冰蓄冷系統能耗檢測方法淺析

趙祎檬

【摘 要】目前，我國的經濟在快速的發展，社會在不斷的進步，簡述實際工程中檢測冰蓄冷系統能耗的一些方法，評價冰蓄冷系統的使用是否達到設計預期，以保證系統長期運行中能夠提高系統能效、降低運行費用。

【關鍵詞】冰蓄冷系統；制冷機組；蓄冰裝置；水泵；綜合能效

引言

冰蓄冷空調是平衡用電負荷，解決電力供應不足的有效途徑。該系統以其“移峰填谷”和“節省運行費用”的優勢獲得了電力部門和用戶的青睞，得到了廣泛的運用。對于冰蓄冷系統而言，合理控制冰蓄冷設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運行費用的關鍵因素。冰蓄冷優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制冷機組直接供冷和蓄冰裝置融冰供冷之間的比例，以最經濟的方式滿足空調負荷的要求。常規的控制方式有三種制冷機優先、蓄冰優先和優化控制[1]。但冷機優先無法發揮冰蓄冷系統“轉移負荷”能力；蓄冰優先會導致制冷機組長時間處于低負荷狀態不經濟合理；優化控制需要建立控制模型，求解復雜而且在工程中很難實現。本文將工程中常用的冷機優先策略和冷水機組逐臺啟動法相結合，提出一種優化和控制冰蓄冷系統的策略，并和常規空調系統比較分析，證實其經濟性和可行性。

1冰蓄冷空調系統

冰蓄冷空調系統是由制冷機組、冷卻塔、蓄冰灌、冷卻泵、冷凍泵、乙二醇泵、換熱器等組成。冰蓄冷空調系統原理圖如圖1所示。

圖1冰蓄冷空調系統原理圖

冰蓄冷空調系統有四種運行模式，包括冷機單蓄冰、冷機單供冷、蓄冷灌單供冷、冷機和蓄冰灌聯合供冷。冰蓄冷空調在晚間低電價時冷機單蓄冰，在白天高電價、高負荷時采用聯合供冷來滿足建筑物冷負荷需求。當建筑物冷負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，可以大大節約運行費用。各運行模式可以通過閥門及泵的開啟狀態進行轉換。

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的核心設備，其能耗對系統節能節費有直接影響，在設計工況下，主機夜間制冰能力充足，若蓄冰裝置無法完整接受主機的制冰量，將會影響系統夜間谷電的利用，而提高系統運行費用。蓄冰裝置的主要技術指標有蓄冰容量和融冰速率。這兩項技術指標的檢測需要在有負荷的情況下進行2～3次的完整制冰、融冰過程。蓄冰裝置的制冰量檢測結果應與設計采購時標定的蓄冰裝置容量相符，融冰速率應滿足日間負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冰蓄冷系統設備選型

冰蓄冷空調系統制冷機組的容量的確定與機組的運行模式有關。本文討論的是基于冷機優先的運行模式；同時根據本建筑負荷的特點，夜間存在一定的負荷需設一臺基載機組，基載機組的容量一般按夜間最大逐時負荷選擇。而一般為了充分利用基載的投資，在主機優先運行策略下，要求基載機組全天運行。所以在計算該雙工況機組和蓄冰裝置容量時要減去基載機的逐時制冷量，計算公式如下：（1）制冷機名義制冷量： （2）蓄冰裝置有效容量： 式中，Q為設計日的總負荷，kW；qj為逐時基載負荷，kW；D為白天制冷機在空調工況下的運行小時數，h；L為夜間制冷機在蓄冷工況下的運行小時數，h；K為制冷機蓄冷時制冷能力的變化率即實際制冷量與標定制冷量的比值；qc為制冷機空調工況下的制冷量，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）做好測試前準備工作確定測試條件是否滿足設計要求，包括室外環境溫濕度、系統單機、聯機調試正常、有足夠負荷進行融冰等；確定設備具體指標，包括主機額定制冰量、制冰時間、制冰結束溫度、制冰流量、融冰出水溫度、融冰流量等。2）制冰測試將系統設定至制冰工況開啟主機制冰，記錄主機進出水溫、壓力、工作電流，記錄系統實時流量、各監測點溫度，記錄蓄冰裝置進出水溫、液位變化情況。蓄冰裝置實時的冰量由溫度傳感器Tg1、Tg3和流量傳感器Fg三個監測點取得的參數計算，計算公式與式（1）相同。蓄冰裝置制冰工況下實測制冰量為配合主機制冰能力的制冰測試，而非蓄冰裝置的銘牌額定蓄冰量，往往在設計過程中，為配合白天尖峰負荷時的融冰需求，蓄冰裝置的容量會大于主機夜間的總制冰量，比如雙工況主機額定制冰能力為2057kW，4臺主機開啟8h的額定制冰量為65820kWh，但選型時，蓄冰槽設備總容量達69337kWh，65820kWh為8h內主機的額定制冰量，69337kWh為蓄冰槽的最大可蓄冰容量。實測過程是檢測主機擬合蓄冰裝置以后，在限定時間內的制冰量。檢測蓄冰裝置的額定蓄冰量時，需要實時監測蓄冰盤管的冰柱，當盤管內冰柱正好搭接時，為蓄冰裝置制滿冰狀態，讀取冰量傳感器最終數值，按式（1）計算直至冰柱搭接的累計蓄冰量，即為蓄冰裝置的額定蓄冰量。

3系統綜合能效檢測

3.1系統綜合能效檢測方法

綜合能效檢測以天為單元，需進行長期跟蹤記錄，一般以一個供冷期為一個周期，檢測過程需要實時跟蹤記錄的數據包括末端累計的負荷輸出和系統累計的耗電量，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工程同步安裝，測試時由監測的電氣元件實時記錄數據并保存。系統累計負荷輸出值檢測時，在系統供水或回水總管安裝流量計，在供回水總管分別安裝溫度傳感器，利用公式（1）計算實時的負荷值并記錄。系統累計耗電量檢測時，在設備配電柜總線設置多功能電量表進行實時檢測并記錄。獲取實時記錄的負荷輸出值和耗電量后，可計算出系統的綜合能效值。對實測數據與設計數據進行對比分析，找出不同負荷率工況下運行與設計值的差距，逐級向上分析，找出運行能耗超標的原因所在，并采取相應措施，降低系統能耗。

3.2典型負荷的運行策略

本工程的冰蓄冷空調按制冷機組逐時啟動臺數的機組優先控制方式運行。當日負荷較小，小于等于最大融冰供冷量時，該樓的全天空調負荷由融冰供冷基本可以滿足，不開啟制冷機組。當日負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，系統將依據實際的冷負荷需求，優先使用融冰供冷來滿足負荷要求，不足部分由制冷機組承擔；但在平價時段，優先使用制冷機組來供冷，不足部分由融冰供冷提供。但在擬定制冷機臺數時，需要計算制冷機輸出冷量的實際價格，考慮制冷機組的負荷率，保證輸出冷量的實際價格小于或等于基準價格，依據這一原則確定制冷機組的開啟臺數。

結語

空調用電在城市用電結構中占比越來越大，隨著生活品質的提高，作為舒適性冷源的冰蓄冷系統技術已非常成熟，但冰蓄冷系統能耗是否達到標準、規范的要求，還需一套完善的檢測方法，經實際工程測試案例的比對，總結出一些可靠可行的方法，可以定量化分析冰蓄冷系統能否達到預期，可為后期運營使用提供一個節能、節費的判斷依據。

參考文獻：

[1]GB50189-2015，公共建筑節能設計標準[S].

[2]GB50736-2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[3]GBT18430.1-2007，蒸氣壓縮循環冷水（熱泵）機組[S].

[4]JGJ158-2008，蓄冷空調工程技術規程條文說明[S].

[5]GB19762-2007，清水離心泵能效限定值及節能評價值[S].

（作者單位：杭州華電華源環境工程有限公司）