一、前言
厦门某多层办公楼在空调设计之初,鉴于厦门峰谷电价的优惠政策，一些蓄冷设备厂家向业主推荐蓄冰空调系统，设计院向业主提供的方案中也指出：如果合理地进行蓄冰空调系统的设计，可以带来运行上的经济实惠。
二、蓄冰空调的意义
在常规空调设计中，冷水主机及辅助设备均按尖峰负荷来选配，这不仅使空调系统的电力容量增大，而且使得主机等空调设备在绝大部分情况下均处于部分负荷状态运行，显得很不经济。相对而言，蓄冰空调可以减少冷水机组、水泵、冷却塔等的数量与装机容量，同时可以转移用电高峰，均衡电网峰谷负荷，充分利用电网谷荷廉价力，并通过电脑控制大大节约运行费用。
三、系统的一次投资及运行费用比较
由于蓄冰空调和常规空调在一次投资和运行费用方面存在差别，蓄冰空调是否适合本工程，本文就此对两种空调系统从初投资、运行费用、回收年限方面进行比较加以说明。本工程夏季空调最大冷负荷是2518kw，冬季无采暖要求。设计使用空调时间为9.5小时（8:00~17:30），设计日逐时负荷计算如图1所示：
方案1：选用双工况水冷螺杆机组、蓄冰钢盘管中央空调系统；
方案2：常规电制冷中央空调系统；
1厦门市分时电价政策（2002年）
单位：元/kwh
| 时 段 | 电 价 |
| 高峰时段（8:00~11:30,14:30~17:30,19:00~21:00） | 0.994 |
| 平峰时段 (7:00~8:00,11:30~14:30,17:30~19:00,21:00~23:00) | 0.68 |
| 低谷时段 (23:00~7:00) | 0.303 |
2 一次投资的比较
2.1 方案1：蓄冰空调
2.1.1 方案分析
蓄冰空调有两种运行策略，即主机优先和融冰优先。所谓主机优先就是在空调系统运行时，主机满负荷运行，冷量不足部分由融冰补足，其优点是：所需主机及蓄冰设备容量最小；但运行费用较融冰优先高。所谓融冰优先就是在空调系统运行时，蓄冰设备满负荷运行，冷量不足部分由主机补足，其优点是：更能利用低谷电价，运行费用最省；但所需主机及蓄冰设备容量较大。考虑到主机优先的初投资更低，所以本方案在设计之初采用主机优先的运行策略；但在实际运行过程中，由于多数时间内建筑物冷负荷都小于最大设计冷负荷，因此可根据实际所需冷负荷逐步减少主机开机台数，直至全量融冰运行策略。
2.1.2 机组选型
根据工程实际情况，本方案采用水冷双工况螺杆式机组配蓄冰钢盘管的形式，因为螺杆式冷水机组稳定性好，效率高；蓄冰钢盘管可用于低温送风，降低空调房间的相对湿度，提高了热舒适，空调品质好，同时也可以减少末端系统投资。
2.1.3 大楼采用主机上游串联形式的蓄冰空调系统，设计运行模式为主机优先（见图2）。
2.1.4 蓄冰空调方案配置及投资估价
经技术分析，本工程的蓄冰模式采用分量蓄冰模式，选用2台制冷量为880/610kw的双工况制冷机组用于供冷与制冰，制冰时间23：00~7：00，蓄冰量9140kwh，满足大楼的空调要求。该方案机房的设备配置与技术参数详见表1。
| 序号 | 名 称 | 型号规格 | 数量 | 功率 (kw) | 总功率(kw) | 单价 (万元) | 总价 (万元) | 备注 |
| 1 | 双工况制冷机组 | 880/610kw | 2 | 195/199 | 390/398 | 63 | 126 | 约克 |
| 2 | 冷却塔 | 200m3/h | 2 | 5.5 | 11 | 3.7 | 7.4 | 菱电 |
| 3 | 冷却水泵 | 200 m3/h，20m | 2 | 18.5 | 37 | 0.9 | 1.8 | 山东博山 |
| 4 | 乙二醇泵 | 163 m3/h，22m | 2 | 15 | 30 | 2.4 | 4.8 | 丹麦格兰富 |
| 5 | 冷冻水泵 | 200 m3/h，32m | 3 | 30 | 90 | 1.28 | 3.84 | 山东博山 |
| 6 | 板式换热器 | 1167kw | 3 |
|
| 11 | 33 | 阿法拉伐 |
| 7 | 蓄冰钢盘管 | 9140kwh | 13 |
| 8.2 | 106.6 |
| |
| 8 | 乙二醇(含防腐剂) | 25% | 21吨 |
|
| 0.75 | 15.7 |
|
| 9 | 控制系统 | PLC | 1套 |
|
| 43 | 43 | 西门子 |
| 10 | 工程费用 |
|
|
|
|
| 50 |
|
| 合 计 |
|
| 596 |
| 392 |
| ||
2.2 方案2：常规空调
序号 | 名 称 | 型号规格 | 数量 | 功率 (kw) | 总功率(kw) | 单价 (万元) | 总价 (万元) | 备注 |
1 | 水冷螺杆机组 | 1320kw | 2 | 246 | 492 | 106 | 212 | 约克 |
2 | 冷却塔 | 300m3/h | 2 | 11 | 22 | 11 | 22 | 菱电 |
3 | 冷却水泵 | 300 m3/h，20m | 2 | 37 | 74 | 1.8 | 3.6 | 山东博山 |
4 | 冷冻水泵 | 300 m3/h，32m | 2 | 45 | 90 | 1.92 | 3.84 | 山东博山 |
5 | 控制系统 |
| 1 |
|
| 30 | 30 | 西门子 |
6 | 工程费用 |
|
|
|
|
| 45 |
|
合 计 |
|
| 678 |
| 316 |
| ||
3 年运行费用计算
3.1 计算说明：
本大厦空调使用季节设计为四月下旬至十一月上旬之间，每月按22/23天计算。经逐日冷负荷计算统计,最大冷负荷（设计日）集中在七月下旬至九月上旬之间，按38天计算；六月至七月中旬、九月中旬至十月上旬，逐日冷负荷约为最大负荷的75%，按60天计算；四月下旬到五月末、十月中旬至十一月上旬逐日冷负荷约为最大冷负荷的40%，按52天计算。
3.2 蓄冰空调年运行费计算
3.2.1 运行策略
本工程的蓄冰系统按主机优先模式设计,在空调的大部分使用时间内按优化控制或全融冰供冷模式运行。
⑴设计日
结合空调逐时冷负荷分布及厦门市的电价政策，设计日白天蓄冰空调按两台主机和蓄冰盘管联合运行，运行方式及逐时冷负荷分布如图3所示，具体按以下4种工作模式运行：
a.双工况主机制冰模式（23:00~7:00）
这期间两台双工况主机全力制冰，至7:00时系统总制冰量达到9180kwh，制得的冰量储存在蓄冰装置中。
b.两台主机与蓄冰装置联合供冷模式（11:00~17:30）
这期间两台主机在空调制冷工况下运行，满足大楼一部分冷负荷的需求，其它的冷负荷由融冰满足。
c.一台主机与蓄冰装置联合供冷模式（8:00~9:00 10:00~11:00）
这期间大楼所有的空调冷负荷由一台主机和融冰提供，不需开启另一台主机。
d.单融冰供冷模式（9:00~10:00）
这期间大楼所有的空调冷负荷由融冰提供，不需开启主机。
⑵ 75%设计日冷负荷蓄冰空调运行方式如图4所示，具体按以下4种工作模式运行：
a. 双工况主机制冰模式（23:00~7:00）
这期间两台双工况主机全力制冰，至7:00时系统总制冰量达到9180kwh，制得的冰量储存在蓄冰装置中。
b. 两台主机与蓄冰装置联合供冷模式（11:00~14:00）
这期间两台主机满足大楼一部分冷负荷的需求，其它的冷负荷由融冰满足。
c. 一台主机与蓄冰装置联合供冷模式（14:00~15:00 16:00~17:30）
这期间大楼所有的空调冷负荷由一台主机和融冰提供，不需开启另一台主机。
d. 单融冰供冷模式（8:00~11:00）
这期间大楼所有的空调冷负荷由融冰提供，不需开启主机。
⑶ 40%设计日冷负荷蓄冰空调运行方式如图5所示，具体按以下2种工作模式运行：
a.双工况主机制冰模式（23:00~7:00）
这期间两台双工况主机全力制冰，至7:00时系统总制冰量达到9180kwh，制得的冰量储存在蓄冰装置中。
b.融冰供冷模式（8:00~17:30）
这期间大楼所有的空调冷负荷由融冰提供，不需开启主机。
3.2.2 蓄冰空调系统运行费
⑴ 设计日蓄冰空调系统运行费（见表3）
| 100%负荷能耗 | 双工况机组(kw) | 乙二醇泵(kw) | 冷冻水泵(kw) | 冷却水泵(kw) | 冷却塔(kw) | 小时能耗(kw) | 小时电费(元) |
| 23:00~0:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 23:00~1:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 1:00~2:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 2:00~3:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 3:00~4:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 4:00~5:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 5:00~6:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 6:00~7:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 7:00~8:00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8:00~9:00 | 195 | 15 | 60 | 18.5 | 5.5 | 294 | 292 |
| 9:00~10:00 | 0 | 30 | 60 | 0 | 0 | 90 | 89 |
| 10:00~11:00 | 195 | 30 | 90 | 18.5 | 5.5 | 294 | 292 |
| 11:00~12:00 | 390 | 30 | 90 | 37 | 11 | 558 | 379 |
| 12:00~13:00 | 390 | 30 | 90 | 37 | 11 | 558 | 379 |
| 13:00~14:00 | 390 | 30 | 90 | 37 | 11 | 558 | 379 |
| 14:00~15:00 | 390 | 30 | 90 | 37 | 11 | 558 | 555 |
| 15:00~16:00 | 390 | 30 | 90 | 37 | 11 | 558 | 555 |
| 16:00~17:00 | 390 | 30 | 90 | 37 | 11 | 558 | 555 |
| 17:00~17:30 | 390 | 30 | 90 | 37 | 11 | 279 | 277 |
| 合计 | | | | | | 8113 | 4904 |
⑵ 75%设计日蓄冰空调系统运行费（见表4）
表4 75%设计日负荷系统运行能耗表| 75%负荷能耗 | 双工况机组(kw) | 乙二醇泵(kw) | 冷冻水泵(kw) | 冷却水泵(kw) | 冷却塔(kw) | 小时能耗(kw) | 小时电费(元) |
| 23:00~0:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 23:00~1:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 1:00~2:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 2:00~3:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 3:00~4:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 4:00~5:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 5:00~6:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 6:00~7:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 7:00~8:00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8:00~9:00 | 0 | 30 | 60 | 0 | 0 | 90 | 89 |
| 9:00~10:00 | 0 | 30 | 60 | 0 | 0 | 90 | 89 |
| 10:00~11:00 | 0 | 30 | 60 | 0 | 0 | 90 | 89 |
| 11:00~12:00 | 390 | 30 | 60 | 37 | 11 | 527 | 358 |
| 12:00~13:00 | 390 | 30 | 60 | 37 | 11 | 527 | 358 |
| 13:00~14:00 | 390 | 30 | 60 | 37 | 11 | 527 | 358 |
| 14:00~15:00 | 195 | 30 | 60 | 18.5 | 5.5 | 309 | 307 |
| 15:00~16:00 | 0 | 30 | 60 | 0 | 0 | 90 | 89 |
| 16:00~17:00 | 195 | 30 | 60 | 18.5 | 5.5 | 309 | 307 |
| 17:00~17:30 | 195 | 30 | 60 | 18.5 | 5.5 | 162 | 161 |
| 合计 | | | | | | 6529 | 3357 |
⑶ 40%设计日蓄冰空调系统运行费（见表5）
| 40%负荷能耗 | 双工况机组(kw) | 乙二醇泵(kw) | 冷冻水泵(kw) | 冷却水泵(kw) | 冷却塔(kw) | 小时能耗(kw) | 小时电费(元) |
| 23:00~0:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 23:00~1:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 1:00~2:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 2:00~3:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 3:00~4:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 4:00~5:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 5:00~6:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 6:00~7:00 | 398 | 30 | 0 | 37 | 11 | 476 | 144 |
| 7:00~8:00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8:00~9:00 | 0 | 15 | 30 | 0 | 0 | 45 | 45 |
| 9:00~10:00 | 0 | 15 | 30 | 0 | 0 | 45 | 45 |
| 10:00~11:00 | 0 | 15 | 30 | 0 | 0 | 45 | 45 |
| 11:00~12:00 | 0 | 15 | 30 | 0 | 0 | 45 | 31 |
| 12:00~13:00 | 0 | 15 | 30 | 0 | 0 | 45 | 31 |
| 13:00~14:00 | 0 | 15 | 30 | 0 | 0 | 45 | 31 |
| 14:00~15:00 | 0 | 15 | 30 | 0 | 0 | 45 | 45 |
| 15:00~16:00 | 0 | 15 | 30 | 0 | 0 | 45 | 45 |
| 16:00~17:00 | 0 | 15 | 30 | 0 | 0 | 45 | 45 |
| 17:00~17:30 | 0 | 15 | 30 | 0 | 0 | 22.5 | 22 |
| 合计 | | | | | | 4236 | 1537 |
3.3 小结：
．蓄冰空调系统年运行费用为：4904×38+3357×60+1537×52=46.8万元/年
．常规空调系统年运行费用
运行说明：由于常规电制冷空调主机为多机头，其控制范围在0-40%-75%-100%之间，故此系统可按如下公式计算常规电制冷空调系统运行费用：
(492×1.00+22+74+90)×（6×0.994+3.5×0.68）×38+(492×0.75+22+74+90)×（6×0.994+3.5×0.68）×60+(246×1.00+11+37+45)×（6×0.994+3.5×0.68）×52=64万元/年
3.4 回收期计算
| 内 容 | a常规空调 | b蓄冰空调 | 偏差 | ||
| 尖峰冷负荷kw | 2518 | 2518 | 0 | ||
| 空调主机容量kw | 2637 | 1760 | -30% | ||
| 空调机房设备用电功率kw | 678 | 596 | -12% | ||
| 空调机房设备配电容量kVA | 810 | 710 | -12% | ||
| 一 次 投 资 | 1.空调主机（万元） | 316 | 392 |
| |
| 2.空调末端费用（万元） | 190 | 190 |
| ||
| 3.空调主机增容费（万元） | 18.2 | 0 |
| ||
| 4.空调主机配电设施费（万元） | 52.7 | 46.2 | -12% | ||
| 5.合计 | 577 | 628 | 12% | ||
| 运行费 | 6.年供冷运行费（万元） | 64 | 46.8 | -27% | |
| 回收期（年） |
| 3 |
| ||
注： 1.电力帖费取：225元/kVA，蓄冰空调免征；
2.配电设施费：650元/kVA；
3.蓄冰空调回收年限公式：（b5-a5）/(a6-b6)
由以上可知，蓄冰中央空调方案虽然在机房采用了较多的设备，机房系统投资较常规空调系统略高，但是运行费用较常规空调系统低约27%，且空调品质较常规空调系统好。
四、结论
结合以上，由于本工程大部分为自用办公楼，小部分用于出租，考虑到一次投资的回收年限一般认为在5年内是可行的，最终选择蓄冰空调方案。
