相变贮能新风机组运行经济分析

1、相变贮能新风机组运行经济分析    摘要： 阐述了该机组的结构与特点，提出了一种综合考虑相变材料利用率、空气处理效果满意率和运行费用节省率来确定系统最佳蓄冷量和运行方案的 方法 ；通过 经济 分析 提出了临界附加初投资的概念，可作为是否应该投资的判据；作为算例，对该机组的经济性及其在北京地区的运用效果作了全年模拟分析。 关键词： 相变贮能新风机组 经济分析 临界附加初投资 最佳蓄冷量 Abstract Explains its structure and features, presents a method for determining the op

2、timum thermal storage and operation programmes on a trade-off basis between usage of the phase change material, effects of air handling and the savings in operation costs; Following an economic analyssis, defines a concept of critical additional initial investment as a measure of the units' prof

3、itability; And provides and annual simulation of the economics and effects when used in BEijing area. Keywords ： fresh air handling unit with phase change material，economic analysis，critical additional initial investment，optimum thermal storage   1 引言 针对我国长年来电力消费和供应的突出矛盾，国家已制定政策，以经济手段推动电力"

4、削峰填谷"的完成，蓄冷空调是其中一项最主要的技术措施。 目前 ，蓄冰空调技术日趋完善，但由于冰的凝因点低，需要制冷机提供-3-7的温度，这样一般将使制冷机成本增加25%30% 1 。而利用高温相变材料（融点高于0）蓄冷，制冷机提供7的的水温即可，可以提高制冷机的效率（COP）。本文介绍的相变贮能新风机组是一种新型高温相变蓄冷空系统。 作为一种贮能型空调装备，其蓄冷量和运行方案的选择很关键。文中提出了一种综合考虑相变材料利用率、空气处理效果满意率和运行费用节省率来确定系统最佳蓄冷量和运行方案的方法，根据逐时的室外气象参数对系统进行了运行经济分析，并提出临界附加初投资的概念，可作为消费厂

5、商的投资判据。 2 系统简介 与常规的新风机组相比，相变贮能新风机组的不同之处是用相变贮能换热器取代了表冷器，如图1所示。它的工作方式与蓄冰空不尽相同，在蓄冰空调中，由制冷机提供冷量蓄冰，冰贮存的冷量先传递给水，再由水传递给空气。而在本系统中，制冷机提供的冷量先传递给水，再由水传递给相变材料，然后用相变材料冷却空气。 图1 相变贮能新风机组系统表示图 可看出，这种机组主要有如下优点： 常规空调系统中白天制冷机需同时承担新风和房间的负荷，采用本文中的系统后白天制冷机只承担房间负荷（当采用部分蓄冷方式时也要承担部分新风负荷），晚上只承担相变贮能换热器的蓄冷负荷，因此这种系统能有效降低机组的容量，同

6、时能降低电力增容费。 这种机组在降低制冷机组容量的同时，制冷机白天和晚上都工作，从而使其运行效率得到提高。 因制冷机组主要利用夜间廉价电运行，故能大幅度降低机组运行费用。 与蓄冰空调相比，这种同组因利用高温相变材料蓄冷，制冷机提供较高水温（7）的冷冻水即可，故可提高制冷机效率，并可降低对制冷机的性能要求。此外，相变贮能新风机组不是在集中冷源处蓄冷而是在空气处理装备处蓄冷，所以可以省去蓄冰空调中需要的蓄冰槽、板式换热器、乙二醇泵及相关管道。并且，在过渡季节，夜间可进一步利用 自然 通风对相变材料蓄冷，进一步降低运行能耗。    3 经济性分析 31 概述作

7、为经济性分析，这里暂时只和常规新风机组比较，即求省去表冷器而采用贮能换热器后机组的投资回收年限。因为贮能式换热器作为一种尚待开发的新型装备，它的总成本（见下文初投资部分）尚不容易预测，因此本文提出另外一种经济性分析方法，即 计算 出厂n年内回收获本时允许的最大附加初投资，我们定义为临界附加初投资，以作为投资厂商的投资判据。 初投资 贮能式新风机组的初投资 M i = M i0 + M i1 - M i2 (1) 其中 M i0 为贮能换热器的总投资；M i1 为占地费及其它费用；M i2 为因削减电力高峰峰期用电量而节省的电力增容费及削减制冷机组容量而节省的制冷机组的成本。 常规新风机组的初投

8、资 M i 0 = M 0 i0 + M 0 i1 (2) 其中M 0 i0 为表冷器成本； M 0 i1 为占地费有其它费用。 运行费用 贮能式新风机组的运行费用 M r = M r0 + M r1 + M r2 （3） 其中M r0 为贮能式换热器夜间蓄冷时制冷机的电费（包括部分负荷工况时白天蓄冷负荷不足进制冷机的电费）；M r1 为水泵耗能的电费（包括部分负荷工况时白天水泵的运行费用）；M r2 为风机耗能的电费。 常规新风机组的运行费用 M r 0 = M 0 r0 + M 0 r1 + M 0 r2 (4) 其中M 0 r0 为制冷机的电费。 总投资 总投资是指机组运行n年，考虑货币

9、时效后运行费用和初投资的总和。该值可用现值表示，也可用终值表示。本文用现值表示，则 贮能式新风机组的总投资 （5） 常规新风机组的总投资 （6） 其中 ，为有效年利率；i 1 为年利率；i 2 为电价上涨率。 目标函数 若计划在n年内回收附加成本，则n年后，M=M 0 。 令M i = M i - M 0 i ，M r = M 0 r - M r ，则 (7) 相应n年回收期的临界附加初投资应为 （8） 这里M表示n年回收期内允许临界附加初投资，即采用相变贮能新风机组后在n年内回收获本，所允许附加装备比节省的电力增容费、制冷机组成本和表冷器成本之和多出的费用，从运行费用角度看，即n年内能节约的

10、运行费用的现值。 模型简化 为简化分析，作如下假设： ·忽略电价年上涨率，则i e =i 1 取年利率i 1 =5%，则i e =0.05 ·运行费用中，忽略本系统风机、水泵与常规新风机组中风机、水泵的耗能比较，即认为 （M r1 + M r2 ）- （M 0 r1 + M 0 r2 ）= 0 则 M r = M 0 r0 - M r0 经上述简化，式（8）则为 （9） 32 运行费用分析 一天气新风负荷（本文的新风负荷概念与传统概念不尽相同）可表示为 （10） 式中q为新风负荷，kJ；G为风量，m 3 /s；为空气密度，kg/ m 3 ；h为比焓kJ/kg。下标d表示一天

11、内，in表示进风，out表示排风，h，a，l分别表示电价的高峰期，平峰期和低谷期。 本文取q 1 =0即q d = q d + qa ，即不考虑机组在夜间电价低谷期对新风处理的情况。 当Q>q d 时，q ex = Q - q d ，q ex , h = Q - q h ，q sh , h = 0，q sh , a = 0； 当Q>q h 且Q < q d 时，q ex = 0，q ex , h = Q - q h> ，q sh , h = 0，q sh , a = q d - Q；    当Q h ，q ex = 0，q ex

12、, h = 0 ，q sh , h = q h - Q，q sh , a = q a ； 贮能机组运行费用： M r =（Q -q ex ）·P 1 + q sh , h ·P h + q sh , a ·P a /（3600·COP） （11） 常规机组运行费用： M 0 r =（q h ·P h + q a ·P a ）/（3600·COP） （12） 第j天节省的运行费用：y j = M 0 r - M r 一年中，节省的总运行费用为 以上各式中，Q为蓄冷量，kJ；P为电价，元/（kW·h）；COP为制冷系数

13、；y为每天节省的运行费用，元，下标ex表示过量，sh表示不足。 4 最佳蓄冷量与运行方案的选择 相变贮能新风机组在夜间电价低谷期蓄冷，白天对新风放冷，以降低机组的运行费用。对相变蓄冷新风机组进行经济分析，需要考虑机组每天的蓄冷量和运行方案，而它们之间是相互联系、相互 影响 的，需综合考虑。     当Q h ，q ex = 0，q ex , h = 0 ，q sh , h = q h - Q，q sh , a = q a ； 贮能机组运行费用： M r =（Q -q ex ）·P 1 + q sh , h ·P h + q sh , a ·P a /（3600·COP） （11） 常规机组运行费用： M 0 r =（q h ·P h + q a ·P a ）/（3600·COP） （12） 第j天节省的运行费用：y j = M