冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法研究

曹禹

承德市體育局體育場(chǎng) 河北 承德 067000

引言

冰場(chǎng)在打造滿足賽事的冰面的基礎(chǔ)上，如何降低場(chǎng)館運(yùn)行能耗，在場(chǎng)館設(shè)計(jì)和制冰設(shè)備選型時(shí)應(yīng)用了大量創(chuàng)新技術(shù)。直冷式制冰系統(tǒng)和間冷式制冰系統(tǒng)是冰場(chǎng)制冰常用的兩種制冰形式，在制冰系統(tǒng)中制冰機(jī)組是系統(tǒng)的核心設(shè)備，其性能指標(biāo)決定冰場(chǎng)冰面的質(zhì)量和冰場(chǎng)的運(yùn)行能耗。人工冰場(chǎng)的制冰機(jī)組的運(yùn)行工況參數(shù)和設(shè)備配置與現(xiàn)有機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)存在差異。因此，將運(yùn)行周期長(zhǎng)、運(yùn)行能耗占比高的制冰機(jī)組作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)不同制冰機(jī)組的運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究，是制冰機(jī)組精準(zhǔn)的性能指標(biāo)參數(shù)是可靠設(shè)計(jì)選型的重要保證，不同型號(hào)制冰機(jī)組在人工冰場(chǎng)冰面凍結(jié)的過(guò)程，為相應(yīng)制冰機(jī)組準(zhǔn)確設(shè)計(jì)性能指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)制定提供了技術(shù)參考。該研究對(duì)于保障冰場(chǎng)用制冰機(jī)組在實(shí)際使用中的安全可靠性具有重要意義。

1 冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法

本次實(shí)驗(yàn)采取螺桿式制冰機(jī)組，其具體參數(shù)如下：額定制冷量：481kW；冷水進(jìn)出水溫：-13～-15℃；冷卻水進(jìn)出水溫：32～37℃；冷水流量：275m3/h；冷卻水流量：125m3/h；電功率：1888kW/380V。

1.1 測(cè)試目的

①通過(guò)對(duì)冰場(chǎng)用制冰機(jī)組進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證制冰機(jī)組的制冷量、耗電量、蒸發(fā)溫度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，并確定各主要技術(shù)參數(shù)的測(cè)試精度；②通過(guò)對(duì)制冰機(jī)組的測(cè)試，獲得制冰機(jī)組的各項(xiàng)性能指標(biāo)，為制冰機(jī)組在冰場(chǎng)實(shí)際使用過(guò)程中的運(yùn)行提供理論基礎(chǔ)；③通過(guò)對(duì)制冰機(jī)組的測(cè)試，驗(yàn)證各主要性能參數(shù)之間的關(guān)系，為制冰機(jī)的選型、設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)提供技術(shù)依據(jù)；④通過(guò)對(duì)制冰機(jī)組的測(cè)試，獲取冰場(chǎng)用制冰機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)性能參數(shù)隨環(huán)境溫度、負(fù)荷變化而變化的規(guī)律，為制冰機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析提供技術(shù)支撐[1]。

1.2 測(cè)試時(shí)間安排

從前期設(shè)計(jì)階段開始，要求冰場(chǎng)用制冰機(jī)組的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案與冰場(chǎng)實(shí)際工程方案（包括制冰機(jī)組選型、制冰工藝、制冰方式等）進(jìn)行對(duì)比，以保證制冰機(jī)組設(shè)計(jì)方案的正確性。

1.3 測(cè)試地點(diǎn)選擇

測(cè)試地點(diǎn)的選擇原則上應(yīng)選擇冰面平整、無(wú)風(fēng)、無(wú)雜物，且具有一定傾斜角度的位置。同時(shí)，為保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)在測(cè)試地點(diǎn)對(duì)制冰機(jī)組進(jìn)行定期檢修。如有條件，可在冰場(chǎng)內(nèi)的中央空調(diào)機(jī)房、電氣設(shè)備房等安裝空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)，為制冰機(jī)組提供適宜的工作環(huán)境。

1.4 測(cè)試條件

①水溫：冰場(chǎng)用制冰機(jī)組的水溫一般在-2～5℃，若采用-10℃水溫則應(yīng)考慮到測(cè)試期間冰的融化溫度和冰的凍結(jié)溫度，應(yīng)考慮到結(jié)冰溫度和融冰溫度之間的溫差，需要在冰場(chǎng)上搭建一個(gè)專門用于測(cè)試的水箱，一般水箱底部需要加墊，以避免在測(cè)試過(guò)程中由于水的沸騰造成漏入空氣而影響測(cè)試結(jié)果。②風(fēng)速：在冰場(chǎng)上采用的制冰機(jī)組主要是針對(duì)制冰機(jī)中蒸發(fā)器部分進(jìn)行制冷，由于蒸發(fā)器散熱面積小，其換熱量較小，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中可忽略不計(jì)。③濕度：對(duì)于采用濕球傳感器測(cè)量的實(shí)驗(yàn)室制冰機(jī)，當(dāng)水處于飽和狀態(tài)時(shí)濕度最大；而對(duì)于實(shí)際制冰機(jī)，水處于非飽和狀態(tài)時(shí)濕度最小[2]。

2 冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試影響因素

2.1 環(huán)境溫度

目前，國(guó)內(nèi)外制冰機(jī)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法主要是按照GB/T 5297 《制冰機(jī)組》和GB/T 5297-2010《冰蓄冷系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行測(cè)試，由于冰場(chǎng)用制冰機(jī)組的性能測(cè)試一般在室外環(huán)境進(jìn)行，所以，目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)冰場(chǎng)用制冰機(jī)組的測(cè)試主要是采用GB/T 5297《冰蓄冷系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行[3]。

2.2 制冰機(jī)組類型

根據(jù) GB/T 7405-2016 《冰場(chǎng)用制冷壓縮機(jī)組》和GB/T 7405-2015《冰場(chǎng)用制冷壓縮機(jī)組》的要求，GB/T 7405-2015中的第二章“制冰機(jī)組”對(duì)機(jī)組類型、測(cè)試工況及性能測(cè)試方法進(jìn)行了規(guī)定。

2.3 測(cè)試用冰

不同的制冰機(jī)類型和制冰工藝對(duì)測(cè)試用冰的質(zhì)量要求不一樣，根據(jù)制冰工藝不同，測(cè)試用冰主要包括直接制冰用冰和冷凍水制冰用冰。直接制冰用冰一般是天然或經(jīng)人工加工而成的水，由于其不含氯，所以對(duì)水質(zhì)要求不高，但在部分制冰機(jī)上其冷卻水量會(huì)有所下降，使水的溫度不能保持在一定的范圍內(nèi)。

2.4 制冷系統(tǒng)及環(huán)境參數(shù)的影響

①制冷系統(tǒng)的溫升和壓力會(huì)對(duì)冰的形成造成影響，在進(jìn)行制冷系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)制冷系統(tǒng)的溫升和壓力進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量；②對(duì)于冰場(chǎng)用制冰機(jī)組來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，應(yīng)對(duì)制冰機(jī)組的冷凝器溫度、蒸發(fā)器溫度、冷凍水溫度及壓力、冷凝器壓力等進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量；③在進(jìn)行制冷系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)制冷機(jī)組的輸入功率、系統(tǒng)中制冷劑的充注量和冷卻水量、冷凍水溫度等進(jìn)行測(cè)量；④在進(jìn)行制冷系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中各設(shè)備或管路、閥門的運(yùn)行狀況和故障情況進(jìn)行測(cè)量；⑤在進(jìn)行制冷系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)試環(huán)境溫度和濕度進(jìn)行測(cè)量。

3 冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法注意要點(diǎn)

3.1 測(cè)試條件

第一為保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，測(cè)試溫度應(yīng)控制在-10～+5℃之間，測(cè)試時(shí)間應(yīng)為8h。第二建議使用冰場(chǎng)專用空調(diào)系統(tǒng)，與其他空調(diào)系統(tǒng)的不同之處是冰場(chǎng)專用空調(diào)系統(tǒng)有溫度自動(dòng)控制功能，保證在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中制冰機(jī)組的環(huán)境溫度恒定在-10～+5℃之間[4]。

3.2 試驗(yàn)用冰

①在冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試中，由于冰的吸熱特性和溫度的變化，一般在冰的表面溫度達(dá)到0℃時(shí)，冰表面的溫度為-1.5℃；在0℃時(shí)，冰表面的溫度為-0.9℃；在-1.2℃時(shí)，冰表面的溫度為-0.9℃。②試驗(yàn)用冰應(yīng)取自室外環(huán)境下低于0℃的環(huán)境，并且要求所用冰表面具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。③在室外環(huán)境下選取的冰，應(yīng)確保其不含冰碴、冰片和冰片，且其總質(zhì)量不大于40 kg；④所取冰料的粒度應(yīng)符合 GB/T 24557-2009 《用于制造熱交換器用工業(yè)用冰》規(guī)定；⑤試驗(yàn)用冰應(yīng)根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目要求進(jìn)行選擇。

3.3 制冷系統(tǒng)

首先測(cè)試時(shí)的溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速應(yīng)與制冷系統(tǒng)的運(yùn)行工況相一致，當(dāng)制冷系統(tǒng)有輔助熱源時(shí)，應(yīng)注意輔助熱源的熱量不能影響制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行，輔助熱源溫度應(yīng)與制冷系統(tǒng)運(yùn)行工況相一致[5]。

其次在測(cè)試過(guò)程中應(yīng)注意對(duì)輔助熱源的測(cè)量和控制，如果出現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警或出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)立即停止測(cè)試，并重新進(jìn)行測(cè)試。

再者測(cè)試前應(yīng)檢查制冷系統(tǒng)管路、閥門等是否有泄漏點(diǎn)，并進(jìn)行檢查和修復(fù)。

最后制冷系統(tǒng)各部分的溫度不能太低，在測(cè)試過(guò)程中若出現(xiàn)溫度過(guò)低的情況時(shí)，應(yīng)檢查和修復(fù)各個(gè)管路、閥門等處是否有泄漏點(diǎn)，同時(shí)還需檢查和修復(fù)各個(gè)部件之間的連接螺栓、墊圈等處是否有松動(dòng)。

3.4 試驗(yàn)用水

對(duì)于冰場(chǎng)用制冰機(jī)組，其運(yùn)行的環(huán)境是非常惡劣的，特別是夏季時(shí)，氣溫高達(dá)40℃，對(duì)系統(tǒng)管路、設(shè)備、水泵等部件都會(huì)造成一定的損害，尤其是低溫條件下運(yùn)行，系統(tǒng)中的管路和設(shè)備很容易出現(xiàn)結(jié)冰的情況。

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，由于冰場(chǎng)用制冰機(jī)組使用了不同于傳統(tǒng)冷卻塔或水循環(huán)制冷系統(tǒng)的新型制冷系統(tǒng)，所以在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)要特別注意對(duì)于使用水作為制冷系統(tǒng)循環(huán)冷卻水的冰機(jī)組來(lái)說(shuō)，由于冰層與冷卻塔或水管、閥門、水泵等設(shè)備相接觸，會(huì)產(chǎn)生冷凝水；

3.5 試驗(yàn)臺(tái)

在冰場(chǎng)用制冰機(jī)組的性能測(cè)試方法中，試驗(yàn)臺(tái)的安裝位置非常重要，應(yīng)該注意在試驗(yàn)臺(tái)的安裝過(guò)程中，應(yīng)注意避免機(jī)組發(fā)生震動(dòng)，影響設(shè)備運(yùn)行。由于不同廠家生產(chǎn)的冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法中對(duì)溫度測(cè)試點(diǎn)的要求不同，所以試驗(yàn)臺(tái)上的溫度測(cè)試點(diǎn)不能完全照搬國(guó)外廠家所提供的數(shù)據(jù)，而應(yīng)根據(jù)冰場(chǎng)用制冰機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況，選取合適的溫度測(cè)試點(diǎn)。

為了保證冰的溫度測(cè)試結(jié)果能夠真實(shí)反映冰場(chǎng)用制冰機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，試驗(yàn)臺(tái)上需要放置若干個(gè)溫度傳感器，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控冰的溫度。同時(shí)應(yīng)在試驗(yàn)臺(tái)上安裝紅外熱像儀，以便對(duì)水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4 冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法應(yīng)用策略

4.1 實(shí)驗(yàn)工況

為了保證冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法能夠真實(shí)地反映設(shè)備運(yùn)行狀況，試驗(yàn)條件應(yīng)嚴(yán)格按照 GB/T 17137-1998 《冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法》中所規(guī)定的冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法中所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①實(shí)驗(yàn)工況的實(shí)際運(yùn)行溫度應(yīng)高于所選用設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度，以保證設(shè)備能夠正常運(yùn)行；②在進(jìn)行制冷制熱效果對(duì)比時(shí)，應(yīng)先對(duì)被測(cè)試設(shè)備進(jìn)行制冷制熱試驗(yàn)，以確定其是否滿足所選設(shè)備的性能指標(biāo)要求；③在進(jìn)行水冷卻和冰冷卻對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先對(duì)被測(cè)試設(shè)備進(jìn)行冷卻實(shí)驗(yàn)，以確定其是否滿足所選設(shè)備的性能指標(biāo)要求。

4.2 設(shè)備溫度

在冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法中，設(shè)備溫度是一個(gè)非常重要的參數(shù)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：①在進(jìn)行設(shè)備制冷制熱效果對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選取相對(duì)較低的溫度進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定所選用的設(shè)備是否滿足設(shè)計(jì)要求；②在進(jìn)行水冷卻和冰冷卻對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選取相對(duì)較低的溫度進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定所選用的設(shè)備是否滿足設(shè)計(jì)要求；③在進(jìn)行設(shè)備冷卻實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選取相對(duì)較低的溫度進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定所選用的設(shè)備是否滿足設(shè)計(jì)要求；④在進(jìn)行冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試時(shí)，應(yīng)選取相對(duì)較高的溫度進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定所選用的設(shè)備是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 測(cè)試結(jié)果分析

具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：①設(shè)備的制冷量及制熱量是否滿足設(shè)計(jì)要求；②設(shè)備的蒸發(fā)溫度及冷凝溫度是否滿足設(shè)計(jì)要求；③設(shè)備的蒸發(fā)溫度及冷凝溫度是否符合設(shè)計(jì)要求；④設(shè)備的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度是否滿足設(shè)計(jì)要求；⑤設(shè)備的冷凝器出水溫度和蒸發(fā)器出水溫度是否符合設(shè)計(jì)要求；⑥設(shè)備的進(jìn)、出水壓力、流量、溫差以及總負(fù)荷等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求。

4.4 其他注意事項(xiàng)

在進(jìn)行冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法中，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①當(dāng)室外環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)將設(shè)備的測(cè)試時(shí)間縮短為10min，并在測(cè)試結(jié)束后及時(shí)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定所選用的設(shè)備是否滿足設(shè)計(jì)要求；②當(dāng)室外環(huán)境溫度高于5℃時(shí)，應(yīng)將設(shè)備的測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)為20min，并在測(cè)試結(jié)束后及時(shí)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定所選用的設(shè)備是否滿足設(shè)計(jì)要求；③當(dāng)室外環(huán)境溫度高于10℃時(shí)，應(yīng)將設(shè)備的測(cè)試時(shí)間縮短為10min，并在測(cè)試結(jié)束后及時(shí)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定所選用的設(shè)備是否滿足設(shè)計(jì)要求；④當(dāng)室外環(huán)境溫度高于15℃時(shí)，應(yīng)將設(shè)備的測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)為30min。

5 結(jié)束語(yǔ)

在冰場(chǎng)用制冰機(jī)組性能測(cè)試方法中，設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)是在進(jìn)行各種測(cè)試條件下得出的，因此，研究人員應(yīng)該通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析來(lái)確定所選用的設(shè)備是否滿足設(shè)計(jì)要求。