1、引言

随着我国电网负荷峰谷段用电量差距的不断加大，国家电力部门逐步实施分时电价政策，并且很多地方电力部门对于蓄冷空调系统在收取电力增容费方面给予优惠，蓄冷空调系统已是空调系统发展的必然趋势。目前，我国已有了不少成功的蓄冷空调系统样板工程，收到了良好的经济效益和社会效益。但是，不容忽视的是也有些蓄冷系统由于设计，运行管理不当等原因，系统投入运行后没有得到预想的效果。因此，不断完善蓄冷技术的研究工作。对蓄冷技术的发展和应用逐步推广有着重要的作用。对于冷机优先、优化控制下的年运行费情况，虽然文献[1][2]进行了分析，但只是在三种典型气象条件（凉爽天，温和天，标准天）下，各月份的平均气象条件下进行的，以此作整个空调运行期的经济分析，结果过于粗略，偏差大，难以描述系统整个夏季的运行情况，而在动态负荷情况下的经济分析还未见报道。本文是在计算标准年空调运行期5-9月份动态负荷的基础上，对不同的常规空调制冷系统，部分冰蓄冷空调系统及不同控制方式进行初投资和运行费用的综合经济比较分析，以期得到更加接近实际情况的结果，对部分冰蓄冷系统的设计，运行管理起到一定的推动作用。

2、空调动态冷负荷

以济南市某办公楼为模型，该办公楼共25层，层高3.6m，建筑面积28125m²，工作时间8：00-18：00.采用改良温频法计算出该建筑标准年5-9月份的动态负荷。改良温频法以传递函数法为基础，将空调的分项负荷：日射负荷、传导负荷、内部负荷、新风负荷表达成室外干球温度的线性函数。室外干线温度是气象资料，具有长期气候资料，具有长期气象资料，具有长期气候代表性。图1为设计日动态负荷，图2为空调冷负荷时间频数（CLTF），表1为各月空调冷负荷占全年总冷负荷的比例。

表1 各月空调冷负荷累积值比例关系

3、空调系统冷冻站设计

为了分析比较，分别选择进口制冷，蓄冷设备和国产制蓄冰设备设计常规空调系统和部分冰蓄冷系统，对冰蓄冷系统分别采用制冷机优先控制和优化控制，分述如下。

3.1 常规空调系统

方案A：选型进口RTHB215S型水冷式螺杆冷水机组2台，单台标定制冷量615KW，输入功率129KW，其余设备见表2。

方案B：选用国产的LSX-42、LSZ-56型多机头冷水机组各1台，标定制冷量分别为488KW和650KW，输入功率分别为121.12KW和161.6KW，其余设备见表2。

3.2 部分冰蓄冷空调系统

方案C：选择进口制冷、蓄冰设备。采用制冷机组和蓄冰装置并联的流程。系统图见图3。制冷机组为RTHB130S型2台，制冷剂为R22，载冷剂为R22，载冷剂是质量百分数为25%的乙烯乙二醇溶液。供冷工况参数为：冷冻液温度6°C/11°C，空调供回水温度为7°C/12°C，单台制冷量365KW，输入功率81kw；充分工况参数为：冷冻液-4°C/-0.5,制冰量250kw，输入功率77kw。蓄冰装置选择1190A型畜冰筒8个，其余设备见表3。

表3 冰蓄冷空调系统设备及造价表

制表说明：

1、设备造价为厂家报价，进口设备为到货价（含关税25%）

2、电力增容费按1996年济南供电局规定，双路供电2700元/KW，对蓄冷用户仅收国家贴费部分为900元/KW。初投资项括号内数值是冰蓄冷系统用电增容费仍按2700元/KW的计算结果，以供比较分析用。

3、电力建设增加是以方案C、D为基准，方案A、B分别对照的相对值，仅为制冷用电的估价。

方案D：选择国产制冷、蓄冰设备。采用RCU120SY2型双效制冷机器人台，此冷水机组有2台，此冷水机组有2台蒸发器，一台以水作载冷剂为日间有，另一台以乙烯乙二醇溶液（质量百分数25%）作载冷剂为夜间制冰用。供冷，充冷工况参数同方案C中的温度设定，单台制冷量381KW，输入功率86.6KW，制冷量250KW，输入功率80.0KW。蓄冷装置为国产RH-ICU-400型冰盘管各1台。其余设备见表3，系统图见图4。

4、系统的经济性比较分析

分别采用制冷机优先控制和优化控制。优化控制以全天运行费为目标函数，在满足用户负荷需求，蓄冰设备融冰能力的约束条件下，使全天运行费最小峰。运行费包括制冷机组的约束条件下，使全天运行费最小，运行费包括制冷机组、泵和风扇的运行费。方案C优化控制数学模型为：

0<=q_rk<=DC

式中M——全天运行费用，元；

N——空调日间运行时间，10h;

q_k——k时刻空调冷负荷，KW；

q_rk——k时刻制冷机承担的负荷，KW；

aK——k时刻制冷机单位供冷负荷费用，元/KW；

BK——K时刻蓄冰筒单位供冷负荷费用，元/KW；

DC——制冷机日间最大供冷能力，KW；

NC——制冷机夜间最大供冷能力，KW；

NL——蓄冷设备数量。

方案D优化控制数学模型由于蓄冷设备融冰能力不同，第二个约束条件为0<=q_k-q_rk<=（NL×RH）/RN，RH 为每组冰盘管冷量，KWH，RN为融冰运行时间。h。其余同方案C、济南分时电价结构如下：

年运行费为全天运行费用的累加，结果见表4。

4.2 不同电价比下降运行费

为了分析电价比对运行费的影响，人为地改变峰谷电价比，而保持平均值等于平段值电价比，而保持平段电价不变，并使峰谷变化情况见图5。从图中可以看出，常规空调系统运行费（曲线1、3）随电价比加大而稍有增加，这是因为空调运行时间8：00-18：00中，只在8：00-11：00为高峰，电价升高，其余7h为平段，电价升高，因此影响不大。冰蓄冷系统采用制冷机优先控制（曲线2、4）时随着电价比加大，运行费很少，这主要因为制冷机中虽然在日间可转移一部分电量，但融冰、制冰所耗总电量大于直接供冷用电，致使运行费用有少量增加，而当采用优化控制（曲线5、6）时，运行费下降非常明显示，这是因为优化控制是以最经济的方式分配负荷，虽然融冰、制冰耗电量有所增加，但由于转移电量大，最终使运行下降。

4.3 比较分析结果

4.3.1 初投资情况分析

从表2可以看出，方案A比方案B的设备费多76.96万元，制冷机组价差83.1万元。国产制冷机组投资仅为进口的45.7%。表3中，方案C比D设备费多75.248万元，制冷机组和蓄冰装置价差61.85万元，其余设备价格基本相同。

4.3.2 电力优惠政策和电力建设投资增加的影响。济南地区的电力增容费对常规系统用电收2700元/KW，对冰蓄冷系统用电仅收900元/KW。采用蓄冷后，制冷机容量变小，系统耗电量下降。由于这两方面的原因，在考虑电力增容费和电力建设投资增加后，常规系统和冰蓄冷系统初投资差距缩小，蓄冰系统比常规系统还要少，若不考虑优惠政策，蓄冰系统比常规系统仅分别增加8.8万元和17.8万元。

4.3.3 控制方式的影响

比表4可以看出，与常规系统相比，优化控制分别节约运行费36.4%和43.0%。而制冷机优先控制只节约11.36%和13.4%，当电力增容费都以2700元/KW计算时，制冷机优先控制下，静态回收期超过6a，而优化控制下，回收期仅为2a多。

4.3.4 电价比对运行费的影响

从图5可以看出，常规系统和冷机优先控制下的蓄冰系统年运行随电价比升高而增长，优化控制下的蓄冰系统运行费明显下降。

5 结论

5.1 蓄冰系统在优化控制下有明显的经济性

在济南现行电价结构下，优化控制的冰蓄冷系统可节约大量的运行费，方案C为36.4%方案D为43.0%，制冷机优先控制只分别节约11.36%、13.4%，而我国目前采用的冰蓄冷系统大多采用的是制冷机优先控制，不能充分发挥蓄谋冰设备的作用，运行费节省有限，经济效益不明显，采用优化控制能够量大限度地节约运行费，以最经济的方式转移高峰用电，缩短了回收期。

5.2 电价比加大使优化控制的运行费明显下降

当电价比加大时，优化控制的运行费下降很快。电价比为5:1时，运行费分别比3:1时节约15.8%（方案C）和13.6%（方案D），回收期缩短为1.5a和2.2a;电价比为7:1时，运行费节约25.6%和20.5%，回收期缩短为1.4a和2.0a。因此，加大电价比，对优化控制的蓄冰系统有明显的经济效益。

5.3 设备费对初投资的影响

冰蓄冷系统采用国产制冷机组，蓄冰设备比采用进口制冷机组、蓄冰设备系统减少初投资67.958万元，节约21.5%。两种系统设备费相差75.248万元，而制冷机组、蓄冰设备价差为61.58，所以初投资的差值主要是由制冷机组、蓄冰设备价差引起来的。因此，为了进一步推广冰蓄冰空调系统的应用，应大力开发国产制冷机组，蓄冰设备，降低系统初投资、回收期，提高冰蓄冷技术对业主的吸引力。

5.4 电力增容费对初投资的影响

济南地区对常规系统用电收取电力增容费2700元/kw，假设对蓄冰系统用电收取的电力增容费为1500元/KW的优惠价，可分别比不优惠价收费的系统降低初投资9.3%(方案C）和13.2%（方案D）；若以900元/KW计算时，初投资分别降低14.0%和19.8%；若按不收取电力增容费计算，初投资降低21.0%和29.8%；电力部门加大对蓄冷空调系统用电收费的优惠政策力度。可使冰蓄冷系统初投资明显下降。

5.5 本文的动态负荷采用美国ASHRAE的改良温频法计算的。笔者在引用有关资料时对部分公式和参数作了修改以适用于我国，结果的精确性还有待于实践验证。

5.6 冰蓄冷空调系统的负荷预测有待于进一步的研究。