導語：材料蓄冷經(jīng)濟性管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文針對一種新型相變材料在蓄冷空調中應用的經(jīng)濟性進行了研究，并與冰蓄冷系統(tǒng)和常規(guī)空調系統(tǒng)進行了比較。分析結果表明：相變材料蓄冷空調系統(tǒng)運行費用最低，但初投資較高。如果相變蓄冷材料因批量生產(chǎn)而降低成本，則相變材料蓄冷空調技術將有著廣泛的應用前景。

關鍵詞：相變材料蓄冷空調系統(tǒng)

1前言

冰蓄冷系統(tǒng)具有技術成熟、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，但需配置雙工況機組，且多數(shù)系統(tǒng)要增加乙二醇溶液為載冷劑的中間換熱裝置，增加了系統(tǒng)的設計和控制難度。同時，冰蓄冷系統(tǒng)制冰充冷時由于蒸發(fā)溫度比常規(guī)空調低8-10℃，冷機效率下降率達30%左右，是一種節(jié)費不節(jié)能的空調方式。相變材料式蓄冷系統(tǒng)則可直接利用常規(guī)主機，較大程度地提高制冷機的COP值。由于目前已開發(fā)出的可用于蓄冷空調系統(tǒng)的相變材料尚較少，價格也相對較貴，因而進行經(jīng)濟性分析是相變材料蓄冷技術推廣應用的前提。

2經(jīng)濟性分析模型的簡化

本文采用的蓄冷介質為自行研制的一種相變材料。相變溫度為8.2℃，相變潛熱184kJ/kg。為便于比較，作如下假設：

（1）對于常規(guī)系統(tǒng)、冰蓄冷系統(tǒng)和相變材料系統(tǒng)三種方案，認為空氣處理部分設備費用相同，系統(tǒng)初投資僅考慮冷源部分。

（2）相比較的冰蓄冷系統(tǒng)為應用較為廣泛的冰球式系統(tǒng)，采用串聯(lián)、主機優(yōu)先的形式。

（3）相變材料蓄冷系統(tǒng)擬采用串聯(lián)、主機下游的形式。

（4）下標0表示常規(guī)系統(tǒng)，1表示冰蓄冷系統(tǒng)，2表示相變材料蓄冷系統(tǒng)。

3經(jīng)濟性分析數(shù)學模型

3.1蓄冷系統(tǒng)主機容量的確定

當白天空調用制冷機容量恰好等于晚間蓄冷用制冷機容量,這時制冷機容量最小[1]。此時設蓄冷率。即

（1）

當和時，制冷機容量分別按（2）和（3）式進行計算。

（2）（3）

式中:——制冷機組容量,；——設計日總冷負荷,

——制冷機的空調運行時間,h；——制冷機的充冷運行時間,h

——制冰機組容量變動系數(shù)

3.2系統(tǒng)初投資

系統(tǒng)初投資由系統(tǒng)設備本身的費用、機房設備場地建筑物費用和電貼費（很多地區(qū)已取消電力增容費，故在此僅考慮電貼費）組成，即

（4）

——系統(tǒng)設備本身的費用；——電貼費

——建筑物投資較常規(guī)系統(tǒng)的增加費用（機房設備場地）

3.2.1設備費用的確定

設備費用按設備容量進行估算，即用各設備容量乘以相應的估算指標[2]，并計入設備運雜費和安裝調試費。蓄冷系統(tǒng)設備總費用為：

=++++++++(5)

——制冷機初投資；——蓄冷設備費用

——泵投資費用；——冷卻塔費用

——溶液及冷凍水管道費用；——冷卻水管道費用

——自控系統(tǒng)費用；——電力設備費用

——板式熱交換器費用

對于冰蓄冷系統(tǒng)

+（6）

——負荷泵費用；——制冷并充釋冷綜合泵費用；——冷卻水泵費用

對于高溫相變材料蓄冷系統(tǒng)，無需板式換熱器和專門的負荷泵，但由于目前適用于空調系統(tǒng)的相變材料還較少，因而蓄冷介質費用高于冰蓄冷系統(tǒng)。蓄冷介質根據(jù)市場價按7000元/噸計，蓄冷槽采用現(xiàn)澆混凝土的形式，蓄冷器為金屬板式。相變蓄冷裝置及附屬設備的造價按100元/kW.h計算。此時=0，且

+

高溫相變材料蓄冷系統(tǒng)的供回水溫度約為9/14℃，而冰蓄冷系統(tǒng)供回液溫度約為3/11℃。前者的溫差較后者大大減小，相應的泵和管道投資增加。

3.2.2建筑物投資較常規(guī)系統(tǒng)的增加費用

（7）

——蓄冷負荷，；——單位面積建筑造價元/m2(擬取3000元/)

——單位蓄冷量增加設備用房面積(冰蓄冷系統(tǒng)一般取0.0073)

由于所采用的相變材料潛熱為冰的55%，因此在蓄冷量相同的情況下，相變材料蓄冷系統(tǒng)蓄冷槽的體積約為冰蓄冷系統(tǒng)的1.8倍，設備房建筑物投資費用相應增加。

3.2.3電貼費

(8)

——系統(tǒng)配電容量，；——每千瓦裝機容量電貼費

常規(guī)系統(tǒng)配電容量：（9）

蓄冷系統(tǒng)配電容量：（10）

其中：（11）

——設計日最大負荷；——單位配電容量電力報裝費用,元/

、、---系統(tǒng)、主機、輔機性能系數(shù)

3.3運行費用

三類系統(tǒng)中認為運行管理費用相同。年運行費用為

=++（12）

3.3.1年基本電費

年基本電費一般按系統(tǒng)配電容量計

=（13）

——基本電價,元/(·月)

3.3.2年運行電費

常規(guī)系統(tǒng)年運行電費：

(14)

——峰、平、谷時段電價,元/；——年供冷天數(shù)

——分別為三段用電量

冰蓄冷系統(tǒng)年運行電費：

(15)

，——系統(tǒng)直供和充冷時的值（包括輔機）

對于相變材料蓄冷系統(tǒng),認為系統(tǒng)直供和充冷時的值相等，則年運行電費為：

（16）

3.4經(jīng)濟性評價指標

冰蓄冷系統(tǒng)和相變材料蓄冷系統(tǒng)相對于常規(guī)系統(tǒng)的靜態(tài)投資回收期、分別如式（17）和（18）。

（17）

（18）

4分析實例

以某辦公綜合大樓為例，逐時負荷分配如表1。分別采用冰蓄冷和高溫相變材料蓄冷兩種方案與常規(guī)系統(tǒng)進行比較和分析。為便于比較，均采用40%的蓄冷率。蓄冷安排在夜間電價低谷時段。。電價結構如表2，基本計算參數(shù)如表3。

表1大樓逐時負荷分布時間

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

合計

負荷KW

2710

3669

5190

5550

5947

6268

6386

6644

6358

5641

54363

表2分時電價表電價分段

高峰期

低谷期

時間

8:00-21:00

21:00—8:00

電費（元）

0.65

0.17

表3有關計算參數(shù)序號

項目

參數(shù)值

1

制冷機空調工況時的COP值

4

2

制冷機制冰工況時的COP值

3

3

制冷機制冰工況時的容量變動系數(shù)k

0.68

4

基本電價

13（元/月.KW）

5

電貼費

400（元/KVA）

6

供冷天數(shù)

150（天）

7

主機直供時間

10（小時）

8

夜間蓄冷時間

9（小時）

表4不同系統(tǒng)的初投資及運行費用比較系

統(tǒng)

主機容量

主機

費用

蓄冷設備費用

供電設備費用

冷卻塔費用

自控系統(tǒng)費用

管道

全

套

泵

換

熱

器

建筑

增加

費用

電

貼

費

系統(tǒng)

總初

投資

年基本電費

年運行電費

年運行總費用

高溫蓄冷

3262

251.12

676.40

91.34

30.53

24.47

124.13

19.57

85.72

46.60

1321.07

17.79

119.28

137.07

冰

蓄

冷

3553

312.66

401.20

99.48

33.26

31.98

96.41

24.77

109.63

47.63

61.52

1218.54

23.99

123.93

147.92

常規(guī)系統(tǒng)

6644

511.59

186.03

62.19

33.22

96.34

30.32

92.92

1012.61

36.24

165.54

201.98

5分析結果與討論

從主要設備的初投資可以看出：在三種系統(tǒng)形式中，高溫相變材料蓄冷系統(tǒng)初投資最高，其次為冰蓄冷系統(tǒng)，常規(guī)系統(tǒng)初投資最低。這是由于高溫相變材料蓄冷技術目前還處于實驗和研究階段，蓄冷介質費用相對較高所致。其次，由于目前已研制和開發(fā)出的用于空調系統(tǒng)的蓄冷介質其相變潛熱大多低于冰的潛熱，致使蓄冷槽占地面積增加，設備房的建筑費用相應增加。再者，由于采用相變材料蓄冷系統(tǒng)，使冷凍水出口溫度提高，從而降低供回水溫差，增加了冷凍水管道和泵的初投資。

從對運行費用的分析可以看出，高溫相變材料蓄冷系統(tǒng)的運行費用最低，其次為冰蓄冷系統(tǒng)，最高為常規(guī)系統(tǒng)。冰蓄冷系統(tǒng)比常規(guī)系統(tǒng)初投資增20.3%，年運行費用節(jié)約率為26.8%,靜態(tài)投資回收期為3.8年；相變材料蓄冷系統(tǒng)初投資較常規(guī)系統(tǒng)增加33.3%，年運行費用節(jié)約率為32.1%萬元，靜態(tài)投資回收期為5.3年。

6結論

從以上分析可以看出，盡管在目前的經(jīng)濟條件下，對于新建系統(tǒng),相變材料蓄冷系統(tǒng)的初投資和回收年限均高于冰蓄冷系統(tǒng)，但在改造項目中，由于可直接利用原有主機，因此具有較大優(yōu)勢。同時，由于充冷期間蒸發(fā)溫度同常規(guī)系統(tǒng)，因而主機和系統(tǒng)運行效率較冰蓄冷系統(tǒng)有較大提高，從而減小了耗電量和電廠污染物的排放，具有較好的經(jīng)濟和環(huán)保效益。隨著新型相變材料的進一步開發(fā)和高溫蓄冷技術的進一步完善，在解決好蓄冷介質穩(wěn)定性并批量生產(chǎn)的前提下，其市場價格將大幅度降低，系統(tǒng)初投資也將相應減小甚至低于冰蓄冷和常規(guī)系統(tǒng)。因而高溫相變材料蓄冷系統(tǒng)將以其系統(tǒng)簡單、節(jié)費節(jié)能等優(yōu)點而有著廣泛的應用前景。

參考文獻

1.胡明若，余國和，顧安忠.蓄冷率與冰蓄冷空調經(jīng)濟性諸因素的關系.上海理工大學學報2002，24（2）

2.嚴德隆，張維君.空調蓄冷應用技術.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997，5

3.何立群，葛新石，丁立行等.空調系統(tǒng)中冰蓄冷與高溫相變材料蓄冷的經(jīng)濟性比較.中國科學技術大學學報，1997，27（1）