1、西安建筑科技大学硕士学位论文冰蓄冷空调的经济性分析姓名：马宇驰申请学位级别：硕士专业：供热、供燃气、通风与空调工程指导教师：李树林20050601两安建筑科技大学硕士学位论文冰蓄冷空调的经济性分析专业：供热、通风与空气调节硕士生：马宇驰导师：李树林教授摘 要冰蓄冷空调对于平衡电网负荷、移峰填谷有着积极的作用，在我国将会有很大的发展前景。但由于冰蓄冷空调系统与常规空调系统存在差异，这给冰蓄冷空调系统的实际应用带来一定的困难。本文主要就影响冰蓄冷空调系统的经济l生因素进行分析和研究。首先采用DEST-h对一建!兜物进行动态负荷计算，得出其冷负荷特陛。在此基础上，分别在主机优先和蓄冰优先两种模式下，
2、通过改变蓄冷设备的初投资和峰谷分时电价比，理论上分析系统主机容量、初投资增加量、运行费用收益及回收年限随蓄冷比例的变化关系，得出在某蓄冷比例下，系统的初投资、运行费用和回收年限最佳。对系统在两种模式下的实际运行费用进行计算和分析，比较蓄冰优先和主机优在供冷负荷变化时其单位能耗费用和单位运行费用，在部分冷负荷下，采用不同的运行模式，系统运行费用减少量不同，因此，对于不同的负荷率，应采用不同的运行模式，这样才可最大限度的减少运行费用。结合实例，本文对冰蓄冷空调系统进行了艚分析，揭示了系统厢损失大小的分布和成因，为系统的节能指出了方向和有帮0金径。本文力求对冰蓄冷空调系统经济胜进行全面的分析，希望这
3、对于冰蓄冷空调系统的设计和应用有一定参考价值。关键词：冰蓄冷经济l生分析 蓄冰优先 主机优先 拥 炯分析论文类型：应用基础西安建筑科技大学硕士学位论文The Economic Analysis oflce StorageAir Conditioning Systemspecialty：Heating、Ventilation and Air ConditioningAuthor： MaYuchiSupervisor：ProfLi ShalinBecause ofthe抽1p删effect on peak load shilling the ice themml storage air condi
4、tioningsystem will be Iremendous potenlial in ChinaBut the economic differences betwoen ice thermalstorage air conditioning system and conventional air conditioning system will catlse ditticulty inwidely appfieafionIn this p印We will mainly discuss the economic factors related ice thermal storage air
5、conditioning systonL faking a building as an example，the paper shows the quaUty ofthe cold loadingof it by calculating the d删c cold loading with the help of the DEST-h simulation soft-wareAccording to the electrical price of山e Xian city,through the change ofthe inidal cost ofice thermalstorageequipm
6、entandtimeofdayrate,twoconlrolmodes：chiller-priorityandice-Norityareusedtoanalyze the relation between ice thermal storage ratio and the chiller capacity,the added initial costs，the operation savings and payback耐od Based on the loading profile ofthe project in design day,ina range ofthe ice storage
7、ratio“the added hfitial costs are not too much and a short payback periodwouldbeimplementedIn the process ofthe ice thermal storage system operation,we1l calculate the cost ofoperationin two different conlrol modes：ice storage priority and chiller Nority in the partial loading,analyzeand comp勰the en
8、ergy cost per unit and the cost saving per unit whenthe 10adir培figte changesItcandrawtheconclusionthatweshouldadoptdifferentcontrolmodeinthedifferentloadingratio，thuscanreducetheoperationcostatmostcomparingwithconventional aircondilioning systemAt last,this FIp叮researches the exergy arla】ysls of the
9、 ice thermal storage systemThroughanal溅the excrgy loss all parts ofthe system,we锄discover the distribution and causes oftheexergylossinthesystem,pohatoutthewayforenergysavingsThe喇ect ofthe study is to attempt to research the comprehensive economic analysis oftheice-storage systems,and hope it can ma
10、ke a contribution to the design and application of theicostorage systemsKeywords：ice storage economicanalysis ice storagepriority chillerpriorityexelgy exergy analysisPapertype fundamental study for engineering applicationII声 明本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经
11、发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位己申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：马淳马屯 日期：V。s占6关于论文使用授权的说明本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。(保密的论文在论文解密后应遵守此规定)论文作者签名：z穿马絮T91)i隧名绷Et期：劲口丘彳注：请将此页附在论文首页。西安
12、建筑科技大学硕士学位论文1绪论I獬济的发展和人们生活水平的提高，空调已成为现代化建筑中不可缺少的设施。空调(包括采暖)系统是耗能大户，一些发达国家空调畿耗在国民经济总耗能中的比别高达2喊30，而空调冷热源系统的能耗约占空调总耗能的5096709601。据统计，些大城市空调耗电量已占城市高峰用电量的30以上。有的地区如广州，空调系统的耗电量己占城市总用电量的40以上。，占建筑物的总耗电量的609670。随着经济的发展，空调能耗所占比例呈上习二卜的趋势。在目前能源紧缺、电力紧张的形势下，我国的电力状况方面在用电高峰时段远远不能满足需求；另一方面在用电低谷时段城市用电负荷却增加缓陵、甚至下降。这造成
13、城市用电峰谷差日趋加大，电网的峰谷差与高峰负荷之比己高达253096，有时甚至达到或超过4096。据国家统计局统计200昀-全国有24个省、直辖市、自治区发生断电觋象，7l蝴电供需差超过4000万kW，仅华东地区就超过了2000：万kw。如果单靠多建发电厂来满足高峰负荷需求，这些电厂夜间将在很低的负荷下低效率运转。所以国家通过对电力政策的调整，鼓励移峰填谷，充分利用现有的电力资源，发展电力需求侧管理(DSM)。蓄冷空调技术对于电力部门来说是目前所有可能采用的调峰技术中最经济也是最有效的方式。在一些发达国家，蓄冷空调技术已作为电力负荷的调峰重要手段被广泛应用。据有关资料统计，它平均转移空调尖峰用
14、电负荷36445啕，对平衡电网负荷有着显著作用，因此发展蓄冷空调技术成为必然。12蓄冷空调技术发展的历史及现状121蓄冷空调技术在国外的发展和应用世界上首次真正果用人工制冷的蓄冷空调出现在1930年前后的美国。当时只是着眼于减少带R令机装杌容量和制冷设备的投资费用，随着机械审龇的发展，制冷设备造价大幅度降低，节省伟l除设备的投资费用逐渐失去了吸引力。相反，蓄冷装置价格高昂和耗电多的不利因素变得突出，使这项技术的应用处于停滞状态。二十世纪50年代，水蓄冷空调技术得到了较决发展。日本自然资源贫乏，人口密度大，经济发达，能源消耗大，因此对节能非常重视。1952年东日会馆大楼第个采用了水蓄冷中央空调系
15、统。60年代以后，水蓄冷空调系统在日本得到大量匾用。二十世纪80年代中期，由于冰蓄冷较水蓄等鲋艮多优点，同时电力部门采用了分时电价西安建筑科技大学硕士学位论文政策，促进了冰蓄冷的迅速发展。冰蓄冷技术首先在美国(1982年)得到应用，继而在日本(1984年)等国家和地区得到发展，并迅速普及世界各地。至1989年，美国、日本、加拿大等国家从事冰蓄冷系统开发和冰蓄冷专用设备生产的公司、工厂己多达49家。据美国蓄能协会预测，到2010年全美空调采用蓄能技术将达到95以上01。122蓄冷空调技才盔国内的发展和应用台湾1984乌瑙减第一个冰蓄冷空调工程以来，蓄冷空调系统友影艮快。由1992年的33个发展至
16、U1993年142个，到199蜩习彘共自抛25个蓄冷空调系统，总蓄冷量高达2009000kWh。转移高峰用电超过52000kw。二十世纪力十年代，我国大陆地区蓄冷赫也得到了发展。首先中电深9工程公司在办公楼中应用了法国的冰球式蓄冷系统，使装懒刚氐45以上嘲。北京西冷工程公司开发研制的有压式齿球蓄冷器已获得国豸澎F睁搠在北京日报社综合楼的空调系统中，取得了良好的经济效益和社会效益。截至1997年底，已j戥船3项水蓄呤和冰蓄冷空调系统，取得了初步成效和某些方面有特点的经验。1998年1月以后开建、建成或投入运行的项目有50项左右。1994年国家计委、经贸委和电力工业部等部门决定实彳亍电力供应【嗡浴
17、不同电价政策，以推动削峰和谷电的应用，缓解电力建设和新增用电的矛盾。并提出到2000年要实现转移10001200万kw尖峰负荷到低谷时段，这将为国家节约150250亿元资金。虽然我国的蓄冷空调技术还处于起步阶段，但随着各地峰谷电价政策的出台及不断完善和发展，采用蓄懒技术的卫囝蓼磁多，逮俺会加快我国蓄冷空调找术的发展。13蓄冷空调技术发展的意义和方向131蓄冷空调技术发展的意义蓄冷空调系统(TES) 叫是稠水、冰以及其他物质的蓄冷特性，充分利用夜间电网谷段多余的电力使镪|冷机工作，将次日空调所鲁矜量以显热燃的形式蓄存于水、冰和其他相圣肺槲中，在空调负葡高峰时嘲飘煺些蓄能物尉黼的玲量，全部或眷部分
18、满足空调系统的需求。使用蓄冷空调系统的目的就是使制冷机在夜间用电低谷时段制冰蓄冷，在白天用电高峰时段释冷，籍以全部或者部分转移用电高峰时段空调用电负荷，实现“削峰填谷”，合理利用雏源的目的。此外，蓄冷圣湖技术的经济效益和社会效益还表觋在其他方面n们。1改善发电机组效率。应用蓄冷空调技术可以提高电网负荷率，稳定负荷，改善发电机组的运行状况，从而减少效率低、污染严重的调峰电站的投建，尽可能多的使用清洁的核电，全面改善能源状况和提高能源利用率，节省电力设施投资。以火电厂为例，当前每kw的投资费用约为500010000元。西安建筑科技大学硕士学位论文2节约一次能源。虽然蓄冷系统运行的电耗比常规空调系统
19、的多，但调峰电站运行负荷波动大，其热效率低于一般的电站；移峰填谷后，常用发电机组在电力低谷段的负荷率也可得到提高，随之机组热效率也相应提高，因此，电网的供电煤耗率明显降低。3减!l机组装机容量。应用蓄冷空调技术不仅可以减少书岭设备的容量，还可以减少相应配电装置的初投资费用。4改善制冷机组的运行效率。空调制冷机组运行时，其效率随着负荷的变化而变化。蓄冷空调系统可以通过负菏分配(适当的分配总负荷，由蓄冷系统和带1月令机组分别承担)，使制冷机组尽可能处于最佳效率下运行。5减少温室气体的排放，有利于环境保护。通过减少或准8调峰电站的建设和电网供电j3i沣臼的提高，可以，i大减少O旺的封瞰。特别对于中国
20、这样个以煤为主要能源的国家而言，其环保意义尤为突出。132蓄冷空调技术的发展方向蓄冷空调技术应用领域十分广泛，主要应用在以下领域o“。1商业建筑、宾馆、饭店、银行、办公大楼的中央空调系统。在这些建筑中，夏季空调负荷相当大，冷负荷持续在工作时间内，且随白天气温的变化而波动。冷负荷高峰期基本上是在午后，这和电网负荷高峰期相致。 2体育馆、影剧院、音乐嘞荷E燃中、变化较大的场合。这些场所瞬时冷负荷大、持续时间短、变化无规律。用小容量制冷机组提前开机串m令，将冷量积蓄起来供冷负荷较大时使用，遍擀可以大多巍少锘1p峰栅。组的装期客量。3医院、计算机房、军事设施、电话机房和易燃易爆物品仓库等应急设备所处的
21、场所。使用蓄冷空调技术可以大大刚瞄3些场所对应急能源的依靠，提高系统可靠性。这样，即使停电，有自备小垂殳电柳朝翊其他小型应急能源系统发电，供苦潮冈舰和水泵胥蝴，仍然能维持这些场所空调系统的正常运行。蓄冷空调技术作为种移峰填谷、调节能源供需、节约运行费用、实现能量高效合理利用的手段已经引起人们的高度重视许多国家的学者和机构都在积极进行研究开发，其目标集中在以下门价方面m。1区域性蓄冷空调供冷站“。实践证明，区域陛供冷或供热系统对节能较为有利，不仅可以节约大量初投资和运行费用，而且还减少了电力消耗及环境污羝建立区域性蓄冷空调供冷站已成为各国热点。这种供冷站可根据区域空调负荷的大小分类自动控制系统用
22、户取用低温冷水进行空调就像取用自来水、煤气样方便。目前最大的区域供冷系统在美国芝加哥市，蓄冷总容量达125000冷畹1996年7月成功投刈崮亍。2冰蓄冷结刽耐显送风空调系统。蓄冷与低温送风系统相结合是蓄冷技术在建筑物空调西安建筑科技大学硕士学位论文中应用的种趋势“”。这种系统能够充分利用冰蓄冷系统所产生的低温冷水，定程度上弥补了因蓄冷装置而增加的初投资，进而提高了蓄冷空诵系统的竞争力，在建筑空调系统建设和工程改造中具有广阔的应用前景。3开发新型的蓄冷空调机组。对于分散的、暂时不具备建造集中式供冷站条件的建筑，可以采用中小型蓄冷空调机组。目前，中小型建筑物大量使用的柜式和分体式空调机，在夏季白天
23、所耗电量占空调总用电量相当大的份额。国外研究表明，为柜式空调机增加紧凑式冰蓄冷单元是可行且有效的。冰蓄冷空调机组投资回收期一般是3年左右。4家用蓄冷空调也是空调蓄冷技术未来的个能用发展方向。目前，日本正大力推广125kw级别的小型冰蓄冷式组合空调机，供lOOm左右空调面积的家庭、小规模的店铺、饮食店和办公室使用。5开发新型蓄冷、蓄热介质。蓄冷技术的发展要求人们去研究开发适用于空调机组，固液相变潜热大，经久耐用的新型蓄冷材料。新型、便于放置的、无腐蚀性的有机蓄冷介质也在不断开发。如常温下胶状的可凝胶，它不易流动和泄漏、无污染，可置于密封件内蓄冷。利用气体水合物和固体的吸附特眭进行蓄冷也是目前研究
24、较多的课题。除了研究蓄冷介质外，日本还研究开发商摄楣变蓄热介质，主要用于熟泵空调柄组冬季蓄热采暖，其相交温度般要求在30406C范围内。提高高温相变材料的蓄热、传热性能是目前该技术要解决的主要问题。 6发展稠完善蓄钊嬲论和工程设计方法。蓄冷技术的进一步发展要求加强对现有蓄冷设备性能的试验研究，建立数值分析模型，预测蓄冷设备的性能，对蓄冷空调系统进行优化设计。蓄冷空调系统的设计方法与常规空调系统不同，冷负荷计算、机组确定、设备选择、系统控制皆有别于常规空调系统。今后还将i勘摘已有蓄冷空调系统1狈怖骄日运行总结，丰富蓄冷空调设计方法。7建立科学的蓄冷空调经济眭分析和评估方法。在进行蓄冷空调系统可行
25、陆研究时，如何综合评价蓄冷空调系统转移用电负荷能力、能#04汗和用户效益，如何比较常规空调系统和蓄冷空调系统，是人1门一宜*心的一个问题。文献啕分析了影啊眯蓄冷空调经济效益和社会效益的因素，提出了一们*研冰蓄冷空调经济性的方法，定性的指出评价冰蓄冷空调系统经济眭的几项指标，即制冰方式、电价政策、所增加投资回收年限等。文献061提出用单位空滴负荷、单位时河初投资弄酝醋亍费用对冰蓄冷空调系统进行技术经济分析的方法，并建立相关的数学模型，为蔷冰空调系统方案的选择和投资决策提供参考。蓄冷空调系统并非适用于所有场色必须通过认真分析，确保能够阿氐运行费用、减少设备初投资、缩短投资回收规才能晚定是否采用。因
26、此建立一个科学的评价体系对发展和推广蓄冷空调技术是十分重要的，并需在实践过程中不断完善。西安建筑科技大学硕士学位论文14蓄冷空游技=啦凋中存在的问题蓄冷空调技术虽然在我国发展势头很好，但实际应用中存在着一些问题：如负荷匹配较难掌握，空调负荷高峰期冰的冷量有时来不及释放，即融冰速度不稳定，这跟系统的运行模式有关；结冰速度、结冰温度年II结冰过冷度不太稳定，速度时慢时陕，温度时低时高，过冷度时大时小；运行模式种类多，相应的效率耐氐难以定论；储冰设备种类繁多，性能优劣尚需时间检验。目前我们应该主要解决的是：1蓄冷空调系统的设各国产化问题蓄冰装置的种类很多，其蓄冷与放冷特陛差异很大，所要求的配套设备也
27、不同。目前，国内大部分都是完全或音盼的弓I进国外设备，国内还不能自主生产。进口设备价格昂贵，这一点势必影响冰蓄冷技术的推广和应用。2如何制定合适的电费结构及其用电优惠政策电费结构及其他的一些优惠措施是影响蓄冰空调系统的关键因素。电力峰谷差价越大，对采用蓄冰系统越有利。目前我国许多地方峰谷电价差还不大，甚至有些中小城市实行分时电价政策，这都将会影响蓄冷空调技术的推广和应用。3如何改变设计观念，更新设计方法蓄冰空调系统的投资、运行费用与建筑物的冷负荷特性、蓄冷模式、运行策略、系统形式等均有关系，所以在设计上同传统的常规空调设计存在差异。这就要求设计人员改变设计观念，建立套完善的设计、施工、安装、调
28、试、运行管理规范和技术措施，来推动蓄冷空调技术的发展。4如伺俅豳锤黼调技术的宣传推广蓄冷空调技术在我国的应用时间不长，许多用户不甚了解，对其听产生的经济效益和社会效益认识模糊，是否接受此项技术由于犹豫不决。因此，应加强宣传，使用户对其有实质性的认识，接受该技术。用户是否采用冰蓄冷空调的关键是考虑其经济性。如何评价冰蓄冷空调系统的经济陡是业内人士关注的焦点。因为冰蓄冷空调系统并非适用于所有场合，必须通过经济性分析，确保冰蓄冷空调系统能减少运行费用，缩短回收周期。回收周期受初投资和运行费用的影响，而初投资和运行费用主要受蓄冷率和峰谷电价比的影响。因此，本文主要对影响冰蓄冷系统经济胜的因素：电阶政策
29、、蓄冷容量、蓄冷设备的价格、系统的配置和运行策略进行分析，来分析系统的经济眭。西安建筑科技大学硕士学位论文本文研究内容如下：L建立冰蓄冷空调系统动态回收期的数学模型。2分别在蓄冰优先和主机优先两种工作模式下，通过改变蓄冷设备的初投资、峰谷分时电价，从理沦E研究机组容量、冰蓄冷空调系统相对于常规空调系统初投资的增加量、电费收益、回收年限等随蓄冷率变化的关系，以取得最佳的蓄冷率，比较各经济胜因素对两种模式的影响。3在理论分析的基础上，就蓄冰优先和主机优先两种模式，对一具体的工程坳亍运行费用分析计算。对设计日工况和非设计日工况下冰蓄冷空调系统的运行费用进行比较，来寻求不同的负荷率下系统较优的运行方式
30、。4从自暾度出发，对冰蓄冷空调系统进行焖分析研究，建立系统蜩分析模型。对一具体的冰蓄冷系统进行炯损失计算，揭示系统中能量损失的真正所在，为系统节能指出了有效途径。西安建筑科技大学硕士学位论文2蓄冷空调系统的J研究蓄冷空调系统与常规空调系统的本质区别在于冷源部分。除常规空调系统的制冷装置外，增加了蓄冷装置。蓄冷系统在不需要冷量或需求冷量较少时(如夜间)，利用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出，进行蓄冷，将此冷量用在空调负荷高峰期。因此，蓄冷系统的本质是转移制冷设备的运行时间。其蓄冷介质可以是水、冰、共晶盐以及气体水合物等。本章从研究蓄冷空调系统与常规空调系统的区别入手，对冰蓄冷系统的组成、分类、工作
31、原理、运行箫略、工作模式及工作流程进4亍初步介绍和分析。目前，国内外用于空调工程的蓄冷方式种类较多。按储存冷量的方式广义t划分成显热蓄冷和潜热蓄冷两大类。按蓄冷介质的种类可分为水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷、气体水合物、固体吸附等方式。表21对水蓄冷、冰蓄冷及优态盐蓄冷三种常用蓄冷方式的性能进行了比较。表21三种蓄冷方式的性能比较 +为参考基准211水蓄冷水蓄冷是利用水的显热进行冷量储存。就提录用47的低温水进行储冷。这种蓄冷的优点是：投资省、技术要求低、维护费用少，可以使用常规空调制冷系统，而目冬季可以用于蓄热。但水的蓄能密度低(水的比热为42kJkg)，只自研0用8的温差，故系统有占地面积大、
32、冷损耗大、保温麻烦等缺点。西安建筑科技大学硕士学位论文水蓄冷技榈舌用于现有常规制冷系统的扩容或改造。可以在不增加或少增加制冷机组容量下提高供冷能力。另外，水薷冷系统可利用消防水池、蓄水设施或建筑物地下室作为蓄冷容器，进一哕刚繇统的初投资，提高其应用的经济性。212冰蓄冷利用冰的相变潜挪趟亍冷量储存。由于O时冰的蓄冷密度达334kJkg，故储存同样的冷量，冰蓄冷所需自q体积比水蓄冷小得多。由于冰槽内的水并不是全部冻结成冰，故常用制冰率(肼)来表示蓄冰罐中冰所占的体积份额。即使IPF=309，蓄冰槽的体积也只有水蓄冷糟体积的3蹶。由此可知，冰蓄冷有如下特点：储能密度大、蓄冷温度几乎叵定；体积只有水
33、蓄冷的几十分之一，便于储存，对蓄冷容器的要辙氐；占用的空间小，容易做成标槲匕、系列化的标准没各，给用户带来极大的方便；同时，蓄冰槽可就地锘啦告，这为广泛应用创造了有利条件。二十世纪80年代以来，冰蓄冷技术得到了迅速发展。然而，它对蓄冰系统的技术水平要求较高、必须使用蒸发温度低的制冷机组、要求制冷剂的蒸发压力较低，所以压缩机能耗高，而且设计和控制远比水蓄冷系统复杂。空调系统采用蓄冰利瞬出羞风相结合的方式后，由予崮羞冷水温度降低，系统的管网和盘管、整个风道系统以及水泵、冷却塔等辅助材料的尺寸和容量方面的要求均比水蓄冷和共晶盐蓄冷系统要低，可节约系统设备投资。同时，由于减小了管网和空气分配系统的体积
34、，建筑物可用空间有所增大。在运行时，由于风扇和水泵设备容量的凋rcj,，其耗电量也会降低。所以，在空调工程中，选用蓄冰和低温送风系统相结合的蓄冷、供冷方式在初投资上是可以和常规空调系统相竞争的。且在分时计费的电价结构下，其运行费用要低得多。因此，蓄冰和低温送风系统相结合已成为建筑空调技术发展的方向嘲。213优态盐蓄冷优态盐蓄冷是利用固液相变特性藩冷的另种形式。蓄冷介质主要是由无柳盐、水、促凝剂和稳定剂组成的混合物。目前应用较广泛的是相变温度约89的共晶盐蓄冷材料，其相变潜热约为95kJkg。虽然相变温度比较高，但由于蓄能密度低、储冷释冷过程中换热眭能较差、设备占地面积大、对设备要求较蒜所以难于
35、推广应用。214气体水台物蓄冷20世纪80年代美国橡耐岭国家试验室开始以R1 l、R12等为工质研究气体水合物蓄冷，其老H理是在一定的温度和压力下，水在某些气体分子周围会形成坚实的网络状结晶体，同时释放出固化相变热。气体水合物屑新代蓄冷介贡，又称“暖冰”，其相变温度在512。C之间、适合常规空西安建筑科技大学硕士学位论文调冷水机组，熔解热约为3024464kJkg、与冰的蓄冷密度334kJkg相当。采用气体水合物蓄冷，蓄冷温度与空调工况相吻合，蓄冷密度高，而且储冷释冷过程的传热效率高，特别是直接接触式系统。气体水合别氐压蓄冷系统的造价相对较低，被认为是种比较理想的蓄冷方式。但该方污窃亭有一系列
36、问E贿待解决，如制冷剂蒸气夹带水分的清除，防止水合物膨胀堵塞等，工程应用还有困难。215固锌吸附蓄冷近年来，固体吸附技术开始用于带岭领域。当两相组成个体系时，其组成盘俩相界面与相内部是不同的，处在两f日界面处的成份产生了积蓄，这种现象称为“吸附”。用某种固体作吸附荆，某种气体作伟0冷寿，形成吸附对。利用吸附剂的化学亲和力进行吸附。在固体吸附剂对气体吸附物吸附的同时，液体吸刚物不断地蒸发变成可J供吸附的气体。蒸发过程中实珊毹冷，然后用热能使吸附物解吸，利用吸附物的气液相变把冷量储存起来。如此反复，可实现蓄冷。常用的吸附剂有氯化钙、氯化锶、沸石和分子筛等，常用的蓄冷剂有水、氨筹。如以氯化钙为吸附剂
37、，氨气为吸附物的吸陟c寸。与水蓄冷技术的显热蓄呤和冰、共晶圭卜蓄冷藏式的固液髓鞠黼EB托固体吸附蓄冷利用液俸审岭剂的汽捌龆斟营热，如0日j水的比热容42kJ蚝，冰的溶解热为334kJkg，而氨的气化潜热为12624kJkg，是冰溶解热的37倍同体积的氨蓄冷量约为水蓄冷的63倍。由此可见，固体吸附蓄冷系统的蓄能密度大，在节省蓄冷设备体积方面，固体吸附系统具有明显的优越性，可以刚氐设备费用。另外固体吸附蓄冷系统的工作温度可调，可根据需要确定合适的工作温度，不必过分考虑管线的冻结问题。此外吸附带岭是间歇式制冷，系统只在吸附过程中制冷，通过调节吸附审峭潮脱附蓄冷的周期，更适合于空调工程的蓄冷。目前固体
38、吸附式制冷技术自每研究尚不够完善，但已经受到越来越多的重视。由于冰蓄冷空调系统具有独特的优越陡，目前应用最广。所以下面仅限于讨论冰蓄冷空调系统。冰蓄冷系统制冰方式主要分为静态制冰法和动态制冰法叫。在结构方面，冰蓄冷系统的主要特点是比常规空调系统多了套蓄冰设备，而带岭系统及空调风系统与常规空调系纺巍；奉相同。图21为冰蓄冷系统工作原理图盟1，其中图a)描述了冰蓍拎系统的充冷过程，图b)插述了其放冷过翟。9西安建筑科技大学硕士学位论文h lO时，则表示此项目方案是可行的。在运用净现值不能对多个方案进行评价时，如果各个方案的使用寿命相同，则净现直最大的方案为最优。在分析中，经济寿命和折现率都必须仔细
39、进行选择。经济寿命为设备所能连续使用的时间。对于蓄冷设备，最大的经济寿命般认为是20年。折现率则代表们所期望的投资正丑手艮率。本文采用动态回收期法来进行经济分析。动态回收周期考虑资金的时间价值，它是从投资开始到方案净现值等于零的年限，冰蓄冷空调系统动态回收期可以按式(34)计算。 譬上一年土蔷(1+s)“晶(1+s)”设在第N=O年投资后不再追加初投资，即K=O。等式右边变为n-o(1+丝s一)“=，。2，设每年收益保睁不变，即E1=E2=EnE，等超芝为三 1 ，己=i=一(36)n一=1r1+J、” E因为(36)左侧为等比数列，所以， 1 1i_下(37)Es sO+曲7”。“由(37)
40、司得T=lglg(1+s) (38)1一二sE式(38)即为蓄冷空调动态回收期。，为初投资增加量，F为每年电费收益，s为折现率。在蓄冷方案可行性分析中，如果估算的回收期小于用户要求的回收期Te，即TTc，则此蓄冷方案可行。建立扔投资的初投资的增加量，及每年电费收益E的数学漠型之前假设：系统寿命周期内年冷负荷保持不变；常规空调系统与冰蓄冷空调系统在空调工况下的性能系数相同，即西安建筑科技大学硕士学位论文COPb=COP。；蓄冰槽热损失不计。341初投资的增加量f常规空调系统的初投资主要包括制冷设备的初投资、空气处理设备的初投资和电力增容费；冰蓄冷空调系统的初投资主要包括制冷设备的初投资、蓄冷设备
41、初投资、空气处理设备初投资和电力增容费。一般情况下认为常规空调系统与冰蓄冷空调系统的空气处理设备初投资相同，因此，初投资变化可以表示为I=(cA+dX(R6一R。)十(D6一D。)胛=(exA+dx(Rb-Rc)+(警一警)”。式中c_啪容量蓄冷系统初投资(单位：元kWh年)；A蓄冷量；R-伟峨啦嗡溶量；埠啦容量审岭系统初投资停崆：元kW年)；D电力增容费用；m每kW用电量每年电力增容费Cg位：元kW年)。342年运行费用收益E运行费用主要包括电费、设备维修费、人工费、管理费等，电费占运行费用的绝大部分，因此本文只考虑了电费收益和设备维修费用收益。维修费用按设备价格的5计掌掣。E=Ed+E。
42、(310)式中 吼年电费收益(单位：元年)；玩维修费用收益(靴：元年)。E。=5ox(cA+(d(RbR。) (311)由于冰蓄冷空调系统的设备配电容量_般比常规空调系统小，因此可节约基本电费；实行分时电价可使冰蓄冷空调系统利用谷段电价蓄冷，在用电高峰时段释冷，可节约电度电费。因此用户每年电费收益庐年电费收益+年电度电费收益 (312)年基本电费收益E，=JcJb=，x(也一Rb)COP12 (313)式中卜年基本电费(单位：元年)；卜摹本电价(单位：元kw月)。年电度电费收益西安建筑科技大学硕士学位论文Ef 2(正一兀) (314)式中 厂口电度电费(单位：元天)f=XDg+YD，+ZDd；
43、x、Y、z-4晕、平、谷段电度电价；n夏季空调使用天数；p_用电量。1常规空调日电度电费，高峰电价期空调平均负荷Rg=f(t)dttg低谷电价期空调平均负荷Rd=J|f(t)dttd平段电价期空调负荷Qp=QRgxtgRaxtd所以常规空调日电度电费为六=XxRg xtgCOP+YQpCOP+ZxRa xtdCOP (315)2冰蓄冷空调的日电度电费以。歇(Rgx。tg-一Ag)c0P+y。(Qp-Ap)c0P (316)+Z(A，COP+Rdtdcop)式中 COP+主机蓄冰工况下的制冷系数；五：蓄冷比例，设计日蓄冰供冷负荷占总冷负荷的比率，A=AA。将式(315)、式(316)4W(314
44、)得Ef=；(XxAgCOP+YxApCOPZxACOP) (317)将式(313)、式(317)代入式(312)得耻等郴。喝)+聿xAg，COP+YxApCOP-ZxACOP)(318)将式(39)、式(310)代入式(38)即得出回收年限。西安建筑科技大学硕士学位论文以西安市某综合办公楼为例，采用DEST-h能耗模拟软佴J31I对建筑物空调冷负荷进行模拟。该综合楼共15层，层高38m，建筑面积约30000m2。建筑物维护结构的热物理参数设定见表31、室内热澡状况见表32。设计参数为：夏季设计室内湿球温度为26。C，夏季室内设计湿度为50。表31围护结构姑吻理参数灯光(wm2) 30(明装日
45、光灯)DEST-h负荷计算室外条件采用逐时气象参数，所需要的气象数据是由随机气象模型MedlPha所生成，其基础是20年的实测数据和随cI气象数学漠型。西安地区的主要计算结果如下：西安建筑科技大学硕士学位论文!自!自!II,!日!e! 全年温度分布统计囹JuV_ 瓣1 2。霾 豳 l 震3啪。 霪 鬣 匣l 霞翱墨m 鬣 譬 圉l l I l6薯 鬣 图I l lm 薯 _l i I 一 凰 黛 一l l l 豳 网一10 10-5 5一O 0-_5 5一lO Z015 15-20 20-25 25一，0 30一巧 强干肆铷复范圈()图32全年温度分布统计图图34撮热月温度曲线图应用DEST-
46、h软件，对整个供冷期进行逐时冷负荷模拟。空调供冷期从5月2。号至9月20号。每天供冷时间为8：00至21：00，共计13小时。由图34中可以看出，最大冷负荷出现在8月10日左右。设计日逐时冷负荷分布隋况见表33、图35。西安建筑科技大学硕士学位论文表33设计H逐时冷负荷分布“ 。 。 “ 。 = 譬 譬 譬 霉 高 高时间(h)图35某综合办公楼设计日逐时冷负荷图根据设计日空调负荷分布，按常规空调系统配置，冷水桐细容量应为Rc一3258kW，8：002l：00之间融冰供冷，总冷负荷(8：00-21：00)为325545kW。本文假定COP=5，COP+=3，酾0，商吲，螺杆式压缩机制冰工况容量
47、对空调工况容量比为k=0713。西安R玢时电价表刚如表34所示。表34西安市分时电价表时段电价元kWh基本电价：20元k吼月另外，西安市供电局还出台了对冰蓄冷装置电力贴费的优惠政策：0OOOOOO00OO0O00踮筋加坫m0一重一挥媸受盔蒯西安建筑科技大学硕士学位论文非冰蓄冷：900元kVA(二环以内)450元kVA(二环以外)冰蓄冷： 100元kVA(部分二环内外)文献”3讨论了蓄冷比例对冰蓄冷系统主机容量的确定及初投资、运行费用的影响。本文就蓄冰优先、主机优先两种模式下蓄冷比例对各个因素造成的影响，从理论上比较两者较常规空调系统的经济性。361伟!Ijc争桐客掣孑蓄冷比例自勺关系蓄冷空调制
48、冷主机容量尼是电力峰段和平段时所需的主机容量届与电力低谷段所需主机容量R啦中的较大者。R61：R。一坐鱼 (319)Z0五A一=Ra+访2式中订嘀峰段和平段使用融冰供冷的时间，tfl3h：蓄冷LgNJ；k-制冷机组铝4冰工况对空调工况容量比；爿。总冷负荷：Rc_吲铹腔调制冷主机容量，R一嘶辨堡空调负荷的最大值，R尸O，h=8h。图36为制冷机容量与蓄冷比例之间的关系曲线。其中,t：=0392。从图中可以看出制冷机容量随蓄冷捌的增加先减小，直到最小埕师看再增加。这是因为在蓄冰比例：，白天空调主机负荷较小，此时白天空调用制冷棚容量已经不能承担谷段空调负荷和蓄冰负荷，必须增加制冷机容量来满足蓄冰需求，此时制冷机容量为如扣
