基于當?shù)靥鞖忸A報的冰蓄冷控制策略研究

李悅

上海同悅節(jié)能科技有限公司

0 前言

目前隨著全球對電力能源的需求以及節(jié)能減碳的目標，我國也在積極出臺政策應對城市對電力的需求，各地紛紛出臺峰谷電價政策，而冰蓄冷系統(tǒng)可以有效的轉移電力高峰，平衡電網(wǎng)負荷[1]。有學者提出了基于全蓄冷量和蓄冷量的優(yōu)化策略[2]。而針對傳統(tǒng)的冰蓄冷系統(tǒng)本身并不節(jié)能，為了降低其能耗，本文提出利用當?shù)靥鞖忸A報來預測和優(yōu)化冰蓄冷的融冰和蓄冰策略，從而使系統(tǒng)達到更節(jié)能的目的。

本文將以陜西某超高層已有的冰蓄冷設計為研究基礎，其空調系統(tǒng)按建筑高、中、低三個區(qū)的負荷分布情況進行設計，其具體環(huán)路設計如圖1 所示。

圖1 冰蓄冷系統(tǒng)環(huán)路示意圖

1 分析方法

1.1 技術路線

利用e-QUEST 軟件對建筑全年能耗進行8760 個小時的模擬，得出空調冷負荷與天氣的關系，分析不同天氣狀況下的蓄冰策略。最后，根據(jù)特定的天氣狀況及該天氣下的建筑全天逐時冷負荷，基于分時電價的變化，分析最經濟的融冰策略。

本報告研究的主要技術路線圖如下：首先，基于典型氣象年數(shù)據(jù)，將空調期的氣象數(shù)據(jù)按照日平均溫度分為以下幾個區(qū)段，分為18℃以下、18～20℃、20～22℃、22～24℃、24～26℃、26～28℃、28℃以上。其次，分析各類氣象數(shù)據(jù)的特征及天氣狀態(tài)。然后，計算建筑空調逐時冷負荷，并分別統(tǒng)計出各類天氣類別下的空調冷負荷。最后，基于各類天氣狀況下的空調冷負荷，分析其對應的蓄冰及融冰策略。

1.2 空調冷負荷拆分說明

根據(jù)當?shù)胤謺r電價，將全天累計空調冷負荷拆分為早峰值電價累計冷負荷（早峰值冷負荷）、晚峰值電價累計冷負荷（晚峰值冷負荷）、平值電價累計冷負荷（平值冷負荷）（圖2），以便后面在分析融冰策略時確定融冰的時間段。

圖2 建筑冷負荷拆分說明圖

1.3 冰蓄冷系統(tǒng)運行控制邏輯

本項目的冰蓄冷系統(tǒng)設計時要求冰蓄冷系統(tǒng)優(yōu)先滿足高區(qū)和中區(qū)的冷量需求，因此為了使冰蓄冷系統(tǒng)的運行效果最佳，應盡可能的在高峰電價時段進行融冰供冷，以確定冰蓄冷系統(tǒng)在不同天氣狀況下的蓄冰率，使冰蓄冷系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用。本項目冰蓄冷系統(tǒng)運行控制邏輯如圖3 所示。

圖3 冰蓄冷系統(tǒng)運行控制邏輯

2 天氣特征分析

2.1 氣象數(shù)據(jù)處理說明

根據(jù)經驗，假定4.15～10.15 為空調制冷期，對此期間的氣象數(shù)據(jù)進行分析。

利用試算的方法，將日平均溫度按2℃溫度梯度分級，依次分為日平均溫度低于18℃、18～20℃、20～22℃、22～24℃、24～26℃、26～28℃、高于28℃。

分別統(tǒng)計出4.15～10.15 期間各個日平均溫度段內的日期（僅包含工作日，不包含周六、周日的數(shù)據(jù)）。

分別對各個日平均溫度段內的逐時干球溫度、冷負荷進行分析。

2.2 氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)以上方法，可以得出不同日平均溫度空調期的頻譜分布圖，如圖4 所示。

圖4 日平均溫度空調期的頻譜分布圖

2.3 各工況下的逐時干球溫度變化分析

由圖4 可知，在分析冰蓄冷系統(tǒng)的運行策略時，僅需考慮日平均溫度高于20℃的情況，日平均溫度低于20℃時，無需空調，進行自然通風即可。

圖4 日逐時干球溫度變化

3 建筑冷負荷分析

為了進一步分析冰蓄冷系統(tǒng)的蓄冰及融冰策略，先對各日平均溫度區(qū)間下典型日的空調冷負荷進行分析，以下僅列出典型的工況（圖5～7 及表1）。

圖5 日平均溫度26℃～28℃時晴天冷負荷

圖6 日平均溫度26℃～28℃時陰雨天冷負荷

圖7 日平均溫度高于28℃時晴天冷負荷

表1 各工況空調冷負荷統(tǒng)計

由圖5～7 及表1 可知，空調逐時冷負荷在晴天時存在較明顯早峰值和晚峰值冷負荷，其變化趨勢與當?shù)胤謺r電價的變化趨勢趨于一致。空調逐時冷負荷在陰雨天時沒有明顯的峰值和谷值的出現(xiàn)，全天空調逐時冷負荷變化趨勢較為平緩，依據(jù)空調負荷在不同天氣狀況下的變化特點，相應的制定冰蓄冷系統(tǒng)的融冰策略。

4 蓄冰及融冰策略分析

分別對對各工況下晴天和陰雨天冷負荷的構成進行分析（圖8），具體工況如下：工況1：日平均干球溫度為20～22℃，工況2：日平均干球溫度為22～24℃，工況3：日平均干球溫度為24～26℃，工況4：日平均干球溫度為26～28℃，工況5：日平均干球溫度高于28℃。

圖8 融冰策略分析圖

根據(jù)以上對各個工況下融冰策略的分析，可以得出各工況下的融冰時各環(huán)路的開啟控制策略，具體如表2 所示。

表2 各工況下的環(huán)路控制開啟表

5 結論

本文分析了該項目所處地區(qū)典型氣象年的氣象數(shù)據(jù)，并對空調期建筑逐時冷負荷的變化進行預測，分別得出了各個工況晴天和陰雨天的負荷特點，據(jù)此，對各個工況下蓄冰策略和融冰策略逐一進行分析，得出如下結論：

1）當日平均溫度低于20℃時，不需開啟空調，進行自然通風即可。當日平均溫度高于20℃時，需開啟空調。

2）日平均溫度高于28℃時，天氣狀況基本可以按晴天處理，全天逐時空調負荷均較大，累計空調負荷很高。

3）基于不同天氣狀況下的建筑負荷分析，本報告制定了各工況下的融冰運行策略。詳細策略參見表2。