前言

    我國的電力工業(yè)發(fā)展很快，96年發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到世界第2位，到97年底全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)2.5億千瓦，2004年裝機(jī)容量達(dá)到4.4億千瓦，預(yù)計2005年要突破5億千瓦，僅比美國裝機(jī)容量少3億千瓦左右。但是，盡管如此，我國的電力供應(yīng)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(shè)備投資的浪費(fèi)，使國家經(jīng)濟(jì)遭受損失，如1997年每千瓦裝機(jī)容量所產(chǎn)生的國民經(jīng)濟(jì)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(shè)節(jié)約型社會的要求不相符合。如果采用需求側(cè)調(diào)控的方法，如空調(diào)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(fù)荷為1668.2萬千瓦，而同日的最低用電負(fù)荷為1050萬千瓦，其中空調(diào)用電約占45%，同使用常規(guī)空調(diào)相比，冰蓄冷空調(diào)有25%左右的移峰能力，理論上可轉(zhuǎn)移11%的高峰負(fù)荷到低谷?？梢姶罅Πl(fā)展冰蓄冷空調(diào)前景廣闊。

    但是冰蓄冷空調(diào)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(yīng)有的“移峰填谷”作用。為何既節(jié)能又環(huán)保的冰蓄冷空調(diào)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(jì)性不佳。

    - 設(shè)計選型復(fù)雜、設(shè)計工作量大、各部件匹配優(yōu)化難。

    - 供貨商眾多，安裝調(diào)試周期長，系統(tǒng)施工質(zhì)量難以控制。

    - 運(yùn)行操作使用困難。

    - 維護(hù)成本高。

    以上因素阻礙了冰蓄冷空調(diào)在我國的發(fā)展。本文將探討相關(guān)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(diào)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(diào)系統(tǒng)的主要原則之一就是經(jīng)濟(jì)性，包括初投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。國內(nèi)外大量的工程實踐表明，單純的冰蓄冷加常規(guī)空調(diào)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(diào)系統(tǒng)設(shè)備的初投資比常規(guī)設(shè)備高20%以上，單單依靠目前電力峰谷電價差所獲得的運(yùn)行節(jié)約費(fèi)用，其實際償還年限一般需7—12年，甚至達(dá)到19年，這就是制約我國冰蓄冷空調(diào)產(chǎn)品發(fā)展的主要原因。為此，設(shè)計院、設(shè)備制造廠、安裝公司、電力部門應(yīng)全力配合，從設(shè)計、設(shè)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(diào)水系統(tǒng)的供回水溫度為7-12℃，冷水機(jī)組一般也按此設(shè)計，冰蓄冷空調(diào)在融冰與主機(jī)聯(lián)合供冷時，載冷劑側(cè)的溫差要大于5℃，達(dá)到7-8℃。若將空調(diào)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(yīng)的水泵電耗，水系統(tǒng)和空氣端設(shè)備的總成本可降低5%左右。若再將空調(diào)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(guān)成本2-3%。

    1.2 采用大溫差低溫送風(fēng)方式。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)從空氣處理機(jī)送出來的空氣溫度為16℃~18℃左右，而低溫送風(fēng)系統(tǒng)的上述空氣溫度為7~12℃。低溫送風(fēng)一方面可減小空氣處理機(jī)、風(fēng)機(jī)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(fēng)初投資可減小很多，如當(dāng)送風(fēng)溫度為7℃時，風(fēng)管尺寸減少30%~36%，空氣處理機(jī)尺寸減少20%~30%，風(fēng)機(jī)功率減少30%~40%。當(dāng)對現(xiàn)有建筑的常規(guī)送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造時，如改為低溫送風(fēng)，則其供冷能力可大大提高。由計算得知：低溫送風(fēng)與常規(guī)送風(fēng)相比，空調(diào)水系統(tǒng)與風(fēng)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(yùn)行費(fèi)可降低18%~ 28%。此外，由于低溫送風(fēng)風(fēng)管比常規(guī)送風(fēng)風(fēng)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(fēng)所需安裝風(fēng)管的房間頂部空間至少可以降低85~180mm，建筑工程造價相應(yīng)可減少3.76%~13.6%。同時，風(fēng)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(yīng)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(fēng)相對濕度一般為33%~38%，室內(nèi)空氣品質(zhì)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(jī)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(yīng)用，甚至已在設(shè)計手冊中作了專門說明，但國內(nèi)目前還很少使用。

    1.4 大力使用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)設(shè)備。據(jù)調(diào)查，在國內(nèi)目前已建成的一些項目中，冰蓄冷空調(diào)的冷水機(jī)和蓄冰槽(盤管、球)大都采用進(jìn)口設(shè)備，而這些進(jìn)口設(shè)備價格必然偏高。其實，對于冷水機(jī)組，國際許多著名企業(yè)早已在中國設(shè)立了生產(chǎn)基地，其制造產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)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(zhì)量要求極高的歐洲），因此，各設(shè)計單位和業(yè)主應(yīng)放心使用國內(nèi)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(nèi)廠家的選材質(zhì)量和安全余量要求并不比國外低，該相應(yīng)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(zhì)設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計、安裝、服務(wù)、零配件供應(yīng)、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(jìn)口設(shè)備出現(xiàn)問題無法及時維修掉換而造成工期延誤、經(jīng)濟(jì)受損的實例。

    1.5 實行積極的電力補(bǔ)貼政策。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)具有移峰填谷、均衡用電負(fù)荷、提高電力建設(shè)投資效益等優(yōu)點(diǎn)，能減少電廠和輸配電設(shè)備的建設(shè)、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(shè)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(guān)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(bǔ)助的措施，如福建規(guī)定2004年新建的冰蓄冷空調(diào)每千伏安補(bǔ)貼200元，2005年新建的每千伏安補(bǔ)貼100元；2004年用冰蓄冷技術(shù)改造原有空調(diào)的每千伏安補(bǔ)貼500元，2005年進(jìn)行改造的每千伏安補(bǔ)貼300元；2006年（以后）新建或改造的將不予以補(bǔ)貼。這些臨時措施應(yīng)制度化，建議政府、電力部門、相關(guān)設(shè)備制造商應(yīng)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(yīng)從實際或潛在獲利中拿出部分返還業(yè)主和設(shè)備制造商，比如可考慮借鑒燃?xì)饪照{(diào)的補(bǔ)貼制度：上海在2004年實行了燃?xì)饪照{(diào)的補(bǔ)貼制度，規(guī)定在2004－2007年內(nèi)，對納入上海市燃?xì)饪照{(diào)推進(jìn)計劃的燃?xì)饪照{(diào)，由市政府給予100元/千瓦制冷量的設(shè)備補(bǔ)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(shè)備廠商每轉(zhuǎn)移1千瓦高峰電200-300美元的電力補(bǔ)貼。若政府及電力部門能對冰蓄冷空調(diào)采用類似于上述燃?xì)饪照{(diào)的政策，相當(dāng)于每轉(zhuǎn)移1千瓦高峰用電補(bǔ)貼1600元，基本接近美國和日本等廣泛使用冰蓄冷空調(diào)國家的補(bǔ)貼水平，則可降低蓄冷空調(diào)初投資8-10%，大幅度縮短冰蓄冷空調(diào)的投資回收期。

    2 發(fā)展系統(tǒng)產(chǎn)品降低設(shè)計安裝復(fù)雜性

冰蓄冷空調(diào)設(shè)計和常規(guī)空調(diào)相比，其設(shè)計選型復(fù)雜性大大提高、安裝施工難度大，故有設(shè)計施工能力的安裝公司極少，工程質(zhì)量較難控制，詳見表1，這也是制約我國冰蓄冷空調(diào)發(fā)展的重要原因。

表1 常規(guī)空調(diào)與冰蓄冷空調(diào)設(shè)計安裝比較

    若制造公司能夠提供一種類似常規(guī)空調(diào)的系統(tǒng)冰蓄冷產(chǎn)品，使得設(shè)計師、安裝公司、業(yè)主不再對冰蓄冷空調(diào)望而生畏，將會有力推動蓄冷空調(diào)事業(yè)的發(fā)展。

    最近，文獻(xiàn)[1]報道了一種系統(tǒng)的冰蓄冷空調(diào)產(chǎn)品。該系統(tǒng)產(chǎn)品由冰蓄冷主機(jī)、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(jié)合了多項先進(jìn)技術(shù)：

    冰蓄冷系統(tǒng)產(chǎn)品主機(jī)形式多樣，包括風(fēng)冷蓄冷產(chǎn)品和水冷蓄冷產(chǎn)品，壓縮機(jī)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(fēng)冷主機(jī)，其它地區(qū)可選用水冷主機(jī)。水冷產(chǎn)品中螺桿機(jī)效率較高，可優(yōu)先選用。對于風(fēng)冷、熱回收、水源熱泵型等壓縮比大的應(yīng)用場合，活塞機(jī)、渦旋機(jī)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(jī)的主機(jī)，由于其部分負(fù)荷性能好、備機(jī)功能強(qiáng)，同等條件下應(yīng)優(yōu)先考慮。

    如圖1，冷水機(jī)組布置在蓄冰槽下游，標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)水進(jìn)出水溫度為15-5℃，調(diào)節(jié)方便，穩(wěn)定，蓄冰槽的融冰釋冷速度快。這樣，設(shè)計師只需直接按照10℃大溫差空調(diào)水來設(shè)計系統(tǒng)即可，不必再花費(fèi)精力和時間研究如何制取10℃大溫差空調(diào)水。

    帶有蓄能量測量裝置和嚴(yán)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(nèi)部安裝工作。

    水力控制模塊包括載冷劑泵、冷卻水泵、空調(diào)水泵、板式換熱器、閉式膨脹水箱、過濾器、電動調(diào)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(yùn)行模式的水力平衡設(shè)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(jié)合，以進(jìn)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(fù)雜機(jī)房設(shè)計和現(xiàn)場裝配工作，質(zhì)量可靠、運(yùn)行性能佳、使用方便放心。與同類產(chǎn)品比較可顯著降低設(shè)計、交貨、安裝、調(diào)試時間，見圖2。這樣，對于機(jī)房設(shè)計，冰蓄冷產(chǎn)品的設(shè)計工作量與常規(guī)空調(diào)產(chǎn)品相當(dāng)，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(diǎn)

    3 開發(fā)先進(jìn)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)

    常規(guī)空調(diào)的運(yùn)行模式單一，只要控制主機(jī)的出力和冷水溫度即可；而冰蓄冷空調(diào)運(yùn)行模式多樣：有夜間蓄冷、白天主機(jī)單獨(dú)供冷、蓄冰槽單獨(dú)供冷、主機(jī)和蓄冰槽聯(lián)合供冷等。除主機(jī)外還要控制蓄冰槽的工作，以及主機(jī)和蓄冰槽出力分配和優(yōu)化運(yùn)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(jī)房操作人員手動設(shè)置運(yùn)行模式。依靠工人技術(shù)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(diào)建成后蓄冷功能基本不用，有的冰蓄冷空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用大大高出預(yù)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(diào)工程多采用PLC結(jié)合上位機(jī)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(diào)全自動運(yùn)行，但成本高、還不能按建筑負(fù)荷的需求自動尋求最經(jīng)濟(jì)有效的工作方式。

    新型的冰蓄冷空調(diào)控制系統(tǒng)應(yīng)包括：

    - 簡單、直接、精確的蓄冰量測量裝置。蓄冰量測量的準(zhǔn)確與否直接影響到能否保證室內(nèi)空調(diào)參數(shù)的穩(wěn)定。

    - 根據(jù)外界氣候條件變化或空調(diào)水溫變化的情況自動判斷和預(yù)測最佳工作模式和最佳空調(diào)水工作溫度，即先進(jìn)的自適應(yīng)控制邏輯。如部分蓄冷系統(tǒng)的控制策略有主機(jī)優(yōu)先和融冰優(yōu)先兩種控制策略。主機(jī)優(yōu)先是指在需要用冷時，首先制冷主機(jī)運(yùn)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(jī)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(yùn)行費(fèi)用。應(yīng)能夠根據(jù)氣候、電力政策自動確定最佳控制策略。自適應(yīng)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(yùn)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(shè)計選型軟件和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品參數(shù)

    4.1 逐時負(fù)荷分布圖。建筑物的負(fù)荷計算是空調(diào)設(shè)計的依據(jù)。對于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，制冷設(shè)備的裝機(jī)容量一般只需根據(jù)建筑物設(shè)計日的最大小時負(fù)荷來確定；而在冰蓄冷空調(diào)設(shè)計中，需采用專門的建筑負(fù)荷設(shè)計軟件，設(shè)計師按照當(dāng)?shù)刂饡r氣象參數(shù)與建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、建筑物內(nèi)居住、照明產(chǎn)熱設(shè)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(diào)負(fù)荷，從而確定系統(tǒng)的設(shè)備容量。目前市場上主要的設(shè)備制造商都具備有關(guān)建筑負(fù)荷設(shè)計計算軟件，在具體項目中可協(xié)助設(shè)計院進(jìn)行建筑負(fù)荷計算。

    4.2 簡化冰蓄冷主機(jī)選型和蓄冷模式的經(jīng)濟(jì)分析方法。傳統(tǒng)的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，由于其制冷機(jī)和蓄冷設(shè)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(fù)荷，而是需要結(jié)合所選蓄冷系統(tǒng)形式、運(yùn)行與控制模式、當(dāng)?shù)仉妰r結(jié)構(gòu)及蓄冷裝置的蓄、放冷特性曲線等諸多因素進(jìn)行綜合考慮。相比之下，文獻(xiàn)[1]報道的系統(tǒng)冰蓄冷產(chǎn)品已經(jīng)將設(shè)備匹配和設(shè)計等優(yōu)化為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制模式，融冰性能完全滿足要求，在確定建筑物逐時負(fù)荷后可方便地開展主機(jī)、蓄能槽、水力控制模塊選型，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。

    4.3 廠家提供系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)。常規(guī)空調(diào)的產(chǎn)品參數(shù)在廠家樣本中一般都很完整，冰蓄冷空調(diào)也應(yīng)該象常規(guī)空調(diào)一樣能夠提供完整的系統(tǒng)參數(shù)，以方便設(shè)計師選型計算。如有需要的話，設(shè)備制造商還應(yīng)能夠針對具體項目、利用系統(tǒng)性能計算軟件提供系統(tǒng)的冰蓄冷性能參數(shù)。

    4.4 完整的系統(tǒng)操作運(yùn)行維護(hù)手冊。在傳統(tǒng)的冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)中，各分散的零部件供應(yīng)商只負(fù)責(zé)提供部件技術(shù)資料，而由安裝公司負(fù)責(zé)施工，但由于缺乏系統(tǒng)性操作運(yùn)行維護(hù)手冊，給操作者帶來很大的不便。應(yīng)有完整的系統(tǒng)操作運(yùn)行維護(hù)手冊，以培訓(xùn)操作人員，同時供日常使用參考。

    5 結(jié)論

    采取多種途徑降低初投資，努力發(fā)展系統(tǒng)的冰蓄冷空調(diào)產(chǎn)品以改善設(shè)計、安裝、運(yùn)行、維護(hù)的復(fù)雜程度，開發(fā)自適應(yīng)控制系統(tǒng)以進(jìn)一步降低運(yùn)行費(fèi)用，提高操作簡便性，建立標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計選型軟件，提供標(biāo)準(zhǔn)的冰蓄冷產(chǎn)品參數(shù)和技術(shù)資料，將會有力地改變冰蓄冷空調(diào)在我國發(fā)展緩慢的現(xiàn)狀。

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