基于部分負荷率的區域供冷系統運行策略研究

董歲具　孫偉麗　楊泉

（1.鄭州市熱力總公司，河南鄭州　450000；2.河南省城鄉規劃設計研究總院有限公司，河南鄭州　450000）

基于部分負荷率的區域供冷系統運行策略研究

董歲具1孫偉麗2楊泉1

（1.鄭州市熱力總公司，河南鄭州450000；2.河南省城鄉規劃設計研究總院有限公司，河南鄭州450000）

以某區域供冷工程項目為例，應用模擬和理論計算，分析區域供冷系統的負荷特性及制冷機組的運行特性。基于融冰優先及制冷機組高負荷率運行的原則，提出在不同負荷率下的控制策略。結果表明，在優化運行策略下，機組的負載率提高，系統夏季節運行綜合能效SEER可達3.29；在100%、75%、50%、25%設計日負荷下，1kW·h負荷運行費用分別為0.22、0.21、0.18元及0.15元，系統運行的經濟成本較低。

區域供冷；冰蓄冷；部分負荷率；運行策略；能效比

近年來，區域供冷系統（District Cooling System，DCS）在國內多個重大項目中得以應用。但是，從實際運行效果來看節能性并不理想，多數項目存在售價過高，系統能效偏低等問題［1］。面對這樣的實際應用效果，不免讓人質疑區域供冷系統的節能價值和應用前景。

對于區域供冷系統，其不節能的原因主要在于受冷負荷特征和供冷技術的限制［2］。在實際運行中，系統大部分時間處于部分負荷狀態，因此系統的運行策略對于整個系統運行的能效及運行費用有著重要影響。本文通過某區域供冷工程實例，從系統能效和運行費用角度出發，提出了較優的控制策略。本項目為一集中式能源站，其服務于多個文化類單體建筑，總建筑面積為30.4萬m2，最大供冷半徑為500m。能源站設計日峰值供冷負荷26 866kW（其中基載冷負荷2 600kW）。

1　區域冷負荷特性分析

通過建筑逐時負荷計算不僅可以合理確定裝機容量，還是優化機組控制策略的前提。區域供冷系統負荷與單體建筑供冷系統不同，其負荷計算并非各建筑設計負荷的簡單疊加，而應考慮各建筑峰值負荷不同步和同時使用率的影響，對各建筑負荷進行逐時疊加。

采用TRNSYS建筑能效模擬軟件，建立建筑負荷模型，導入氣象參數文件，模擬得到建筑群的逐時冷負荷分布特征，如圖1、2所示。

2　區域供冷系統節能策略分析

2.1區域供冷系統設計

該系統為地源熱泵機組與冰蓄冷系統聯合供冷，擁有2臺螺桿地源熱泵機組作為基載機，它的單臺制冷量為1 344kW；4臺離心式三工況地源熱泵機組作為主機，在電力高峰時段制冷，低谷時段蓄冰，單臺名義制冷量為3 573kW，名義制冰量2 215kW。根據項目特點，冰蓄冷系統為串聯式、主機上游、外融冰、分量蓄冰模式。

圖1　供冷季逐時冷負荷

圖2　設計日逐時冷負荷

2.2運行原則

融冰優先；夜間蓄冰量等于白天融冰量；合理安排主機和冰槽的供冷量，盡可能在電價峰值時段使用蓄冷系統的冷量；結合機組的COP-PLR曲線優化設備開啟。

3　全年運行結果分析

不同時段電的價格分布情況對冰蓄冷系統的運行費用有很大的影響，本項目高峰時段為8：00-11：00、18：00-23：00，電價為1.21元/kW·h；低谷時段為23：00-7：00，電價為0.39元/kW·h；平谷時段為7：00-8：00、11：00-18：00，電價為0.79元/kW·h。根據運行原則及分時電價，系統在部分負荷下的運行策略分別見圖3～5。

圖3　100%設計日負荷運行策略

圖4　75%設計日負荷運行策略

圖5　50%設計日負荷下的控制策略

在整個供冷期中，在晚上，4臺離心式機組滿負荷蓄冰，1臺雙工況基載機根據負荷調節運行；在白天，實行制冷機組和蓄冰裝置聯合供冷模式。

根據系統在不同的負荷條件下的總負荷和總耗電量，計算出100%、75%、50%、25%設計日負荷的系統能效比分別為3.69、3.46、3.28、3.01，夏季供冷綜合能效比為3.29。隨著負荷率的降低，冰蓄冷融冰量所占系統比例越來越大，系統能效值越來越低，但運行費用也不斷降低。100%、75%、50%、25%設計日負荷下，1kW·h負荷運行費用分別為0.22、0.21、0.18元及0.15元。

4　結論

①根據全年動態負荷模擬結果，區域供冷系統大多數時間處于部分負荷狀態，案例項目負荷率在40%～60%區間的時間頻率占46.52%。②在優化運行策略下，機組的負載率及運行經濟性得以提高，系統夏季節運行綜合能效SEER可達3.29。③對于應用冰蓄冷技術的區域供冷系統的評價不能單純以系統能效為標準，需要輔助其他的評價標準（如運行費用）。

［1］朱穎心，王剛，江億.區域供冷系統能耗分析［J］.暖通空調，2008（1）：36-40.

［2］馬宏權，龍惟定.區域供冷系統的能源效率［J］.暖通空調，2008（11）：59-64.

Research on the Control Strategy of District Cooling System Based on Part-load Ratio

Dong Suiju1Sun Weili2Yang Quan1
（1.Zhengzhou Thermal Power Company，Zhengzhou Henan 450000；2.Henan Province Urban and Rural Planning and Design Institute Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

With an actual example of a district cooling project，by simulation and theoretical calculation，the load characteristic of the District Cooling System and the operation characteristic of water chillers were analysed.And then，based on the principle of ice-storage priority and refrigeration units running with high load rate，control strate?gies under different load characteristic conditions were put forward.The results showed that the optimal operation strategy improved the load rate of the unit，the system running SEER summer comprehensive energy efficiency could reach 3.29；Under the load of 100%，75%，50%and 25%design days，1kW·h load operation costs were 0.22，0.21，0.18 yuan and 0.15 yuan，the economic cost of system operation was low.

district cooling；ice storage；part load ratio；operation strategy；energy efficiency ratio

TU831

A

1003-5168（2016）08-0074-02

2016-07-06

董歲具（1981-），男，本科，工程師，研究方向：供熱工程。