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做座相变贮能新风机组运行经济分析下

发布时间:2021-10-15 09:23:17 阅读: 来源:纸罐厂家
做座相变贮能新风机组运行经济分析下

相变贮能新风机组运行经济分析(下)

3.2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,m3/s; 为空气密度,kg/ m3;h为比焓kJ/kg。下标d表示一天内,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q1=0即qd= qd + 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 qd时,q ex= Q - q d,q ex , h= Q - q h,q sh , h= 0,q sh , a= 0;

当Q qh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Qh,qex= 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) P1 + q sh , h P h + q sh , a P a ]/(3600 COP)(11)

常规机组运行费用:

M0r =(qh P h + q a P a)”/(3600 COP)(12)

第j天节省的运行费用:yj= M0r - M r

一年中,节省的总运行费用为

以上各式使之成为强劲的增长点中,Q为蓄冷量,kJ;P为电价,元/(kW h);COP为制冷系数;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。

4.1运行方案的选择

运行方案是否合理,是影响贮能新风机组经济性和运行效果的重要因素。贮能空调系统的运行一般分两种:全负荷贮能和部分负荷贮能。全负荷贮能方式虽然运行费用低,但设备投资高,并且贮能装置占地面积大;部分负荷贮能方式全天所需冷量部分由制冷面提供,所需制冷机容量和贮能系统的容量均较小,但节省的运行费用相对全负荷方式要少。根据图2电价情况,本文采用下述运行方案:①保证被处理空气的出口温度为24℃;②对全负荷贮能方式,夜间蓄冷是为了满足全天的新风负荷;对部分负荷贮能方式,夜间蓄冷则主要是为了满足电价高峰期的新风负荷,如果对选择的日蓄冷量,在电价高峰期有冷量过量时,认为过量部分可以转移到电价平峰期,在高峰期和平峰期冷量不足时,由制冷机提供不足的冷量。为实现这样的运行方案,需要对相变贮能换热器进行结构优化设计并采用合理的运行控制手段。

图2北京地区电价结构

4.2蓄冷量的选择

选择最佳蓄冷量本质是使蓄冷量与新负荷相匹配,并力求保证空气处理效果和系统的经济性。新风机组需要的蓄冷量与运行方案和室外气象参数有关。一天中,机组运行时间越长,室外新风温度越高,新风量越大,需要的蓄冷量越大。因为一年中机组运行期间,室外空气温度变化幅度较大,则在一定的运行方案下,每天的新风负荷不同,并且一年中日新风负荷的最大值和最小值相关很大,这给蓄冷量的确定带来了很大困难。蓄冷量选择得小,所需的贮能设备容量和设备投资小,相变材料利用率高,并且因为夜间贮存的能量大部分可补充在电价高峰期,相应的性能价格比较高,但是,因为夜间贮能量小,白天仍有相对较多的冷量需要制冷机提供,运行费用相对较高;蓄冷量选择得大,所需贮能设备容量和设备投资大,并且因为夜间贮存的能量很可能补充在电价高峰期后仍有剩余,要转移到电价平峰期,甚至会使一部分蓄冷量用不上,所以相应的性能价格比和中证新材料主题指数从稀土功能材料、稀有金属材料、高品质特殊钢、高性能纤维、纳米材料等新材料相干上市公司当选取50只股票作为成分股相变材料的利用率较低,但是,因为夜间贮能量大,白天需要制冷机提供的能量少,运行费用相对较低。

为了清楚表达蓄冷量和运行方案与系统性能和经济性的关系,本文提出了以下几个概念:

相变材料利用率 (13)

空气处理效果的满意率 (14)

运行费用节省率 (15)

其中全负荷蓄冷时q sh = q sh , h + q sh , a , ,q = q d;部分负荷蓄冷时q sh = q sh , h,q = q h

这里z1是白天利用的蓄冷量占全部夜间蓄冷量的比值;z2是指白天利用的蓄冷量与当天新风负荷(全负荷方式下为白天高峰期和平峰期总新风负荷,部分负荷方式下为白天高峰期的负荷)的比率,它还间接表明了白天仍需制冷机提供的冷量;z是所节省的运行费用占常规机组运行费用的比例,它表明了贮能机组运行费用的节省情况。本来在部分负荷蓄冷时,应有q ex = q ex , h,但实际应用时难免会有一部分过量蓄冷量转移到平峰期,所以这里仍取q ex。

可以看出z1,z2和z是相变贮能新风机组经济分析的重要指标。这些指标结合系统节省的运行费用和临界初投资,有助于确定系统的最佳蓄冷量和合理的运行方案。在全负荷蓄冷时,因为白天制冷机不工作,可根据空气处理要求得到z2,求出相应的最佳蓄冷量;在部分负荷蓄冷时,因为白天制冷机仍可提供不足的冷量,故可综合考虑各z指标和节省的运行费用来选择最佳蓄冷量。5算例

这里以风量为3000m3/h的新风机组为例,取北京地区的气象数据为室外工况,室外气象参数由文献[2]得到,按照前文所述的运行方案,研究在不同蓄冷量下机组的临界初投资和指标z1,z2和z。机组运行时间为5月15日~9月10日计算。

从图3、图4可以看出:①随蓄冷量增大,每年能节省的运行费用和允许的临界附加初投资逐渐增加,但增加的速率越来截止慢;②蓄冷量从200MJ增加到300MJ时,每年节省的运行费用仅由485元增加到535元。后者是因为蓄冷量较小时,夜间的蓄冷量主要转移到电价高峰期,材料利用率较高,经济性强,但随蓄冷量增大,越来截止多的蓄冷量转移到平峰期,甚至用不上,材料利用率越来越低,经济性减弱。但蓄冷量太小会导致处理空气的效果很差。

图3不同蓄冷量每年节省的运行费用 图4不同蓄冷量的临界附加初投资n为回收期

图5~8曲线描述了选择不同蓄冷量时,在全蓄冷方式和部分蓄冷方式下各月份的z指标即z1,z2和z。可以看出,从5月到9月,z1的规律是 两头小,中间大 ,而z2和z的规律是 两头大,中间小 (部分负荷方式下,因新风负荷小,z2已达到100%),这是由于此间随室外工况变化,新风负荷从小变大再变小的规律引起的。

图5蓄冷量为100MJ时的z指标(全负荷) 图6蓄冷量为300MJ时的z指标(全负荷)

图7蓄冷量为100MJ时的z指标(部分负荷) 图8蓄冷量为200MJ时的z指标(部分负荷)

图9、图10描比梦想客机大家族b787⑼飞机多40人述了在全负荷蓄冷方式和部分负荷蓄冷方式下,蓄冷量与年平均z指标的关系。可以根据用户要求的空气处理不满意率,由图中的z2指标确定最佳蓄冷量。如果不满意率取4%(即全年运行期有5天的不保证率),则z2=96%。全负荷蓄冷方式下,对应的最佳蓄冷量为250MJ,但此是时的相变材料利用率仅为61%,运行费用节省率为63%,此时每年节省的运行费用为510元;在部分负荷蓄冷方式下,z2=96%对应的最佳蓄冷量为30MJ,此时的相变材料利用率为97%,但可看出此时z的增长幅度较大,所以可以适当增大蓄冷量,将部分蓄冷量转移到平峰期利用,可以看到当蓄冷量为200MJ时,空气处理满意率达到100%,相变材料利用率为71%,运行费用节省率为60%,与全负荷蓄冷方式相比,材料节省了20%,但运行费用节省率基本没有减小,而此时所需的制冷机的容量也比全负荷蓄冷方式减小了,所以从运行费用经济分析角度看,采用部分蓄冷方式经济合理。

图9不同蓄冷量的年平均z指标(全负荷蓄冷) 图10不同蓄冷量的年平均z指标(部分负荷蓄冷)

日最佳蓄冷量取200MJ时,由图3曲线可见,年节省运行费用485元;由图4曲线,以回收期年数分别为5a和10a时允许的临界附加初投资分别为2100元和4023元,即采用相变材料新风机组后附加设备的成本可以比节省的电力增容费、制冷机组成本和表冷器成本之和分别多出2100元和4023元,生产厂商可藉此值及有关成本的概算数据判断是否应该投资。

以本文3000m3/h的机组为例,按前文的设计工况,则相变贮能换热器的传热速率约为11kW,取制冷机COP=3,则可削减的制冷机组容量和电力报装容量分别为11 kW和3.7 kW。若以850元/ kW估算制冷机组成本,按北京地区的价格,以5700元/kVA计算电力增容费,而省却的表冷器估算为6000元,本机组比常规空调多用的占地费用设为7500元,则从初投资角度允许相变贮能换热器的成本为28940元,此时的初投资与常规系统相同;若回收期取5a,则从运行费用角度允许的临界附加初投资为2100元,即5a内相变贮能新风机组比常规机组能节约2100元现值;所以从总投资角度允许相变贮能换热器的总成本为31040元。经初步计算,相变贮能换热器的管道和加工费用估算为8500元,需要相变材料约1500kg,可以判断当相变材料价格低于15元/kg时才应该投资生产。

6结束语

本文介绍了一种综合考虑相变材料利用率、空气处理的满意率和运行费用节省率而确定相变材料贮能式新风机组的最佳期日蓄冷量和运行方案的方法,提出临界附加初投资的概念。以3000 m3/h的新风机组为例,根据逐时的室外气象参数对系统作了运行费用的经济分析而确定了机组的最佳日蓄冷量和运行方案,并计算了回收期为5 a和10 a时所允许的临界附加初投资。该方法有及有关结论为厂家提供了投资判据。

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