高效制冷機(jī)房水蓄冷模式節(jié)能優(yōu)化控制方法研究

胡欽，李元陽(yáng)，方興*，邱藝德，劉崢，岳寶，費(fèi)杰，王聰，閻杰

（1-廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東佛山 528311；2-上海美控智慧建筑有限公司，上海 201700）

0 引言

空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于改善建筑室內(nèi)環(huán)境、保證室內(nèi)人員舒適性有著極為重要的作用。在大型公共建筑中空調(diào)系統(tǒng)耗能約占建筑總能耗的50%以上，是建筑中的耗能大戶[1-4]。暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化對(duì)建筑整體的節(jié)能性有著重要意義[5-6]。在過(guò)渡季及冬季，室外氣溫較低，對(duì)于仍有少量制冷需求的建筑來(lái)說(shuō)，此時(shí)空調(diào)系統(tǒng)會(huì)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)末端冷負(fù)荷需求低于單臺(tái)冷水主機(jī)最小制冷量時(shí)，冷水機(jī)組可能會(huì)處于頻繁啟停狀態(tài)[7-8]。當(dāng)冷凍水溫度過(guò)低時(shí)主機(jī)進(jìn)入暫停狀態(tài)，此時(shí)冷水主機(jī)不進(jìn)行制冷，但系統(tǒng)冷卻水泵和冷卻塔仍會(huì)保持運(yùn)行狀態(tài)，從而導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)能耗偏高，能效偏低[9]。針對(duì)這一問(wèn)題，研究發(fā)現(xiàn)為系統(tǒng)增加蓄冷裝置能夠緩解低負(fù)荷工況下主機(jī)頻繁啟停的效果，并可使空調(diào)系統(tǒng)更加節(jié)能[10-11]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者也對(duì)空調(diào)系統(tǒng)水蓄冷方向進(jìn)行了各種深入研究。

林津等[12]對(duì)溫度分層式水蓄冷裝置的設(shè)計(jì)、使用效果及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析，并證明水蓄冷裝置具有節(jié)能效果，適合在多種場(chǎng)合進(jìn)行推廣應(yīng)用。王崢等[13]以商務(wù)樓的空調(diào)系統(tǒng)為研究對(duì)象，將常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)和水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明中央空調(diào)在采用水蓄冷系統(tǒng)后，其系統(tǒng)制冷安全性將得到極大提高，制冷機(jī)組的起停頻率和維修費(fèi)用將明顯下降，機(jī)組滿負(fù)荷制冷的運(yùn)行狀態(tài)比率將大幅度提高。制冷系統(tǒng)由于運(yùn)行效率的提高和維護(hù)費(fèi)用的下降，可降低維護(hù)成本。閆學(xué)沖[14]指出水蓄冷技術(shù)的應(yīng)用能夠減少冷水主機(jī)的使用頻率和時(shí)間，但同時(shí)為了保證良好的蓄冷效果，需要建立大容量的蓄水池或蓄冷罐，初投資成本較高。徐齊越等[15]闡述了水蓄冷系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)理論及方法，并解決了內(nèi)部設(shè)備低效率、高能耗的問(wèn)題。張欽等[16]以上海市某辦公樓為研究對(duì)象，以蓄冷率等參數(shù)作為變量，提出六種運(yùn)行策略，對(duì)比分析各種控制策略的優(yōu)劣，得出有最優(yōu)節(jié)能節(jié)費(fèi)效益的水蓄冷系統(tǒng)的蓄冷率數(shù)值及其運(yùn)行控制方案。

GHADDAR 等[17]建立了水蓄冷溫度分層動(dòng)態(tài)模型，從實(shí)驗(yàn)與模擬兩方面對(duì)將其影響因素進(jìn)行了對(duì)比研究。CANDANEDO 等[18]利用基于模型預(yù)測(cè)控制算法，對(duì)不同控制策略的蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行能耗模擬分析，得出蓄冷優(yōu)先的控制策略能夠達(dá)到節(jié)能效果。LIN 等[19]提出了蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)方法，揭示了蓄冷空調(diào)系統(tǒng)熱力性能對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響，分析了蓄冷空調(diào)系統(tǒng)特性，指出在不增加能耗的情況下，可節(jié)省約15%的電費(fèi)。HASNAIN 等[20]在辦公樓中使用了蓄冷系統(tǒng)，不僅節(jié)約了成本，還將高峰期間的電力需求與冷卻負(fù)荷分別降低10%～20%、30%～40%。RAHMAN 等[21]在建筑中使用水蓄冷空調(diào)技術(shù)，并從仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)兩方面，證實(shí)該技術(shù)能夠?yàn)榻ㄖ?lái)一定的節(jié)能效果。

現(xiàn)有常規(guī)水蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況下，依然可以利用管網(wǎng)內(nèi)的存水來(lái)進(jìn)行水蓄冷控制。本文研究了用冷凍水管網(wǎng)存水進(jìn)行蓄冷的水蓄冷節(jié)能優(yōu)化控制技術(shù)，無(wú)需裝配蓄冷罐、蓄水池等裝置，僅通過(guò)節(jié)能優(yōu)化控制算法來(lái)優(yōu)化低負(fù)荷工況下空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的啟停，達(dá)到減緩低負(fù)荷工況下冷水主機(jī)頻繁啟停及提高系統(tǒng)能效的效果。

1 水蓄冷模式控制原理

在過(guò)渡季和冬季室外氣溫較低時(shí)，部分建筑仍然有制冷需求，但由于冷負(fù)荷需求較低，建筑內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)冷水機(jī)組可能處于較低的負(fù)荷率運(yùn)行，且主機(jī)運(yùn)行較短時(shí)間后由于供水溫度達(dá)到主機(jī)進(jìn)入暫停的設(shè)定溫度，主機(jī)會(huì)停機(jī)進(jìn)入暫停狀態(tài)，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間冷凍水水溫上升到退出暫停設(shè)定溫度時(shí)主機(jī)才會(huì)重新開(kāi)機(jī)制冷。對(duì)于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，主機(jī)暫停時(shí)空調(diào)系統(tǒng)的冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔都會(huì)保持運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)末端冷負(fù)荷偏小時(shí)，主機(jī)暫停時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)系統(tǒng)無(wú)制冷量，但冷卻端設(shè)備仍保持運(yùn)行，從而增加系統(tǒng)能耗，拉低系統(tǒng)能效。常規(guī)運(yùn)行模式空調(diào)系統(tǒng)中冷源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)見(jiàn)圖1?；谝陨犀F(xiàn)象，本文研究了利用冷凍水管網(wǎng)存水進(jìn)行蓄冷的水蓄冷優(yōu)化控制方法，該水蓄冷優(yōu)化控制方法無(wú)需在系統(tǒng)中加裝蓄冷罐、蓄水池等裝置。該方法利用冷水主機(jī)將整個(gè)冷凍水管網(wǎng)的水冷卻至較低溫度，然后關(guān)停冷水主機(jī)、冷卻泵和冷卻塔，僅開(kāi)啟冷凍泵向末端進(jìn)行供冷，通過(guò)減少冷卻端設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)來(lái)達(dá)到節(jié)能的效果。

圖1 不同模式系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

本文研究的水蓄冷優(yōu)化控制方法的控制原理是，當(dāng)系統(tǒng)只有一臺(tái)冷水主機(jī)運(yùn)行，且系統(tǒng)冷凍回水溫度和主機(jī)負(fù)荷率都低于設(shè)定值并且滿足一定延時(shí)后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入水蓄冷模式，控制程序會(huì)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的全自動(dòng)或半自動(dòng)運(yùn)行模式關(guān)閉對(duì)應(yīng)的主機(jī)、冷卻泵和冷卻塔，僅開(kāi)啟冷凍泵，依靠冷凍泵向末端循環(huán)輸送主機(jī)停機(jī)前制備的低溫冷凍水給末端供冷。隨著時(shí)間推移，系統(tǒng)總管冷凍水溫度會(huì)因?yàn)槟┒藫Q熱而不斷上升。當(dāng)冷凍水回水溫度上升到退出水蓄冷模式設(shè)定溫度后，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延時(shí)，系統(tǒng)會(huì)退出水蓄冷模式，此時(shí)系統(tǒng)控制程序會(huì)重新開(kāi)啟冷卻泵、冷卻塔及相應(yīng)閥門(mén)，最后重新開(kāi)啟主機(jī)進(jìn)行制冷。

水蓄冷運(yùn)行模式空調(diào)系統(tǒng)冷源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化見(jiàn)圖1。在空調(diào)系統(tǒng)原有控制邏輯中加入水蓄冷模式優(yōu)化控制邏輯后，當(dāng)冷凍回水溫過(guò)低時(shí)，冷水主機(jī)會(huì)直接被關(guān)停，同時(shí)冷卻泵和冷卻塔也會(huì)被關(guān)停，從而減少系統(tǒng)耗電量。與常規(guī)模式相比，啟用水蓄冷模式優(yōu)化控制邏輯能夠有效降低冷凍水溫過(guò)低冷水主機(jī)暫停時(shí)冷卻端設(shè)備的電耗，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到更節(jié)能的效果。

冷凍回水溫度直接反映了末端負(fù)荷的大小，當(dāng)系統(tǒng)處于低負(fù)荷運(yùn)行工況時(shí)，可通過(guò)設(shè)定不同的進(jìn)入水蓄冷模式設(shè)定溫度和退出水蓄冷模式設(shè)定溫度來(lái)控制系統(tǒng)主機(jī)停機(jī)時(shí)長(zhǎng)，以達(dá)到減緩低負(fù)荷工況下主機(jī)頻繁啟停的效果。兩設(shè)定溫度的差值越大，冷水主機(jī)單次停機(jī)時(shí)間越長(zhǎng)。

2 水蓄冷模式節(jié)能效果分析

為了研究利用管網(wǎng)存水進(jìn)行蓄冷的水蓄冷模式優(yōu)化控制方法的控制效果和節(jié)能性，選用重慶某科技園高效機(jī)房項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行相似工況的對(duì)比分析。

該項(xiàng)目主要功能是生產(chǎn)車(chē)間，地下配套建設(shè)停車(chē)庫(kù)。生產(chǎn)線涵蓋無(wú)人駕駛、車(chē)載安全、智能交通、智慧停車(chē)、平安城市、安防監(jiān)控和道閘控制等領(lǐng)域。該項(xiàng)目冷源系統(tǒng)配置了3 臺(tái)變頻離心式冷水機(jī)組、3 臺(tái)變頻冷凍泵、3 臺(tái)變頻冷卻泵和4 臺(tái)變頻冷卻塔。該項(xiàng)目設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。重慶某科技園高效機(jī)房項(xiàng)目制冷機(jī)房系統(tǒng)原理如圖2 所示。

表1 項(xiàng)目設(shè)備參數(shù)

圖2 制冷機(jī)房系統(tǒng)原理

選用重慶某科技園高效機(jī)房項(xiàng)目2022 年11 月20 日（常規(guī)模式）運(yùn)行數(shù)據(jù)和2022 年11 月22 日（水蓄冷模式）運(yùn)行數(shù)據(jù)作為對(duì)比工況，進(jìn)行水蓄冷模式運(yùn)行特性及節(jié)能性分析。對(duì)比工況數(shù)據(jù)如表2 所示。對(duì)比工況中當(dāng)天逐時(shí)干球溫度、濕球溫度變化曲線如圖3 和圖4 所示。由圖3 和圖4 可知：對(duì)比工況室外干球溫度與濕球溫度逐時(shí)變化趨勢(shì)十分接近。表2 所示為常規(guī)模式與水蓄冷模式對(duì)比數(shù)據(jù)。由表2 可知：兩對(duì)比工況日累計(jì)制冷量接近，因此兩組相似工況下的數(shù)據(jù)具有較高的可比性。

表2 常規(guī)模式與水蓄冷模式對(duì)比數(shù)據(jù)

圖3 對(duì)比工況室外濕球溫度曲線

圖4 對(duì)比工況室外干球溫度曲線

兩種模式下主機(jī)功率如圖5 所示。圖6 所示為冷卻泵頻率對(duì)比。由于氣溫較低，空調(diào)系統(tǒng)處于低負(fù)荷工況，主機(jī)間歇性啟停，常規(guī)模式下主機(jī)單次開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)間約 30 min，白天單次暫停時(shí)長(zhǎng)90～130 min，夜間單次暫停200～310 min。啟用水蓄冷模式后主機(jī)單次開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)間約40 min，白天單次停機(jī)時(shí)長(zhǎng)140～170 min，夜間單次停機(jī)時(shí)長(zhǎng)230～480 min。由此可知，主機(jī)運(yùn)行一次的蓄冷量，至少能夠給末端持續(xù)供冷140 min，可見(jiàn)利用冷凍水管網(wǎng)存水進(jìn)行蓄冷的方法在低負(fù)荷工況下是可行的。啟用水蓄冷模式后，主機(jī)單次啟停次數(shù)更少。

圖5 主機(jī)功率對(duì)比

圖6 冷卻泵頻率對(duì)比

常規(guī)模式下，冷卻泵全天皆處于運(yùn)行狀態(tài)，主機(jī)暫停時(shí)冷卻泵保持在下限頻率35 Hz 運(yùn)行。水蓄冷模式下冷卻泵全天處于間歇性啟停狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)入水蓄冷模式后冷卻泵停機(jī)，系統(tǒng)退出水蓄冷模式后，冷卻泵開(kāi)啟。

圖7 所示為冷卻塔頻率對(duì)比。常規(guī)模式下，冷卻塔全天皆處于運(yùn)行狀態(tài)，主機(jī)暫停時(shí)冷卻塔保持在下限頻率30 Hz 運(yùn)行。水蓄冷模式下冷卻塔全天處于間歇性啟停狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)入水蓄冷模式后冷卻塔停機(jī)，系統(tǒng)退出水蓄冷模式后，冷卻塔開(kāi)啟。

圖7 冷卻塔頻率對(duì)比

常規(guī)模式與水蓄冷模式對(duì)比工況系統(tǒng)耗電量及能效如表3 所示。由表3 可知：在室外氣象條件及日累計(jì)制冷量較為接近條件下，相較于常規(guī)運(yùn)行模式，水蓄冷模式機(jī)房能耗更低，能效更高。水蓄冷模式機(jī)房節(jié)能量為195 kW·h，節(jié)能率為21.3%，機(jī)房能效提升率為26.4%。

表3 對(duì)比工況能效統(tǒng)計(jì)

常規(guī)模式與水蓄冷模式對(duì)比工況系統(tǒng)各類設(shè)備耗電量如圖8 所示。由圖8 可知：與常規(guī)模式相比，水蓄冷模式下主機(jī)耗電量提高16%，冷凍泵耗電量基本不變，冷卻泵耗電量降低75%，冷卻塔耗電量降低85%。由于冷凍泵全天處于不間斷運(yùn)行狀態(tài)，故常規(guī)模式與水蓄冷模式冷凍泵耗電量基本相同；由于水蓄冷模式下冷卻泵與冷卻塔處于間歇性啟停運(yùn)行狀態(tài)，故水蓄冷模式下冷卻泵與冷卻塔耗電量大幅下降。冷卻端設(shè)備的節(jié)電量大于主機(jī)的耗電增量，故水蓄冷模式機(jī)房單日耗電量小于常規(guī)模式，能使制冷機(jī)房達(dá)到節(jié)能效果。

圖8 常規(guī)模式與水蓄冷模式設(shè)備耗電量

啟用水蓄冷模式后，主機(jī)當(dāng)日開(kāi)機(jī)次數(shù)由8 次降為了5 次，說(shuō)明水蓄冷模式能夠減緩低負(fù)荷工況下主機(jī)頻繁啟停的現(xiàn)象，可通過(guò)調(diào)整水蓄冷模式參數(shù)設(shè)置來(lái)優(yōu)化主機(jī)日啟停次數(shù)。

由以上分析結(jié)果可知：低負(fù)荷工況下水蓄冷模式與常規(guī)模式相比主機(jī)能效下降，主機(jī)功耗增加，但水蓄冷模式能夠大幅降低冷卻端設(shè)備耗電量，從而讓制冷機(jī)房達(dá)到綜合性節(jié)能的效果。在重慶某科技園項(xiàng)目實(shí)測(cè)水蓄冷模式的機(jī)房節(jié)能率為21.3%，機(jī)房能效提升率為26.4%。

3 水蓄冷模式節(jié)能量預(yù)測(cè)計(jì)算

為了研究過(guò)渡季和冬季不同室外干濕球溫度工況下，啟用水蓄冷模式的節(jié)能效果，本文基于利用管網(wǎng)存水進(jìn)行蓄冷的水蓄冷模式優(yōu)化控制方法的控制特性，提出了一種通用型節(jié)能量預(yù)測(cè)計(jì)算方法。在已知室外干濕球溫度后，通過(guò)該方法便可預(yù)測(cè)計(jì)算出啟用水蓄冷模式的節(jié)能效果。

3.1 冷卻側(cè)節(jié)電量計(jì)算

低負(fù)荷工況常規(guī)模式下主機(jī)進(jìn)入暫停狀態(tài)時(shí)，冷卻泵和冷卻塔一直保持在最低設(shè)定頻率運(yùn)行，此時(shí)冷卻泵和冷卻塔總功率為13.5 kW。水蓄冷模式下，主機(jī)停機(jī)時(shí)，冷卻泵和冷卻塔被關(guān)閉，冷卻端設(shè)備耗電量下降，故水蓄冷模式冷卻端設(shè)備節(jié)電量可根據(jù)冷卻端設(shè)備運(yùn)行功率及冷卻端設(shè)備停機(jī)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)重慶某科技園項(xiàng)目系統(tǒng)控制原理可知，進(jìn)入水蓄冷模式，主機(jī)停機(jī)后，冷卻端設(shè)備延時(shí)1 min關(guān)閉；退出水蓄冷模式，冷卻設(shè)備開(kāi)啟后，延時(shí)3 min開(kāi)啟主機(jī)。故主機(jī)每啟停一次，冷卻端設(shè)備運(yùn)行時(shí)間要比主機(jī)多運(yùn)行4 min。因此冷卻端設(shè)備節(jié)電量可按式(1)計(jì)算：

式中，Wcws為冷卻端設(shè)備節(jié)電量，kW·h；Pcw為冷卻端設(shè)備運(yùn)行功率，kW；Tch為主機(jī)停機(jī)時(shí)長(zhǎng)，min；Nch為主機(jī)當(dāng)日啟停次數(shù)，次。

3.2 主機(jī)耗電增量計(jì)算

由表3 和圖8 可知：在相近室外工況和制冷量條件下，水蓄冷模式的主機(jī)能效更低，主機(jī)耗電量更高。在所選對(duì)比工況中，常規(guī)模式與水蓄冷模式冷卻總管回水溫度對(duì)比如圖9 所示。由圖9 可知：11 月20 日常規(guī)模式工況下，冷卻回水日平均溫度為17.3 ℃，主機(jī)運(yùn)行時(shí)，冷卻回水平均溫度為19.2 ℃；11 月22 日水蓄冷工況下，冷卻回水日平均溫度為20.6 ℃，主機(jī)每次開(kāi)機(jī)運(yùn)行前，冷卻回水平均溫度為21.6 ℃。11 月20 日與11 月22 日兩天干濕球溫度平均值及當(dāng)日溫度曲線都很接近，但常規(guī)模式下冷卻回水平均溫度比水蓄冷工況下更低，由于常規(guī)模式下，主機(jī)暫停時(shí)，冷卻泵和冷卻塔一直保持運(yùn)行，冷卻水溫度一直在降低，從而使得主機(jī)每次開(kāi)機(jī)制冷時(shí)，常規(guī)模式下冷卻回水溫度更低，主機(jī)能效更高。

圖9 常規(guī)模式與水蓄冷模式冷卻總管回水溫度

根據(jù)重慶某科技園項(xiàng)目資料，估算整個(gè)系統(tǒng)的冷卻水水量約為220 m3。水蓄冷模式工況下，主機(jī)開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，冷卻水平均流量約為300 m3/h，完成管道內(nèi)所有冷卻水的循環(huán)所需時(shí)間約為44 min。11月22 日水蓄冷模式工況下，主機(jī)單次運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)約為40 min，主機(jī)單次開(kāi)機(jī)制冷時(shí)長(zhǎng)較短，主機(jī)單次運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，管道內(nèi)所有冷卻水無(wú)法完成1 次循環(huán)。由于進(jìn)入水蓄冷模式時(shí)，冷卻泵和冷卻塔停機(jī)，冷卻管道存水溫度較高，且主機(jī)開(kāi)機(jī)運(yùn)行期間冷卻水管道內(nèi)所有冷卻水無(wú)法經(jīng)過(guò)冷卻塔完成1 次換熱循環(huán)，故水蓄冷模式下冷卻回水溫度較高，主機(jī)能效更低。

已知常規(guī)模式與水蓄冷模式主機(jī)開(kāi)機(jī)前冷卻回水溫度存在差值，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式推算水蓄冷模式主機(jī)能效降低率。

式中，echd為水蓄冷模式主機(jī)能效降低率，%；tdcw為常規(guī)模式與水蓄冷模式冷卻回水溫差，℃。

主機(jī)耗電增量計(jì)算：

式中，Echws為水蓄冷模式下主機(jī)能效；Echc為常規(guī)模式下主機(jī)能效；echd為水蓄冷模式主機(jī)能效降低率，%。

式中，Wchi為水蓄冷模式主機(jī)耗電增量，kW·h；Q為主機(jī)制冷量，kW·h；Echws為水蓄冷模式下主機(jī)能效；Wchc為常規(guī)模式主機(jī)耗電量，kW·h。

根據(jù)以上公式可計(jì)算出啟用水蓄冷模式后主機(jī)耗電增量。

3.3 機(jī)房節(jié)能量計(jì)算

機(jī)房節(jié)能量可按下式計(jì)算：

式中，Ws為水蓄冷模式機(jī)房節(jié)能量，kW·h；Wcws為水蓄冷模式冷卻端設(shè)備節(jié)電量，kW·h；Wchi為水蓄冷模式主機(jī)耗電增量，kW·h。

根據(jù)以上計(jì)算方法，采用重慶某科技園項(xiàng)目11月22 日的數(shù)據(jù)進(jìn)行水蓄冷模式下冷卻設(shè)備節(jié)電量及主機(jī)耗電增量的計(jì)算，并與項(xiàng)目實(shí)際冷卻設(shè)備節(jié)電量及主機(jī)耗電增量進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表4 所示。

表4 水蓄冷模式機(jī)房節(jié)能量計(jì)算

由表4 可知：根據(jù)理論計(jì)算方法得出的水蓄冷模式下冷卻設(shè)備節(jié)電量、主機(jī)耗電增量、機(jī)房節(jié)能量與項(xiàng)目實(shí)際值較為接近，故基于空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行特性建立的水蓄冷模式下機(jī)房節(jié)能量計(jì)算方法，具有較高的準(zhǔn)確性。

3.3.1 節(jié)能量預(yù)測(cè)計(jì)算方法

根據(jù)式(1)～式(5)計(jì)算啟用水蓄冷模式后機(jī)房節(jié)能量時(shí)，需要已知常規(guī)模式機(jī)房制冷量、耗電量及水蓄冷模式下主機(jī)開(kāi)機(jī)次數(shù)、停機(jī)時(shí)長(zhǎng)等參數(shù)。由于這些參數(shù)與室外干濕球溫度具有較高相關(guān)性，因此可以采用數(shù)據(jù)回歸的方法，應(yīng)用實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建出不同參數(shù)的線性回歸模型，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算。

已知當(dāng)日干濕球溫度后，可應(yīng)用回歸公式預(yù)測(cè)常規(guī)模式和水蓄冷模式下的機(jī)房數(shù)據(jù)，再根據(jù)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算方法計(jì)算出水蓄冷模式機(jī)房日節(jié)能量。預(yù)測(cè)計(jì)算流程如圖10 所示。獲取當(dāng)日干濕球溫度與主機(jī)停機(jī)時(shí)冷卻端設(shè)備運(yùn)行功率后，應(yīng)用回歸公式預(yù)測(cè)常規(guī)模式下當(dāng)日制冷量、機(jī)房耗電量、主機(jī)耗電量、主機(jī)開(kāi)機(jī)前冷卻水溫度及水蓄冷模式下主機(jī)當(dāng)日開(kāi)機(jī)次數(shù)、主機(jī)停機(jī)時(shí)長(zhǎng)、主機(jī)開(kāi)機(jī)前冷卻水溫度。根據(jù)預(yù)測(cè)所得數(shù)據(jù)結(jié)合式(1)～式(5)水蓄冷節(jié)能量計(jì)算方法，可計(jì)算出水蓄冷模式下冷卻端設(shè)備節(jié)電量、主機(jī)能效下降率及主機(jī)耗電增量，最終計(jì)算得出水蓄冷模式機(jī)房節(jié)能量和節(jié)能率。

圖10 水蓄冷模式節(jié)能量預(yù)測(cè)計(jì)算流程

3.3.2 預(yù)測(cè)計(jì)算方法驗(yàn)證

選用重慶某科技園項(xiàng)目2022 年11 月18 日（常規(guī)模式）與11 月29 日（水蓄冷模式）兩相似日實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)作為實(shí)際值，應(yīng)用11 月18 日干濕球溫度預(yù)測(cè)計(jì)算得出的結(jié)果作為預(yù)測(cè)值，對(duì)比實(shí)際值與預(yù)測(cè)值偏差進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算方法的驗(yàn)證。表5 所示為預(yù)測(cè)值與實(shí)際值對(duì)比。由表5 可知：運(yùn)用數(shù)據(jù)回歸得出的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值較為接近，誤差基本小于10%。表6 所示為水蓄冷模式節(jié)能量預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果。由表6 可知：基于圖10 流程預(yù)測(cè)計(jì)算得出的水蓄冷模式下冷卻端設(shè)備節(jié)電量、主機(jī)耗電增量、機(jī)房節(jié)能量和節(jié)能率都與項(xiàng)目實(shí)際值較接近。

表5 預(yù)測(cè)值與實(shí)際值對(duì)比

表6 水蓄冷模式節(jié)能量預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果

3.3.3 預(yù)測(cè)計(jì)算方法應(yīng)用

應(yīng)用圖10 預(yù)測(cè)計(jì)算方法，選用重慶某科技園項(xiàng)目2022 年11 月干濕球溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行11 月份整月水蓄冷模式節(jié)能量預(yù)測(cè)分析。圖11 所示為日平均濕球溫度隨時(shí)間的變化。圖12 所示為系統(tǒng)日累計(jì)制冷量隨時(shí)間的變化。由圖11 和圖12 可知：空調(diào)系統(tǒng)日累計(jì)制冷量與日平均濕球溫度變化趨勢(shì)接近，兩者具有較高相關(guān)性，濕球溫度越高，制冷量越高。濕球溫度最低為13.5 ℃時(shí)，系統(tǒng)日累計(jì)制冷量為1 295 kW·h；濕球溫度最高為19 ℃時(shí)，系統(tǒng)日累計(jì)制冷量為8 920 kW·h。

圖11 日平均濕球溫度隨時(shí)間的變化

圖12 系統(tǒng)日累計(jì)制冷量隨時(shí)間的變化

圖13 所示為水蓄冷模式冷卻側(cè)節(jié)電量與主機(jī)耗電增量。由圖11 和圖13 可知：濕球溫度越低，水蓄冷模式下主機(jī)耗電增量越低，冷卻端設(shè)備節(jié)電量越高。濕球溫度最低為13.5 ℃時(shí)，主機(jī)耗電增量為18 kW·h，冷卻端設(shè)備節(jié)電量為326 kW·h；濕球溫度最高為19 ℃時(shí)，主機(jī)耗電增量為81 kW·h，冷卻端設(shè)備節(jié)電量為196 kW·h。不同濕球溫度條件下冷卻側(cè)節(jié)電量始終高于主機(jī)耗電增量。

圖13 水蓄冷模式冷卻側(cè)節(jié)電量與主機(jī)耗電增量

圖14 所示為水蓄冷模式機(jī)房節(jié)能率隨時(shí)間的變化。圖15 所示為機(jī)房能效隨時(shí)間的變化。由圖14 和圖15 可知：水蓄冷模式機(jī)房能效均高于常規(guī)模式，且濕球溫度越低時(shí)，水蓄冷模式能效提升率越高，機(jī)房節(jié)能率越高。濕球溫度最低為13.5 ℃時(shí)，水蓄冷模式機(jī)房能效提升率為88%，機(jī)房節(jié)能率為47%；濕球溫度最高為19 ℃時(shí)，水蓄冷模式機(jī)房能效提升率為8%，機(jī)房節(jié)能率為8%。

圖14 水蓄冷模式機(jī)房節(jié)能率隨時(shí)間的變化

圖15 機(jī)房能效隨時(shí)間的變化

根據(jù)重慶某科技園項(xiàng)目11 月份干濕球溫度數(shù)據(jù)（表7），計(jì)算得出11 月份常規(guī)模式下制冷量為147 768 kW·h，機(jī)房耗電量31 387 kW·h。相同室外溫濕度條件下，啟用水蓄冷模式后，預(yù)測(cè)節(jié)能量為5 383 kW·h，節(jié)能率為17.2%。啟用水蓄冷模式后11 月份機(jī)房能效由4.71 提升至5.68，能效提升率為20.7%。

表7 項(xiàng)目11 月份預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

本文研究了低負(fù)荷工況下利用管網(wǎng)存水進(jìn)行蓄冷及供冷的水蓄冷節(jié)能優(yōu)化控制方法及其節(jié)能量預(yù)測(cè)計(jì)算方法，通過(guò)重慶某科技園項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析了該優(yōu)化控制方法在不同干濕球溫度下的節(jié)能性，得到如下結(jié)論：

1）啟用水蓄冷模式優(yōu)化控制方法后，主機(jī)運(yùn)行一次的蓄冷量，至少能夠給末端持續(xù)供冷140 min；啟用水蓄冷模式優(yōu)化控制方法后，主機(jī)每日啟停次數(shù)由8 次下降為5 次，主機(jī)頻繁啟?，F(xiàn)象得到優(yōu)化；

2）與常規(guī)模式相比，水蓄冷模式能大幅降低冷卻端設(shè)備功耗，使制冷機(jī)房達(dá)到綜合性的節(jié)能效果。由重慶某科技園項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，啟用水蓄冷模式后冷卻泵日累計(jì)耗電量降低75%，冷卻塔日累計(jì)耗電量降低85%，水蓄冷模式相對(duì)于常規(guī)模式機(jī)房日節(jié)能率為21.3%，機(jī)房能效提升26.4%；

3）濕球溫度越低，水蓄冷模式機(jī)房綜合節(jié)能率越高，在本文研究工況中濕球溫度最低為13.5 ℃時(shí)，水蓄冷模式機(jī)房能效提升率為88%，機(jī)房節(jié)能率為47%；

4）水蓄冷模式節(jié)能量計(jì)算方法能夠根據(jù)室外干濕球溫度預(yù)測(cè)計(jì)算出空調(diào)系統(tǒng)啟用水蓄冷模式優(yōu)化控制方法后的節(jié)能量及能效提升效果，進(jìn)而預(yù)測(cè)計(jì)算出機(jī)房在過(guò)渡季及冬季的節(jié)能量，能為高能效要求項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)及能效優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐；通過(guò)重慶某科技園項(xiàng)目預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果可知，啟用水蓄冷模式后11 月份預(yù)測(cè)節(jié)能量為5 383 kW·h，節(jié)能率為17.2%，機(jī)房能效由4.71 提升至5.68，能效提升率為20.7%。