盘管处于稳定的低的温度环境中，可以保证稳定的、低的出水温度，及高的融冰率（100%），即使在融冰末期依然可以满足系统要求。