冰蓄冷系統(tǒng)能耗檢測方法淺析

趙祎檬

【摘 要】目前，我國的經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會在不斷的進(jìn)步，簡述實(shí)際工程中檢測冰蓄冷系統(tǒng)能耗的一些方法，評價冰蓄冷系統(tǒng)的使用是否達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，以保證系統(tǒng)長期運(yùn)行中能夠提高系統(tǒng)能效、降低運(yùn)行費(fèi)用。

【關(guān)鍵詞】冰蓄冷系統(tǒng)；制冷機(jī)組；蓄冰裝置；水泵；綜合能效

引言

冰蓄冷空調(diào)是平衡用電負(fù)荷，解決電力供應(yīng)不足的有效途徑。該系統(tǒng)以其“移峰填谷”和“節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用”的優(yōu)勢獲得了電力部門和用戶的青睞，得到了廣泛的運(yùn)用。對于冰蓄冷系統(tǒng)而言，合理控制冰蓄冷設(shè)備在谷段電價時間的蓄冰量，以及在峰段和平段電價時間的融冰速度是決定冰蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵因素。冰蓄冷優(yōu)化控制的核心問題就是合理安排和分配峰段及平段電價時間內(nèi)制冷機(jī)組直接供冷和蓄冰裝置融冰供冷之間的比例，以最經(jīng)濟(jì)的方式滿足空調(diào)負(fù)荷的要求。常規(guī)的控制方式有三種制冷機(jī)優(yōu)先、蓄冰優(yōu)先和優(yōu)化控制[1]。但冷機(jī)優(yōu)先無法發(fā)揮冰蓄冷系統(tǒng)“轉(zhuǎn)移負(fù)荷”能力；蓄冰優(yōu)先會導(dǎo)致制冷機(jī)組長時間處于低負(fù)荷狀態(tài)不經(jīng)濟(jì)合理；優(yōu)化控制需要建立控制模型，求解復(fù)雜而且在工程中很難實(shí)現(xiàn)。本文將工程中常用的冷機(jī)優(yōu)先策略和冷水機(jī)組逐臺啟動法相結(jié)合，提出一種優(yōu)化和控制冰蓄冷系統(tǒng)的策略，并和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)比較分析，證實(shí)其經(jīng)濟(jì)性和可行性。

1冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)是由制冷機(jī)組、冷卻塔、蓄冰灌、冷卻泵、冷凍泵、乙二醇泵、換熱器等組成。冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)原理圖

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)有四種運(yùn)行模式，包括冷機(jī)單蓄冰、冷機(jī)單供冷、蓄冷灌單供冷、冷機(jī)和蓄冰灌聯(lián)合供冷。冰蓄冷空調(diào)在晚間低電價時冷機(jī)單蓄冰，在白天高電價、高負(fù)荷時采用聯(lián)合供冷來滿足建筑物冷負(fù)荷需求。當(dāng)建筑物冷負(fù)荷需求小于蓄冷灌最大容量時，可以完全采用蓄冰灌單供冷，可以大大節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。各運(yùn)行模式可以通過閥門及泵的開啟狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2蓄冰裝置性能檢測

2.1蓄冰裝置性能要求

蓄冰裝置為冰蓄冷系統(tǒng)的核心設(shè)備，其能耗對系統(tǒng)節(jié)能節(jié)費(fèi)有直接影響，在設(shè)計(jì)工況下，主機(jī)夜間制冰能力充足，若蓄冰裝置無法完整接受主機(jī)的制冰量，將會影響系統(tǒng)夜間谷電的利用，而提高系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。蓄冰裝置的主要技術(shù)指標(biāo)有蓄冰容量和融冰速率。這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的檢測需要在有負(fù)荷的情況下進(jìn)行2～3次的完整制冰、融冰過程。蓄冰裝置的制冰量檢測結(jié)果應(yīng)與設(shè)計(jì)采購時標(biāo)定的蓄冰裝置容量相符，融冰速率應(yīng)滿足日間負(fù)荷小時最大融冰的使用要求，一般蓄冰裝置的融冰速率為12%～18%。

2.2冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)備選型

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)制冷機(jī)組的容量的確定與機(jī)組的運(yùn)行模式有關(guān)。本文討論的是基于冷機(jī)優(yōu)先的運(yùn)行模式；同時根據(jù)本建筑負(fù)荷的特點(diǎn)，夜間存在一定的負(fù)荷需設(shè)一臺基載機(jī)組，基載機(jī)組的容量一般按夜間最大逐時負(fù)荷選擇。而一般為了充分利用基載的投資，在主機(jī)優(yōu)先運(yùn)行策略下，要求基載機(jī)組全天運(yùn)行。所以在計(jì)算該雙工況機(jī)組和蓄冰裝置容量時要減去基載機(jī)的逐時制冷量，計(jì)算公式如下：（1）制冷機(jī)名義制冷量： （2）蓄冰裝置有效容量： 式中，Q為設(shè)計(jì)日的總負(fù)荷，kW；qj為逐時基載負(fù)荷，kW；D為白天制冷機(jī)在空調(diào)工況下的運(yùn)行小時數(shù)，h；L為夜間制冷機(jī)在蓄冷工況下的運(yùn)行小時數(shù)，h；K為制冷機(jī)蓄冷時制冷能力的變化率即實(shí)際制冷量與標(biāo)定制冷量的比值；qc為制冷機(jī)空調(diào)工況下的制冷量，kW；Qs為蓄冷裝置有效容量，kWh。

2.3蓄冰裝置性能檢測方法

1）做好測試前準(zhǔn)備工作確定測試條件是否滿足設(shè)計(jì)要求，包括室外環(huán)境溫濕度、系統(tǒng)單機(jī)、聯(lián)機(jī)調(diào)試正常、有足夠負(fù)荷進(jìn)行融冰等；確定設(shè)備具體指標(biāo)，包括主機(jī)額定制冰量、制冰時間、制冰結(jié)束溫度、制冰流量、融冰出水溫度、融冰流量等。2）制冰測試將系統(tǒng)設(shè)定至制冰工況開啟主機(jī)制冰，記錄主機(jī)進(jìn)出水溫、壓力、工作電流，記錄系統(tǒng)實(shí)時流量、各監(jiān)測點(diǎn)溫度，記錄蓄冰裝置進(jìn)出水溫、液位變化情況。蓄冰裝置實(shí)時的冰量由溫度傳感器Tg1、Tg3和流量傳感器Fg三個監(jiān)測點(diǎn)取得的參數(shù)計(jì)算，計(jì)算公式與式（1）相同。蓄冰裝置制冰工況下實(shí)測制冰量為配合主機(jī)制冰能力的制冰測試，而非蓄冰裝置的銘牌額定蓄冰量，往往在設(shè)計(jì)過程中，為配合白天尖峰負(fù)荷時的融冰需求，蓄冰裝置的容量會大于主機(jī)夜間的總制冰量，比如雙工況主機(jī)額定制冰能力為2057kW，4臺主機(jī)開啟8h的額定制冰量為65820kWh，但選型時，蓄冰槽設(shè)備總?cè)萘窟_(dá)69337kWh，65820kWh為8h內(nèi)主機(jī)的額定制冰量，69337kWh為蓄冰槽的最大可蓄冰容量。實(shí)測過程是檢測主機(jī)擬合蓄冰裝置以后，在限定時間內(nèi)的制冰量。檢測蓄冰裝置的額定蓄冰量時，需要實(shí)時監(jiān)測蓄冰盤管的冰柱，當(dāng)盤管內(nèi)冰柱正好搭接時，為蓄冰裝置制滿冰狀態(tài)，讀取冰量傳感器最終數(shù)值，按式（1）計(jì)算直至冰柱搭接的累計(jì)蓄冰量，即為蓄冰裝置的額定蓄冰量。

3系統(tǒng)綜合能效檢測

3.1系統(tǒng)綜合能效檢測方法

綜合能效檢測以天為單元，需進(jìn)行長期跟蹤記錄，一般以一個供冷期為一個周期，檢測過程需要實(shí)時跟蹤記錄的數(shù)據(jù)包括末端累計(jì)的負(fù)荷輸出和系統(tǒng)累計(jì)的耗電量，為方便跟蹤記錄，一般在施工階段將自動檢測記錄的主要電氣元件與系統(tǒng)工程同步安裝，測試時由監(jiān)測的電氣元件實(shí)時記錄數(shù)據(jù)并保存。系統(tǒng)累計(jì)負(fù)荷輸出值檢測時，在系統(tǒng)供水或回水總管安裝流量計(jì)，在供回水總管分別安裝溫度傳感器，利用公式（1）計(jì)算實(shí)時的負(fù)荷值并記錄。系統(tǒng)累計(jì)耗電量檢測時，在設(shè)備配電柜總線設(shè)置多功能電量表進(jìn)行實(shí)時檢測并記錄。獲取實(shí)時記錄的負(fù)荷輸出值和耗電量后，可計(jì)算出系統(tǒng)的綜合能效值。對實(shí)測數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，找出不同負(fù)荷率工況下運(yùn)行與設(shè)計(jì)值的差距，逐級向上分析，找出運(yùn)行能耗超標(biāo)的原因所在，并采取相應(yīng)措施，降低系統(tǒng)能耗。

3.2典型負(fù)荷的運(yùn)行策略

本工程的冰蓄冷空調(diào)按制冷機(jī)組逐時啟動臺數(shù)的機(jī)組優(yōu)先控制方式運(yùn)行。當(dāng)日負(fù)荷較小，小于等于最大融冰供冷量時，該樓的全天空調(diào)負(fù)荷由融冰供冷基本可以滿足，不開啟制冷機(jī)組。當(dāng)日負(fù)荷大于最大融冰供冷量時，在白天供冷分2個時段：高峰時段、平價時段。在高峰時段，系統(tǒng)將依據(jù)實(shí)際的冷負(fù)荷需求，優(yōu)先使用融冰供冷來滿足負(fù)荷要求，不足部分由制冷機(jī)組承擔(dān)；但在平價時段，優(yōu)先使用制冷機(jī)組來供冷，不足部分由融冰供冷提供。但在擬定制冷機(jī)臺數(shù)時，需要計(jì)算制冷機(jī)輸出冷量的實(shí)際價格，考慮制冷機(jī)組的負(fù)荷率，保證輸出冷量的實(shí)際價格小于或等于基準(zhǔn)價格，依據(jù)這一原則確定制冷機(jī)組的開啟臺數(shù)。

結(jié)語

空調(diào)用電在城市用電結(jié)構(gòu)中占比越來越大，隨著生活品質(zhì)的提高，作為舒適性冷源的冰蓄冷系統(tǒng)技術(shù)已非常成熟，但冰蓄冷系統(tǒng)能耗是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求，還需一套完善的檢測方法，經(jīng)實(shí)際工程測試案例的比對，總結(jié)出一些可靠可行的方法，可以定量化分析冰蓄冷系統(tǒng)能否達(dá)到預(yù)期，可為后期運(yùn)營使用提供一個節(jié)能、節(jié)費(fèi)的判斷依據(jù)。

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（作者單位：杭州華電華源環(huán)境工程有限公司）