分析如何確保冰蓄冷系統(tǒng)的使用效果

王興洋 許家鑫

摘 要：對(duì)環(huán)境的準(zhǔn)確預(yù)測是保證冰蓄冷系統(tǒng)使用效果的基礎(chǔ)，系統(tǒng)正確的運(yùn)營策略是保證冰蓄冷使用效果的條件。本文主要針對(duì)冰蓄冷系統(tǒng)預(yù)測的內(nèi)容和管理方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：冰蓄冷；氣象參數(shù)；逐時(shí)冷負(fù)荷；運(yùn)行策略

1、前言

用電負(fù)荷由多種用電情況所構(gòu)成，但是經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)在整體用電負(fù)荷重，民用建筑的電能消耗占主要部分，占用電總量的40%以上，而且集中在每日的用電峰值階段，對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷承載能力造成極大負(fù)擔(dān)。因此，防范峰值電力不足，平衡全天用電負(fù)荷是很有必要的，在諸多以電能存儲(chǔ)來解決電力峰谷差的成熟技術(shù)中，冰蓄冷技術(shù)以其出色的轉(zhuǎn)換效率，而成為改善電力供需關(guān)系最有效的措施。

設(shè)計(jì)蓄冷空調(diào)的前提條件是了解設(shè)計(jì)環(huán)境的負(fù)荷分布情況，主要設(shè)備的容量都是按照負(fù)荷參數(shù)設(shè)定的。但是全設(shè)計(jì)負(fù)荷在日常使用中出現(xiàn)的概率非常小，并且又由于分時(shí)、實(shí)時(shí)電價(jià)制度的引入，導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)營控制變得極為復(fù)雜。所以從設(shè)計(jì)到運(yùn)營控制的合理性是蓄冷系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)利益最大化首要解決的問題。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，蓄冷系統(tǒng)的使用滿意率普遍較低，因此正確運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更趨于合理性至關(guān)重要。

報(bào)告指出，一些蓄冷系統(tǒng)在降低電力峰值需求的同時(shí)卻顯著增加了全年電力總消耗。從而導(dǎo)致發(fā)電量增加，自然資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。冰蓄冷系統(tǒng)不但可以降低年能量消耗、峰值電力需求，還能減少年運(yùn)行費(fèi)用和對(duì)環(huán)境的影響。準(zhǔn)確的預(yù)測是蓄冰系統(tǒng)優(yōu)化和控制的基礎(chǔ)和前提，主要包括：室外逐時(shí)氣象參數(shù)的準(zhǔn)確預(yù)測；蓄冰系統(tǒng)本身設(shè)備建設(shè)布局合理性及運(yùn)營操作的科學(xué)性。

2、室外逐時(shí)氣象參數(shù)的準(zhǔn)確預(yù)測

室外溫度直接影響負(fù)荷大小、能量消耗和高峰期用電量。以往溫度預(yù)測算法大多建立在室外溫度按正弦曲線變化的假設(shè)上。但是全球“溫室效應(yīng)”和城市的“熱島”效應(yīng)的影響，需要對(duì)室外溫度變化做進(jìn)一步的研究。我們所指的室外溫度是針對(duì)某個(gè)實(shí)際建筑而言的，而氣象預(yù)報(bào)是一個(gè)大區(qū)域內(nèi)的整體平均，二者存在著差異。因此，需要一個(gè)有針對(duì)性的預(yù)測手段。

對(duì)于蓄冰系統(tǒng)，為了防止冰在熱天提前耗盡，一種預(yù)測熱天的辦法是觀察當(dāng)天早晨的氣溫，即主觀預(yù)測法。例如，如果上午8：00的溫度為29℃，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明當(dāng)天很可能接近“設(shè)計(jì)日”溫度。

用于客觀天氣預(yù)測的模型輸出統(tǒng)計(jì)可以給出精確的未來天氣預(yù)測，然而，這種方法需要大量的氣象數(shù)據(jù)和超級(jí)計(jì)算機(jī)；而不適于在線控制和實(shí)時(shí)控測。但是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)測室外溫度，并根據(jù)算法是未來幾個(gè)小時(shí)的逐時(shí)溫度；同時(shí)將室外溫度變化分為上升階段和下降階段，分別計(jì)算各時(shí)刻的形狀系數(shù)；二者共同用于室外溫度的預(yù)測，就會(huì)取得了較好的效果。

簡單的負(fù)荷預(yù)測方法是將當(dāng)天的負(fù)荷作為第二天冷負(fù)荷的預(yù)測值。而一般會(huì)采用了標(biāo)準(zhǔn)日、最熱日負(fù)荷預(yù)測器進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。這種方法實(shí)際上是將一定時(shí)期內(nèi)（如一個(gè)月）某一特殊的負(fù)荷圖樣作為該時(shí)期每天的負(fù)荷圖樣。此方法簡單、計(jì)算量小、比較適合于一般的工程應(yīng)用，對(duì)運(yùn)行管理水平要求不高，但遠(yuǎn)不能滿足優(yōu)化和控制的要求。

為了避免這些問題，可以試著采用基于實(shí)際空間響應(yīng)（負(fù)荷）而不是理論模型的預(yù)測函數(shù)。收集相關(guān)變量的歷史數(shù)據(jù)用于分析。將每一個(gè)變量，如：室外干球溫度、相對(duì)溫度、人射太陽輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、負(fù)荷等的數(shù)值記錄到數(shù)據(jù)文件中，最后采用多元線性回歸導(dǎo)出預(yù)測方程。

以上預(yù)測方法具有各自的特點(diǎn)，但是需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇合適的環(huán)境預(yù)測策略，才能為冰蓄冷工程的成功奠定下良好的基礎(chǔ)。

3、蓄冰系統(tǒng)本身設(shè)備建設(shè)布局的合理性及運(yùn)營操作的科學(xué)性性

作為冰蓄冷系統(tǒng)，主機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，也是系統(tǒng)制冷效率保證。但是由于制冰時(shí)主機(jī)的效率受到室外空氣參數(shù)系統(tǒng)設(shè)定的影響，達(dá)到設(shè)計(jì)蓄冰量所需要的時(shí)間可能超過或短于電力低谷時(shí)段，如果超過電力低谷時(shí)段，系統(tǒng)會(huì)在早晨電力平峰期甚至電力高峰期制冰，系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用會(huì)增加，如果短于電力低谷期，則會(huì)造成系統(tǒng)在達(dá)到設(shè)計(jì)蓄冰量以后無效或低效運(yùn)行（主機(jī)出口溫度很低），系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也會(huì)增加。所以應(yīng)該在電力低谷期，充分用足制冷機(jī)組制冰量和蓄冰設(shè)備的蓄冰能力，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的使用效果。

冰蓄冷的水系統(tǒng)流程有兩種：并聯(lián)流程和串聯(lián)流程。①并聯(lián)流程系統(tǒng)中主機(jī)與蓄冰裝置處于并聯(lián)位置，當(dāng)最大負(fù)荷時(shí)可以聯(lián)合供冷。該模式可以實(shí)現(xiàn)蓄冰、蓄冰并供冷、融冰供冷、主機(jī)直接供冷等多種運(yùn)行工況。特點(diǎn)：并聯(lián)流程在發(fā)揮主機(jī)和蓄冰設(shè)備的效率方面更為均衡，尤其在部分蓄冰的條件下，泵的能耗比串聯(lián)流程有所降低。②串聯(lián)流程系統(tǒng)中主機(jī)與蓄冰設(shè)備處于串聯(lián)位置，以一臺(tái)泵維持系統(tǒng)內(nèi)的乙二醇溶液循環(huán)，供應(yīng)空調(diào)所需的冷量。特點(diǎn)：串聯(lián)流程可保持恒定的供冷溫度，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，在自控方面也比并聯(lián)流程簡單。根據(jù)系統(tǒng)流程的特點(diǎn)及工程使用要求。

冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)備及流程的選擇及配置，只是在節(jié)能、移峰填谷、節(jié)約投資方面起到一定作用；真正做到節(jié)約運(yùn)行成本，同時(shí)還要注意系統(tǒng)運(yùn)行控制的正確方法，應(yīng)該注意一下問題：①根據(jù)用戶冷負(fù)荷的需求，按電費(fèi)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，自動(dòng)設(shè)置冰蓄冷系統(tǒng)最佳的運(yùn)行方式，降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用；②充分利用冰蓄冷裝置的容量，當(dāng)日應(yīng)盡量把所蓄的冰量用盡，以發(fā)揮夜間主機(jī)制冷的能力，減少白天運(yùn)行的容量。③自動(dòng)檢測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保障冰蓄冷主要設(shè)備正常、安全運(yùn)行、自動(dòng)記錄系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，顯示系統(tǒng)運(yùn)行流程圖和打印系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)報(bào)表。

4、結(jié)束語

準(zhǔn)確的預(yù)測是冰蓄冷系統(tǒng)優(yōu)化和控制的基礎(chǔ)和前提，而系統(tǒng)本身設(shè)備建設(shè)布局的合理性及運(yùn)營操作的科學(xué)性是保證冰蓄冷系統(tǒng)的根本，只有結(jié)合實(shí)際真實(shí)情況選擇合適的系統(tǒng)策略，才能有效的實(shí)現(xiàn)冰蓄冷系統(tǒng)的作用。

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