相變材料蓄冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)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(kāi)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(wú)需板式換熱器和專(zhuān)門(mén)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(lèi)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)間合計(jì)負(fù)荷KW3表2分時(shí)電價(jià)表電價(jià)分段高峰期低谷期時(shí)間8:00-21:0021:00—8:00電費(fèi)（元）0.650.17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42制冷機(jī)制冰工況時(shí)的COP值33制冷機(jī)制冰工況時(shí)的容量變動(dòng)系數(shù)k0.684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.12676.4091.3430.5324.47124.1319.57085.7246..0717.79119.28137.07冰蓄冷.66401.2099.4833.2631.9896.4124.77109.6347.6361..5423.99123.93147.92常規(guī)系統(tǒng)..0362.1933.2296.3430...6136.24165.54201.985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(kāi)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(wàn)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(kāi)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)1.胡明若，余國(guó)和，顧安忠.蓄冷率與冰蓄冷空調(diào)經(jīng)濟(jì)性諸因素的關(guān)系.上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)2002，24（2）2.嚴(yán)德隆，張維君.空調(diào)蓄冷應(yīng)用技術(shù).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997，53.何立群，葛新石，丁立行等.空調(diào)系統(tǒng)中冰蓄冷與高溫相變材料蓄冷的經(jīng)濟(jì)性比較.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，27（1）。