冰蓄冷系統(tǒng)能耗檢測方法淺析

林東超， 王 恒

（杭州華電華源環(huán)境工程有限公司 技術(shù)中心，浙江 杭州 310030）

0 引言

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，空調(diào)系統(tǒng)在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用越來越廣泛,相應(yīng)地空調(diào)系統(tǒng)的能耗也迅速增大，已成為建筑能耗的重要組成部分，夏季高峰值約占建筑總能耗的40%左右。因此，減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗已成為十分緊迫的問題。為了降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，出現(xiàn)了各式各樣的空調(diào)系統(tǒng)，其中冰蓄冷冷源系統(tǒng)以其在發(fā)達(dá)城市能夠削峰填谷等特點(diǎn)迅速發(fā)展并完善，冰蓄冷系統(tǒng)是否真正達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求，需要在竣工后的使用中進(jìn)行現(xiàn)場測試。針對冰蓄冷系統(tǒng)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求提供一套能耗檢測的方法，并在實(shí)際工程中運(yùn)用及驗(yàn)證。

1 冰蓄冷系統(tǒng)簡介及系統(tǒng)組成

冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)是在常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上多加一套蓄冰裝置，利用夜間低谷用電時段開啟制冷機(jī)組，將蓄冰裝置中的水制成冰，白天在空調(diào)用電高峰時段利用融冰取冷滿足部分空調(diào)負(fù)荷，宏觀上起到調(diào)峰移谷，微觀上在提高室內(nèi)空調(diào)品質(zhì)的同時大大降低用戶運(yùn)行費(fèi)用的作用。

冰蓄冷系統(tǒng)的設(shè)備組成包括制冷機(jī)組、冷卻塔、蓄冰裝置、水泵、板式換熱器及其他附屬設(shè)備，其中制冷機(jī)組、冷卻塔、水泵為系統(tǒng)主要耗電設(shè)備，其直接影響整個系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)節(jié)能，進(jìn)行能耗檢測時，考核標(biāo)準(zhǔn)主要以設(shè)備效率為基準(zhǔn)，另外蓄冰裝置作為冰蓄冷系統(tǒng)的核心設(shè)備，其能耗間接影響耗電設(shè)備是否能正常運(yùn)行，蓄冰裝置能否達(dá)到設(shè)計要求，是削峰填谷轉(zhuǎn)移的重要保證。

2 制冷機(jī)組能耗檢測

2.1 制冷機(jī)組能耗要求

蓄冷制冷機(jī)特性要求見表1。

表1 蓄冷冷水機(jī)組特性[4]Tab.1 Characteristics of cold storage refrigeration unit

2.2 制冷機(jī)組能耗檢測方法

制冷機(jī)組能耗檢測是利用供回水溫差和載冷流量產(chǎn)生的能量值計算負(fù)荷輸出，如圖1所示，負(fù)荷值與實(shí)時用電量的比值為制冷機(jī)組的實(shí)際COP值。

式中F—流量，m3/h；

Q—負(fù)荷值，kW；

t1—主機(jī)出口溫度，℃；

t2—主機(jī)進(jìn)口溫度，℃。

圖1 制冷機(jī)組檢測點(diǎn)設(shè)置示意圖Fig.1 Test point setting diagram of refrigerating unit

某項(xiàng)目主機(jī)測試的記錄表見表2。

表2 主機(jī)COP測試記錄Tab.2 COPtest record of refrigeration unit

制冷機(jī)組制冰工況末期主機(jī)會因回水溫度降低和溫差變小而減載，如圖2所示，主機(jī)電流降低致使制冰末期主機(jī)達(dá)不到設(shè)計要求制冰量，此時需要對主機(jī)減載設(shè)定溫度進(jìn)行調(diào)整，以避免主機(jī)末期減載。

3 蓄冰裝置性能檢測

3.1 蓄冰裝置性能要求

蓄冰裝置為冰蓄冷系統(tǒng)的核心設(shè)備，其能耗對系統(tǒng)節(jié)能節(jié)費(fèi)有直接影響，在設(shè)計工況下，主機(jī)夜間制冰能力充足，若蓄冰裝置無法完整接受主機(jī)的制冰量，將會影響系統(tǒng)夜間谷電的利用，而提高系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。蓄冰裝置的主要技術(shù)指標(biāo)有蓄冰容量和融冰速率。這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的檢測需要在有負(fù)荷的情況下進(jìn)行2～3次的完整制冰、融冰過程。

圖2 制冷機(jī)組制冰工況電流記錄曲線Fig.2 Current recording curve of refrigerating unit during ice making

蓄冰裝置的制冰量檢測結(jié)果應(yīng)與設(shè)計采購時標(biāo)定的蓄冰裝置容量相符，融冰速率應(yīng)滿足日間負(fù)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%。

3.2 蓄冰裝置性能檢測方法

3.2.1 做好測試前準(zhǔn)備工作

確定測試條件是否滿足設(shè)計要求，包括室外環(huán)境溫濕度、系統(tǒng)單機(jī)、聯(lián)機(jī)調(diào)試正常、有足夠負(fù)荷進(jìn)行融冰等；確定設(shè)備具體指標(biāo)，包括主機(jī)額定制冰量、制冰時間、制冰結(jié)束溫度、制冰流量、融冰出水溫度、融冰流量等。

3.2.2 制冰測試

將系統(tǒng)設(shè)定至制冰工況開啟主機(jī)制冰，記錄主機(jī)進(jìn)出水溫、壓力、工作電流，記錄系統(tǒng)實(shí)時流量、各監(jiān)測點(diǎn)溫度，記錄蓄冰裝置進(jìn)出水溫、液位變化情況。

圖3 蓄冰裝置檢測點(diǎn)設(shè)置示意圖Fig.3 Test point setting diagram of ice storage device

蓄冰裝置實(shí)時的冰量由溫度傳感器Tg1、Tg3和流量傳感器Fg三個監(jiān)測點(diǎn)取得的參數(shù)計算，計算公式與式（1）相同。表3是一次制冰測試記錄數(shù)據(jù)。

蓄冰裝置制冰工況下實(shí)測制冰量為配合主機(jī)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(shè)計過程中，為配合白天尖峰負(fù)荷時的融冰需求，蓄冰裝置的容量會大于主機(jī)夜間的總制冰量，比如雙工況主機(jī)額定制冰能力為2057kW，4臺主機(jī)開啟8h的額定制冰量為65820kWh，但選型時，蓄冰槽設(shè)備總?cè)萘窟_(dá)69337kWh，65820kWh為8h內(nèi)主機(jī)的額定制冰量，69337kWh為蓄冰槽的最大可蓄冰容量。實(shí)測過程是檢測主機(jī)擬合蓄冰裝置以后，在限定時間內(nèi)的制冰量。

檢測蓄冰裝置的額定蓄冰量時，需要實(shí)時監(jiān)測蓄冰盤管的冰柱，當(dāng)盤管內(nèi)冰柱正好搭接時，為蓄冰裝置制滿冰狀態(tài)，如圖4所示，讀取冰量傳感器最終數(shù)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。

表3 蓄冰裝置制冰過程測試記錄Tab.3 Test record of ice making process in ice storage device

圖4 冰柱搭接示意圖Fig.4 Diagram of an ring ice connection

4 水泵能耗檢測

4.1 水泵能耗要求

水泵的主要參數(shù)有水泵流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速、功率、效率，其中水泵的流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速為系統(tǒng)設(shè)計時根據(jù)需求選用，水泵功率、效率按國家規(guī)定泵能效限定值[5]確定。

表4 某項(xiàng)目水泵能效限定Tab.4 Water pump energy efficiency restricted value

4.2 水泵能耗檢測方法

根據(jù)水泵實(shí)時運(yùn)行的流量、揚(yáng)程、電機(jī)電流等，測算水泵效率，測試時調(diào)整水泵出口閥門的開度，將水泵流量調(diào)整至設(shè)計工況下的流量，讀取水泵前后壓力表壓力值，使用已有的電量表讀取水泵實(shí)時的耗電量。

圖5 水泵檢測點(diǎn)設(shè)置示意圖Fig.5 Test point setting diagram of water pump

效率計算公式：

式中η—泵效率，%；

ρ—密度，kg/m3；

g—重力加速度，9.81m/s2；

H—揚(yáng)程，m；

Pa—輸入功率，kW。

表5 某項(xiàng)目水泵能耗檢測結(jié)論Tab.5 Water pump energy consumption test conclusion

5 系統(tǒng)綜合能效檢測

系統(tǒng)綜合能效檢測是檢測整個冰蓄冷系統(tǒng)的輸出能力與輸入電量的比值，冰蓄冷系統(tǒng)利用水變成冰的相變儲存冷量，儲存和釋放冷量有一個能量二次轉(zhuǎn)換，就單一一個冰蓄冷系統(tǒng)而言，冰蓄冷系統(tǒng)的能耗會高于主機(jī)直供的空調(diào)系統(tǒng)，但就一個城市而言，合理的峰谷用電分配是對節(jié)約能源是有利的，所以在冰蓄冷系統(tǒng)中，控制峰谷電用量是冰蓄冷系統(tǒng)節(jié)能節(jié)費(fèi)的重點(diǎn)，峰谷電量的轉(zhuǎn)移在系統(tǒng)設(shè)計階段已經(jīng)基本確認(rèn)，系統(tǒng)運(yùn)行時，仍需考慮整體系統(tǒng)的綜合能效值，確保主機(jī)、水泵、冷卻塔等用電設(shè)備在用最少電量的情況下，產(chǎn)出最大的冷量。

5.1 系統(tǒng)綜合能效檢測方法

綜合能效檢測以天為單元，需進(jìn)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(shí)時跟蹤記錄的數(shù)據(jù)包括末端累計的負(fù)荷輸出和系統(tǒng)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(tǒng)工程同步安裝，測試時由監(jiān)測的電氣元件實(shí)時記錄數(shù)據(jù)并保存。

系統(tǒng)累計負(fù)荷輸出值檢測時，在系統(tǒng)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(shí)時的負(fù)荷值并記錄。

系統(tǒng)累計耗電量檢測時，在設(shè)備配電柜總線設(shè)置多功能電量表進(jìn)行實(shí)時檢測并記錄，如圖7所示。

獲取實(shí)時記錄的負(fù)荷輸出值和耗電量后，可計算出系統(tǒng)的綜合能效值，表6和表7是某項(xiàng)目檢測記錄節(jié)選。

圖6 數(shù)據(jù)處理示意圖Fig.6 Diagram of data processing

圖7 多功能智能電表安裝示意圖Fig.7 Diagram of multi-function intelligent meter installation

表6 某項(xiàng)目能耗記錄統(tǒng)計Tab.6 A statistical record for the energy consumption

表7 系統(tǒng)運(yùn)行綜合能效Tab.7 Integrated energy efficiency of system operation

對實(shí)測數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，找出不同負(fù)荷率工況下運(yùn)行與設(shè)計值的差距，逐級向上分析，找出運(yùn)行能耗超標(biāo)的原因所在，并采取相應(yīng)措施，降低系統(tǒng)能耗。

6 結(jié)論

空調(diào)用電在城市用電結(jié)構(gòu)中占比越來越大，隨著生活品質(zhì)的提高，作為舒適性冷源的冰蓄冷系統(tǒng)技術(shù)已非常成熟，但冰蓄冷系統(tǒng)能耗是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求，還需一套完善的檢測方法，經(jīng)實(shí)際工程測試案例的比對，總結(jié)出一些可靠可行的方法，可以定量化分析冰蓄冷系統(tǒng)能否達(dá)到預(yù)期，可為后期運(yùn)營使用提供一個節(jié)能、節(jié)費(fèi)的判斷依據(jù)。

[1]GB 50189-2015,公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB 50736-2012,民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GBT 18430.1-2007,蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組[S].

[4]JGJ 158-2008,蓄冷空調(diào)工程技術(shù)規(guī)程條文說明[S].

[5]GB 19762-2007,清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值[S].