導(dǎo)語：材料蓄冷經(jīng)濟(jì)性管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，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(duì)一種新型相變材料在蓄冷空調(diào)中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究，并與冰蓄冷系統(tǒng)和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了比較。分析結(jié)果表明：相變材料蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)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(diào)技術(shù)將有著廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：相變材料蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

1前言

冰蓄冷系統(tǒng)具有技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但需配置雙工況機(jī)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(shè)計(jì)和控制難度。同時(shí)，冰蓄冷系統(tǒng)制冰充冷時(shí)由于蒸發(fā)溫度比常規(guī)空調(diào)低8-10℃，冷機(jī)效率下降率達(dá)30%左右，是一種節(jié)費(fèi)不節(jié)能的空調(diào)方式。相變材料式蓄冷系統(tǒng)則可直接利用常規(guī)主機(jī)，較大程度地提高制冷機(jī)的COP值。由于目前已開發(fā)出的可用于蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的相變材料尚較少，價(jià)格也相對(duì)較貴，因而進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析是相變材料蓄冷技術(shù)推廣應(yīng)用的前提。

2經(jīng)濟(jì)性分析模型的簡(jiǎn)化

本文采用的蓄冷介質(zhì)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(shè)：

（1）對(duì)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(rèn)為空氣處理部分設(shè)備費(fèi)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(yīng)用較為廣泛的冰球式系統(tǒng)，采用串聯(lián)、主機(jī)優(yōu)先的形式。

（3）相變材料蓄冷系統(tǒng)擬采用串聯(lián)、主機(jī)下游的形式。

（4）下標(biāo)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(jì)性分析數(shù)學(xué)模型

3.1蓄冷系統(tǒng)主機(jī)容量的確定

當(dāng)白天空調(diào)用制冷機(jī)容量恰好等于晚間蓄冷用制冷機(jī)容量,這時(shí)制冷機(jī)容量最小[1]。此時(shí)設(shè)蓄冷率。即

（1）

當(dāng)和時(shí)，制冷機(jī)容量分別按（2）和（3）式進(jìn)行計(jì)算。

（2）（3）

式中:——制冷機(jī)組容量,；——設(shè)計(jì)日總冷負(fù)荷,

——制冷機(jī)的空調(diào)運(yùn)行時(shí)間,h；——制冷機(jī)的充冷運(yùn)行時(shí)間,h

——制冰機(jī)組容量變動(dòng)系數(shù)

3.2系統(tǒng)初投資

系統(tǒng)初投資由系統(tǒng)設(shè)備本身的費(fèi)用、機(jī)房設(shè)備場(chǎng)地建筑物費(fèi)用和電貼費(fèi)（很多地區(qū)已取消電力增容費(fèi)，故在此僅考慮電貼費(fèi)）組成，即

（4）

——系統(tǒng)設(shè)備本身的費(fèi)用；——電貼費(fèi)

——建筑物投資較常規(guī)系統(tǒng)的增加費(fèi)用（機(jī)房設(shè)備場(chǎng)地）

3.2.1設(shè)備費(fèi)用的確定

設(shè)備費(fèi)用按設(shè)備容量進(jìn)行估算，即用各設(shè)備容量乘以相應(yīng)的估算指標(biāo)[2]，并計(jì)入設(shè)備運(yùn)雜費(fèi)和安裝調(diào)試費(fèi)。蓄冷系統(tǒng)設(shè)備總費(fèi)用為：

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

——制冷機(jī)初投資；——蓄冷設(shè)備費(fèi)用

——泵投資費(fèi)用；——冷卻塔費(fèi)用

——溶液及冷凍水管道費(fèi)用；——冷卻水管道費(fèi)用

——自控系統(tǒng)費(fèi)用；——電力設(shè)備費(fèi)用

——板式熱交換器費(fèi)用

對(duì)于冰蓄冷系統(tǒng)

+（6）

——負(fù)荷泵費(fèi)用；——制冷并充釋冷綜合泵費(fèi)用；——冷卻水泵費(fèi)用

對(duì)于高溫相變材料蓄冷系統(tǒng)，無需板式換熱器和專門的負(fù)荷泵，但由于目前適用于空調(diào)系統(tǒng)的相變材料還較少，因而蓄冷介質(zhì)費(fèi)用高于冰蓄冷系統(tǒng)。蓄冷介質(zhì)根據(jù)市場(chǎng)價(jià)按7000元/噸計(jì)，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(shè)備的造價(jià)按100元/kW.h計(jì)算。此時(shí)=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(yīng)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(fèi)用

（7）

——蓄冷負(fù)荷，；——單位面積建筑造價(jià)元/m2(擬取3000元/)

——單位蓄冷量增加設(shè)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(shè)備房建筑物投資費(fèi)用相應(yīng)增加。

3.2.3電貼費(fèi)

(8)

——系統(tǒng)配電容量，；——每千瓦裝機(jī)容量電貼費(fèi)

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(shè)計(jì)日最大負(fù)荷；——單位配電容量電力報(bào)裝費(fèi)用,元/

、、---系統(tǒng)、主機(jī)、輔機(jī)性能系數(shù)

3.3運(yùn)行費(fèi)用

三類系統(tǒng)中認(rèn)為運(yùn)行管理費(fèi)用相同。年運(yùn)行費(fèi)用為

=++（12）

3.3.1年基本電費(fèi)

年基本電費(fèi)一般按系統(tǒng)配電容量計(jì)

=（13）

——基本電價(jià),元/(·月)

3.3.2年運(yùn)行電費(fèi)

常規(guī)系統(tǒng)年運(yùn)行電費(fèi)：

(14)

——峰、平、谷時(shí)段電價(jià),元/；——年供冷天數(shù)

——分別為三段用電量

冰蓄冷系統(tǒng)年運(yùn)行電費(fèi)：

(15)

，——系統(tǒng)直供和充冷時(shí)的值（包括輔機(jī)）

對(duì)于相變材料蓄冷系統(tǒng),認(rèn)為系統(tǒng)直供和充冷時(shí)的值相等，則年運(yùn)行電費(fèi)為：

（16）

3.4經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

冰蓄冷系統(tǒng)和相變材料蓄冷系統(tǒng)相對(duì)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(shí)例

以某辦公綜合大樓為例，逐時(shí)負(fù)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(jìn)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(jià)低谷時(shí)段。。電價(jià)結(jié)構(gòu)如表2，基本計(jì)算參數(shù)如表3。

表1大樓逐時(shí)負(fù)荷分布時(shí)間

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

合計(jì)

負(fù)荷KW

2710

3669

5190

5550

5947

6268

6386

6644

6358

5641

54363

表2分時(shí)電價(jià)表電價(jià)分段

高峰期

低谷期

時(shí)間

8:00-21:00

21:00—8:00

電費(fèi)（元）

0.65

0.17

表3有關(guān)計(jì)算參數(shù)序號(hào)

項(xiàng)目

參數(shù)值

1

制冷機(jī)空調(diào)工況時(shí)的COP值

4

2

制冷機(jī)制冰工況時(shí)的COP值

3

3

制冷機(jī)制冰工況時(shí)的容量變動(dòng)系數(shù)k

0.68

4

基本電價(jià)

13（元/月.KW）

5

電貼費(fèi)

400（元/KVA）

6

供冷天數(shù)

150（天）

7

主機(jī)直供時(shí)間

10（小時(shí)）

8

夜間蓄冷時(shí)間

9（小時(shí)）

表4不同系統(tǒng)的初投資及運(yùn)行費(fèi)用比較系

統(tǒng)

主機(jī)容量

主機(jī)

費(fèi)用

蓄冷設(shè)備費(fèi)用

供電設(shè)備費(fèi)用

冷卻塔費(fèi)用

自控系統(tǒng)費(fèi)用

管道

全

套

泵

換

熱

器

建筑

增加

費(fèi)用

電

貼

費(fèi)

系統(tǒng)

總初

投資

年基本電費(fèi)

年運(yùn)行電費(fèi)

年運(yùn)行總費(fèi)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(jié)果與討論

從主要設(shè)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(shù)目前還處于實(shí)驗(yàn)和研究階段，蓄冷介質(zhì)費(fèi)用相對(duì)較高所致。其次，由于目前已研制和開發(fā)出的用于空調(diào)系統(tǒng)的蓄冷介質(zhì)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(shè)備房的建筑費(fèi)用相應(yīng)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(duì)運(yùn)行費(fèi)用的分析可以看出，高溫相變材料蓄冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)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(yùn)行費(fèi)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(yùn)行費(fèi)用節(jié)約率為32.1%萬元，靜態(tài)投資回收期為5.3年。

6結(jié)論

從以上分析可以看出，盡管在目前的經(jīng)濟(jì)條件下，對(duì)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(xiàng)目中，由于可直接利用原有主機(jī)，因此具有較大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于充冷期間蒸發(fā)溫度同常規(guī)系統(tǒng)，因而主機(jī)和系統(tǒng)運(yùn)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(jì)和環(huán)保效益。隨著新型相變材料的進(jìn)一步開發(fā)和高溫蓄冷技術(shù)的進(jìn)一步完善，在解決好蓄冷介質(zhì)穩(wěn)定性并批量生產(chǎn)的前提下，其市場(chǎng)價(jià)格將大幅度降低，系統(tǒng)初投資也將相應(yīng)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(jiǎn)單、節(jié)費(fèi)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)而有著廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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