冰蓄冷空調問題與對策探討.doc

冰蓄冷空調問題與對策探討摘要： 文章 分析 了冰蓄冷空調在我國 發(fā)展 緩慢的原因，從采用大溫差冷水系統(tǒng)、低溫送風設計、系統(tǒng)布置、使用國產(chǎn)設備、電力部門激勵政策等方面探討了降低初投資的途徑。另外，論述了提供系統(tǒng)產(chǎn)品、改進控制水平以尋求簡化復雜設計、安裝的過程，提高冰蓄冷系統(tǒng)的質量及方便操作維護的 方法 。 關鍵詞： 冰蓄冷空調 初投資 系統(tǒng)產(chǎn)品 0 前言我國的電力 工業(yè) 發(fā)展很快，96年發(fā)電裝機容量已達到世界第2位，到97年底全國發(fā)電裝機容量達2.5億千瓦，2004年裝機容量達到4.4億千瓦，預計2005年要突破5億千瓦，僅比美國裝機容量少3億千瓦左右。但是，盡管如此，我國的電力供應仍日益緊缺，尤其是高峰不足與低谷過剩的矛盾日益突出，如果全靠新建電廠來滿足尖峰需求，則勢必造成電廠及輸配電設備投資的浪費，使國家 經(jīng)濟 遭受損失，如1997年每千瓦裝機容量所產(chǎn)生的國民經(jīng)濟總產(chǎn)值為28800元，而到2004年則降為27300元，隨著未來幾年新建電廠的陸續(xù)投產(chǎn)，此現(xiàn)象將更加突出。這樣不能充分利用廉價環(huán)保能源，與建設節(jié)約型 社會 的要求不相符合。如果采用需求側調控的方法，如空調的冰蓄冷等可以將用電時間移至非高峰期，起到“移峰填谷”的作用。以上海市為例， 歷史 最高用電負荷為1668.2萬千瓦，而同日的最低用電負荷為1050萬千瓦，其中空調用電約占45%，同使用常規(guī)空調相比，冰蓄冷空調有25%左右的移峰能力， 理論 上可轉移11%的高峰負荷到低谷。可見大力發(fā)展冰蓄冷空調前景廣闊。但是冰蓄冷空調在我國的發(fā)展速度非常緩慢，如上海市已建成的蓄冷工程僅十余家，廣東省也只有十多家，如此并沒有發(fā)揮出應有的“移峰填谷”作用。為何既節(jié)能又環(huán)保的冰蓄冷空調會受到如此冷遇？據(jù) 研究 ，在我國已建的冰蓄冷工程中，存在以下 問題 ：- 投資回收周期長，經(jīng)濟性不佳。- 設計選型復雜、設計工作量大、各部件匹配優(yōu)化難。- 供貨商眾多，安裝調試周期長，系統(tǒng)施工質量難以控制。- 運行操作使用困難。- 維護成本高。以上因素阻礙了冰蓄冷空調在我國的發(fā)展。本文將探討相關方法，試圖從根本上解決上述問題，以期能夠迅速、廣泛地推動冰蓄冷空調在我國的正常發(fā)展。1 多種途徑降低初投資對于業(yè)主來說，選擇空調系統(tǒng)的主要原則之一就是經(jīng)濟性，包括初投資和運行維護費用。國內外大量的工程實踐表明，單純的冰蓄冷加常規(guī)空調系統(tǒng)，由于增加了蓄冰系統(tǒng)和乙二醇載冷劑板式換熱器，空調系統(tǒng)設備的初投資比常規(guī)設備高20%以上，單單依靠 目前 電力峰谷電價差所獲得的運行節(jié)約費用，其實際償還年限一般需712年，甚至達到19年，這就是制約我國冰蓄冷空調產(chǎn)品發(fā)展的主要原因。為此，設計院、設備制造廠、安裝公司、電力部門應全力配合，從設計、設備制造、安裝、選用、政策激勵等方面著手，大幅度降低用戶初投資。 1.1 采用冷水大溫差系統(tǒng)以降低冷水管路投資。常規(guī)空調水系統(tǒng)的供回水溫度為7-12，冷水機組一般也按此設計，冰蓄冷空調在融冰與主機聯(lián)合供冷時，載冷劑側的溫差要大于5，達到7-8。若將空調水系統(tǒng)溫差提高到10，可以節(jié)約50%的系統(tǒng)循環(huán)水量以及相應的水泵電耗，水系統(tǒng)和空氣端設備的總成本可降低5%左右。若再將空調水系統(tǒng)從傳統(tǒng)并聯(lián)方式變?yōu)楦屿`活的串聯(lián)或串并聯(lián)方式、以更加靈活合理地利用冷凍水溫差，還可以節(jié)約相關成本2-3%。1.2 采用大溫差低溫送風方式。常規(guī)空調系統(tǒng)從空氣處理機送出來的空氣溫度為1618左右，而低溫送風系統(tǒng)的上述空氣溫度為712。低溫送風一方面可減小空氣處理機、風機規(guī)格和投資成本，另一方面也會增加冷卻盤管、末端裝置和管道保溫投資，但投資減少金額高于投資增加金額，使得低溫送風初投資可減小很多，如當送風溫度為7時，風管尺寸減少30%36%，空氣處理機尺寸減少20%30%，風機功率減少30%40%。當對現(xiàn)有建筑的常規(guī)送風系統(tǒng)進行改造時，如改為低溫送風，則其供冷能力可大大提高。由 計算 得知：低溫送風與常規(guī)送風相比，空調水系統(tǒng)與風系統(tǒng)的投資可減少14%19%，而總投資可減少6%11%。節(jié)省用電量顯著，特別是高峰期用電量減少，年運行費可降低18% 28%。此外，由于低溫送風風管比常規(guī)送風風管小，還能節(jié)省建筑空間和造價，據(jù)統(tǒng)計，采用低溫送風所需安裝風管的房間頂部空間至少可以降低85180mm，建筑工程造價相應可減少3.76%13.6%。同時，風管等尺寸的縮小還節(jié)省基建初投資，建筑空間的減小相應增加了層高和建筑物總層數(shù)，增加建筑使用面積，這時的送風相對濕度一般為33%38%，室內空氣品質優(yōu)良，具有較好的舒適度并能減少建筑病綜合癥的發(fā)生。1.3 充分考慮初投資的系統(tǒng)流程布置方式，如串聯(lián)系統(tǒng)中冷水機下游布置方式可以降低成本，改善蓄能槽放熱特性，這方面美國日本已有許多 應用 ，甚至已在設計手冊中作了專門說明，但國內目前還很少使用。1.4 大力使用國產(chǎn)優(yōu)質設備。據(jù)調查，在國內目前已建成的一些項目中，冰蓄冷空調的冷水機和蓄冰槽(盤管、球)大都采用進口設備，而這些進口設備價格必然偏高。其實，對于冷水機組，國際許多著名 企業(yè) 早已在 中國 設立了生產(chǎn)基地，其制造產(chǎn)品質量標準、關鍵件來源、工藝手段等與國外完全一樣，甚至還出口國外（包括對產(chǎn)品質量要求極高的歐洲），因此，各設計單位和業(yè)主應放心使用國內生產(chǎn)的品牌產(chǎn)品。而對于蓄冰槽(盤管、球)等，由于它們都是常規(guī)的換熱部件，采用的也都是成熟的焊接、熱處理及保溫加工方法，國內廠家的選材質量和安全余量要求并不比國外低，該相應的國產(chǎn)產(chǎn)品在食品、制藥等行業(yè)已使用多年，效果良好。同時，選用國產(chǎn)優(yōu)質設備，在系統(tǒng)設計、安裝、服務、零配件供應、日后維修等方面也具有更多的優(yōu)勢，在筆者所熟悉的冰蓄冷工程項目中，就有由于進口設備出現(xiàn)問題無法及時維修掉換而造成工期延誤、經(jīng)濟受損的實例。1.5 實行積極的電力補貼政策。冰蓄冷空調系統(tǒng)具有移峰填谷、均衡用電負荷、提高電力建設投資效益等優(yōu)點，能減少電廠和輸配電設備的建設、使用環(huán)保廉價能源以降低環(huán)境污染，高效率使用已有發(fā)電設備，給國家和電力部門帶來巨大利益。但要想使之得到良好發(fā)展，還必須依賴相關政策法規(guī)的盡快出臺、以使建筑業(yè)主得到實惠。為緩解夏季電力高峰供電缺口，我國某些地區(qū)和個別項目采用電力補助的措施，如福建規(guī)定2004年新建的冰蓄冷空調每千伏安補貼200元，2005年新建的每千伏安補貼100元；2004年用冰蓄冷技術改造原有空調的每千伏安補貼500元，2005年進行改造的每千伏安補貼300元；2006年（以后）新建或改造的將不予以補貼。這些臨時措施應制度化，建議政府、電力部門、相關設備制造商應盡快研究并頒布制度化的激勵措施，特別是能夠獲得巨大利益的電力部門，應從實際或潛在獲利中拿出部分返還業(yè)主和設備制造商，比如可考慮借鑒燃氣空調的補貼制度：上海在2004年實行了 燃氣空調的補貼制度 ，規(guī)定在20042007年內，對納入上海市燃氣空調推進計劃的燃氣空調，由市政府給予100元/千瓦制冷量的設備補貼；還可比照日本和美國的冰蓄冷扶持政策：電力公司給予用戶/設備廠商每轉移1千瓦高峰電200-300美元的電力補貼。若政府及電力部門能對冰蓄冷空調采用類似于上述燃氣空調的政策，相當于 每轉移 1千瓦高峰用電補貼1600元，基本接近美國和日本等廣泛使用冰蓄冷空調國家的補貼水平，則可降低蓄冷空調初投資8-10%，大幅度縮短冰蓄冷空調的投資回收期。2 發(fā)展系統(tǒng)產(chǎn)品降低設計安裝復雜性冰蓄冷空調設計和常規(guī)空調相比，其設計選型復雜性大大提高、安裝施工難度大，故有設計施工能力的安裝公司極少，工程質量較難控制，詳見表1，這也是制約我國冰蓄冷空調發(fā)展的重要原因。表1 常規(guī)空調與冰蓄冷空調設計安裝比較 內容 冰蓄冷常規(guī)空調建筑負荷計算逐時負荷最大負荷各種蓄冰方式經(jīng)濟分析有無蓄能槽（盤管/冰球）選型計算有無二次換熱器設計選型有無乙二醇管路水力平衡和泵選型有無現(xiàn)場自動控制系統(tǒng)設計有無設計工作量220-300%100%零部件數(shù)量150%100%安裝工作量150-170%100%施工單位能力僅幾家數(shù)千家若制造公司能夠提供一種類似常規(guī)空調的系統(tǒng)冰蓄冷產(chǎn)品，使得設計師、安裝公司、業(yè)主不再對冰蓄冷空調望而生畏，將會有力推動蓄冷空調事業(yè)的發(fā)展。最近， 文獻 1報道了一種系統(tǒng)的冰蓄冷空調產(chǎn)品。該系統(tǒng)產(chǎn)品由冰蓄冷主機、水力控制模塊、蓄冰槽三大部件組成，見圖1。圖1 冰蓄冷系統(tǒng)產(chǎn)品冰蓄冷系統(tǒng)產(chǎn)品能將分散的零部件在出廠前制作為完整的產(chǎn)品，選型安裝方便，并結合了多項先進技術：冰蓄冷系統(tǒng)產(chǎn)品主機形式多樣，包括風冷蓄冷產(chǎn)品和水冷蓄冷產(chǎn)品，壓縮機可采用渦旋、螺桿和活塞式。在缺水或日夜溫差大的地區(qū)可使用風冷主機，其它地區(qū)可選用水冷主機。水冷產(chǎn)品中螺桿機效率較高，可優(yōu)先選用。對于風冷、熱回收、水源熱泵型等壓縮比大的 應用 場合，活塞機、渦旋機的效率也不錯、且價格實惠，可考慮使用。對于具有多臺壓縮機的主機，由于其部分負荷性能好、備機功能強，同等條件下應優(yōu)先考慮。如圖1，冷水機組布置在蓄冰槽下游，標準空調水進出水溫度為15-5，調節(jié)方便，穩(wěn)定，蓄冰槽的融冰釋冷速度快。這樣，設計師只需直接按照10大溫差空調水來設計系統(tǒng)即可，不必再花費精力和時間 研究 如何制取10大溫差空調水。帶有蓄能量測量裝置和嚴密隔熱防潮措施的模塊式蓄冰槽，安裝極其方便，只需將蓄冰槽體就位和接管即可，不需任何槽體內部安裝工作。水力控制模塊包括載冷劑泵、冷卻水泵、空調水泵、板式換熱器、閉式膨脹水箱、過濾器、電動調節(jié)閥門、蓄冷系統(tǒng)的電力控制柜，以及排氣、泄水口。水力控制模塊已經(jīng)各種運行模式的水力平衡設計和校核，換熱器和水泵的工作性能匹配優(yōu)化。該系統(tǒng)冰蓄冷產(chǎn)品還能與熱回收、水源熱泵結合，以進一步提高使用效能和產(chǎn)品的可靠性。該類產(chǎn)品避免了大量復雜機房設計和現(xiàn)場裝配工作，質量可靠、運行性能佳、使用方便放心。與同類產(chǎn)品比較可顯著降低設計、交貨、安裝、調試時間，見圖2。這樣，對于機房設計，冰蓄冷產(chǎn)品的設計工作量與常規(guī)空調產(chǎn)品相當，現(xiàn)場安裝工作簡潔，省時省力，也大大減少安裝出錯的可能性。圖2 系統(tǒng)冰蓄冷產(chǎn)品特點 3 開發(fā)先進的自適應控制系統(tǒng)常規(guī)空調的運行模式單一，只要控制主機的出力和冷水溫度即可；而冰蓄冷空調運行模式多樣：有夜間蓄冷、白天主機單獨供冷、蓄冰槽單獨供冷、主機和蓄冰槽聯(lián)合供冷等。除主機外還要控制蓄冰槽的工作，以及主機和蓄冰槽出力分配和優(yōu)化運行，因此，普通的控制系統(tǒng)難以真正發(fā)揮冰蓄冷的功能。早期的冰蓄冷工程自動控制水平不高，需要由機房操作人員手動設置運行模式。依靠工人技術水平和經(jīng)驗性手動控制難以勝任這些工作，致使有的冰蓄冷空調建成后蓄冷功能基本不用，有的冰蓄冷空調運行費用大大高出預期成本。手動控制不能發(fā)揮冰蓄冷的全部優(yōu)勢，更不能保證最低的能耗水平。近期的冰蓄冷空調工程多采用PLC結合上位機模式，用戶操作界面友好，利用已建立的 歷史 數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)冰蓄冷空調全自動運行，但成本高、還不能按建筑負荷的需求自動尋求最 經(jīng)濟 有效的工作方式。新型的冰蓄冷空調控制系統(tǒng)應包括：- 簡單、直接、精確的蓄冰量測量裝置。蓄冰量測量的準確與否直接 影響 到能否保證室內空調參數(shù)的穩(wěn)定。- 根據(jù)外界氣候條件變化或空調水溫變化的情況自動判斷和預測最佳工作模式和最佳空調水工作溫度，即先進的自適應控制邏輯。如部分蓄冷系統(tǒng)的控制策略有主機優(yōu)先和融冰優(yōu)先兩種控制策略。主機優(yōu)先是指在需要用冷時，首先制冷主機運行供冷，不足部分由蓄冰槽提供，融冰優(yōu)先則是先由蓄冰槽供冷，不足部分由主機提供。融冰優(yōu)先的控制策略能充分利用電力低谷，節(jié)省運行費用。應能夠根據(jù)氣候、電力政策自動確定最佳控制策略。自適應控制邏輯將根據(jù)外部需求和蓄冰槽的蓄冰情況，最大限度地發(fā)揮融冰優(yōu)先的控制優(yōu)勢。- 依據(jù)日程計劃能在不同運行模式間自動切換。- 實現(xiàn)與空氣端DDC（直接數(shù)字控制）裝置的信息傳遞。4 建立設計選型軟件和標準產(chǎn)品參數(shù)4.1 逐時負荷分布圖。建筑物的負荷 計算 是空調設計的依據(jù)。對于常規(guī)空調系統(tǒng)，制冷設備的裝機容量一般只需根據(jù)建筑物設計日的最大小時負荷來確定；而在冰蓄冷空調設計中，需采用專門的建筑負荷設計軟件，設計師按照當?shù)刂饡r氣象參數(shù)與建筑維護結構參數(shù)、建筑物內居住、照明產(chǎn)熱設備的工作時間表等數(shù)據(jù)，計算出整個供冷季節(jié)的逐時空調負荷，從而確定系統(tǒng)的設備容量。 目前 市場上主要的設備制造商都具備有關建筑負荷設計計算軟件，在具體項目中可協(xié)助設計院進行建筑負荷計算。4.2 簡化冰蓄冷主機選型和蓄冷模式的經(jīng)濟 分析方法 。傳統(tǒng)的冰蓄冷空調系統(tǒng)，由于其制冷機和蓄冷設備容量的確定非常煩瑣，因為還不能簡單地依靠某個逐時負荷，而是需要結合所選蓄冷系統(tǒng)形式、運行與控制模式、當?shù)仉妰r結構及蓄冷裝置的蓄、放冷特性曲線等諸多因素進行綜合考慮。相比之下，文獻1報道的系統(tǒng)冰蓄冷產(chǎn)品已經(jīng)將設備匹配和設計等優(yōu)化為經(jīng)濟運行控制模式，融冰性能完全滿足要求，在確定建筑物逐時負荷后可方便地開展主機、蓄能槽、水力控制模塊選型，并進行經(jīng)濟分析。4.3 廠家提供系統(tǒng)的設計數(shù)據(jù)。常規(guī)空調的產(chǎn)品參數(shù)在廠家樣本中一般都很完整，冰蓄冷空調也應該象常規(guī)空調一樣能夠提供完整的系統(tǒng)參數(shù)，以方便設計師選型計算。如有需要的話，設備制造商還應能夠針對具體項目、利用系統(tǒng)性能計算軟件提供系統(tǒng)的冰蓄冷性