某办公楼冰蓄冷空调系统经济性分析

李 智， 邱建中

某办公楼冰蓄冷空调系统经济性分析

李 智， 邱建中

（江苏省建筑设计研究院有限公司,江苏 南京 210019）

对某办公楼冰蓄冷空调系统进行经济性分析，并在建筑物不同的负荷下，对冰蓄冷空调系统和常规空调系统的逐时电费进行了比较。通过图表可以更直观的看出蓄冷空调在运行上的经济性。最后计算出回收年限，论证了冰蓄冷系统在工程中的可行性。

冰蓄冷空调系统； 经济性分析； 蓄冰比例； 回收年限； 办公楼

0 引言

该工程为南京某公司总部大楼（如图1所示），项目位于南京市建邺区河西CBD中心区，总建筑面积25万m2。地下两层，主要为停车库、设备用房和后勤用房，地上由6栋单体组成(最高建筑为55.55m,共14层)，其中1#、3#为办公楼，2#楼为辅助功能用房，4#楼为数据中心，5~6#楼为商务酒店。

1 空调形式及设计日逐时冷负荷

1.1 冷热源

01~04业务办公楼采用冰蓄冷系统加油气两用热水锅炉的空调冷热源形式。05、06商务酒店采用离心式冷水机组加地源热泵冷热水机组的空调冷热源形式。

1.2 空调方式

图1 项目实景

该工程按功能分区和使用要求设置空调系统。01#、03#办公楼为地板送风系统；02#辅楼为风机盘管加新风空调系统；04楼为数据处理机房，采用机房精密空调（恒温恒湿）空调系统；05#、06#商务楼主要有舒适性全空气空调系统和风机盘管加新风空调系统。重点论述1#楼地板送风空调系统。

1.3 设计日逐时冷负荷

01-04业务办公楼，总建筑面积约120000m2，其中商业面积为18000m2。通过负荷计算软件，得出该工程最大设计日冷负荷（见表1）及逐时冷负荷分布图（如图2所示）。

从逐时冷负荷分布图上可以看出，该工程冷负荷集中在9:00-20:00，基本处于电力高峰段。从总体上看全天负荷存在极其明显的变化，空调系统适合设计为冰蓄冷系统。蓄冰系统选型及设计以该设计日逐时负荷分布为依据。

表1 各区域冷负荷统计

图2 100%设计日逐时冷负荷分布

2 系统设置及运行模式

2.1 系统设置

冰蓄冷系统相对于常规空调系统，增加了蓄冰装置和板式换热器等设备，因此在系统布置上也有特别的讲究，合理的系统布置可以提高冰蓄冷系统整体的供冷能力。方案以目前国内常用的串联布置模式设计[1]，也就是制冷机组与蓄冰装置串联连接，这种方式的设计可以有效的控制出水温度，使之在系统运行时始终可以保持在设计值，同时对于自控系统而言，由于只需控制蓄冰装置的出口温度，因此也易实现。

蓄冰模式的选择对初投资和运行费用有很大的影响，近年来，随着对冰蓄冷系统研究的深入，设计经验的增加，冰蓄冷系统存在一个临界蓄冰比例，在此蓄冰比例下冰蓄冷空调系统的初投资和运行费用之和最低，具有最佳的经济效益[2]。

该设计基于理论计算，设计冷源选用三台制冷量为3164kW双工况离心式冷水机组和一台制冷量为710kW螺杆式（基载）冷水机组，蓄冰设备为钢盘管蓄冰槽，共14组，总蓄冰量40769kWh。蓄冰系统载冷剂为25%浓度的乙二醇溶液。双工况冷水机组制冰工况供回水温度为-5.6/-2.0℃，空调工况供回水温度为3.5/11℃；制冷板式换热器一次侧进出水温度为3.5/11℃，二次侧进出水温度为12/7℃；用户侧空调系统（包括基载机）供回水温度为7/12℃；双工况冷水机组另配四台乙二醇泵（三用一备），螺杆式（基载）冷水机组配两台冷冻泵（一用一备），制冷板式换热器配四台冷冻水泵（三用一备）。

2.2 运行策略

冰蓄冷空调系统（如图3所示）主要分为下面四种运行策略[3]：双工况主机制冰、融冰单供冷、主机单供冷、主机与融冰联合供冷，各策略下设备状态表见表2。

2.3 100%设计负荷下的运行模式

结合设计日空调逐时负荷分布图和江苏地区实行的电价政策,冰蓄冷空调设计日双工况机组的运行模式如图4所示。具体有以下2种工作模式运行：

（1）基载供冷和双工况主机制冰模式（00:00-8:00）

此时已进入谷电时段，双工况机组运行在此模式下制冰，空调负荷由基载主机直接提供。

图3 冰蓄冷空调系统冷水系统图

3.1 电价政策

为缓解电网昼夜不平衡运行的压力，电力部门制定有关政策，以控制用户在电力高峰期的用电量。南京地区分时电价见表3。

3.2 初投资增加量I

经初步概算，冰蓄冷空调系统机房设备一次性投资1499.1万元，机房用电功率3109kW，常规电制冷空调机房设备一次性投资约1145万元，机房用电功率4043kW。

该工程采用双路高可靠性供电。依据江苏省现行电力政策，用户每千瓦电力投资为800元，采用双路进电，第二路需收取每千瓦160元的高可靠性费用。如采用冰蓄冷空调系统，用户可免交第二路高可靠性费用。则蓄冰系统和常规系统电力投资情况见表4。

表2 各运行策略下设备状态

图4 100%设计负荷运行策略

（2）机组与融冰联合供冷模式（8:00-20:00）

在此期间，基载和双工况主机在空调工况下运行，满足部分冷负荷的需要，其他的冷负荷由融冰满足。

3 经济性分析

表3 南京地区分时销售电价

表4 电力初投资费用

综上所述，初投资增加量I为214.7万元。

3.3 运行费用减少量 E

通过模拟分析蓄冰系统的运行，结合以往气象资料，空调供冷期按150d计算，其中100%负荷24d、75%负荷46d、50%负荷50d、25%负荷30d。

3.3.1 蓄冰空调系统年制冷费用

通过该工程在不同负荷率下的耗电量，计算出相应的电费，见表5。

表5 蓄冰空调年运行费用一览

3.3.2 蓄冰空调系统逐时电费比较

分时电价按南京现行分时电价值，在不同的负荷下空调系统的逐时电费如图5所示，从图中曲线可以看出，当系统在100%负荷运行的情况下，由于采用部分蓄冷，高峰期还是要开启制冷主机和蓄冷设备同时供冷，电费相对较高。但是在非设计日，由于建筑物负荷较低，蓄冷设备在白天可以很好的满足空调供冷的需要，特别是在25%负荷的情况下，建筑物白天的空调负荷完全可以由蓄冰设备提供，可以很好节约电费的开支。

3.3.3 常规空调系统年制冷费用

常规空调由于没有蓄冰设备，所以在不同负荷下，逐时电费就是各时间段的耗电量与电价的乘积，具体计算结果见表6。

从图6中可以看出，常规空调的电费开支主要集中在用电高峰时段，而且建筑物的负荷越大用电量就越大，电费开支也就越大。

图5 蓄冷系统各负荷下逐时电费比较

负荷率 日冷负荷，kW 日耗电量，kW日耗电费，元 年耗电费，元100%1417654322932335776051 75%106324 32836 24561 1129810 50%70883 22628 16926 846296 25%35441 12613 9434 283026合计3035183

图6 常规空调系统各负荷下逐时电费比较图

综上所述，运行费用减少量E=107.75万元。

3.4 回收期估算

由以上计算可知，初投资增加量I=214.7万元，运行费用减少量E=101.75万元，设折现率s=5%，代入下面公式（1）[4]：

得：回收年限为2.28a。计算结果表明冰蓄冷空调系统初投资的增加量可以在很短时间内得到回收，所以该系统在该工程是可行的。

4 结语

空调中蓄能技术的研究和应用在最近二十年内得到了突飞猛进的发展，尤其冰蓄冷技术，己有大量的研究和广泛的应用。本文对南京某办公楼冰蓄冷空调工程实例进行了理论分析，论证了冰蓄冷空调在技术上可行，并具有良好的经济效益和深远的社会效益。但冰蓄冷空调系统比一般空调系统要复杂的多，在指导思想上应大力提倡因地制宜，实事求是的科学态度，切忌片面、盲目、一哄而起。一定要根据实际情况和需求，合理选择系统设备和控制策略，更好的发挥冰蓄冷空调的优势。

[1]刘道平.蓄冷技术及其应用现状[J].暖通空调，1995，25（4）.

[2]严德隆，张维君.空调蓄冷应用技术[M].北京：中国建筑工业出版社.1997，5.

[3]李树林，南晓红，等.制冷技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[4]李涛，曹家傲.冰蓄冷空调系统的经济性分析，能源研究与信息[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，江苏宿迁人，硕士，工程师，从事暖通空调设计与研究工作。

2017-07-04

修回日期：2017-08-01