冰蓄冷系統能耗檢測方法淺析

林東超， 王 恒

（杭州華電華源環境工程有限公司 技術中心，浙江 杭州 310030）

0 引言

隨著社會的發展和人們生活水平的提高，空調系統在現代建筑中的應用越來越廣泛,相應地空調系統的能耗也迅速增大，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，減少空調系統的能耗已成為十分緊迫的問題。為了降低空調系統能耗，出現了各式各樣的空調系統，其中冰蓄冷冷源系統以其在發達城市能夠削峰填谷等特點迅速發展并完善，冰蓄冷系統是否真正達到標準、規范的要求，需要在竣工后的使用中進行現場測試。針對冰蓄冷系統是否達到標準、規范的要求提供一套能耗檢測的方法，并在實際工程中運用及驗證。

1 冰蓄冷系統簡介及系統組成

冰蓄冷中央空調系統是在常規中央空調系統的基礎上多加一套蓄冰裝置，利用夜間低谷用電時段開啟制冷機組，將蓄冰裝置中的水制成冰，白天在空調用電高峰時段利用融冰取冷滿足部分空調負荷，宏觀上起到調峰移谷，微觀上在提高室內空調品質的同時大大降低用戶運行費用的作用。

冰蓄冷系統的設備組成包括制冷機組、冷卻塔、蓄冰裝置、水泵、板式換熱器及其他附屬設備，其中制冷機組、冷卻塔、水泵為系統主要耗電設備，其直接影響整個系統是否經濟節能，進行能耗檢測時，考核標準主要以設備效率為基準，另外蓄冰裝置作為冰蓄冷系統的核心設備，其能耗間接影響耗電設備是否能正常運行，蓄冰裝置能否達到設計要求，是削峰填谷轉移的重要保證。

2 制冷機組能耗檢測

2.1 制冷機組能耗要求

蓄冷制冷機特性要求見表1。

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

2.2 制冷機組能耗檢測方法

制冷機組能耗檢測是利用供回水溫差和載冷流量產生的能量值計算負荷輸出，如圖1所示，負荷值與實時用電量的比值為制冷機組的實際COP值。

式中F—流量，m3/h；

Q—負荷值，kW；

t1—主機出口溫度，℃；

t2—主機進口溫度，℃。

圖1 制冷機組檢測點設置示意圖Fig.1 Test point setting diagram of refrigerating unit

某項目主機測試的記錄表見表2。

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

制冷機組制冰工況末期主機會因回水溫度降低和溫差變小而減載，如圖2所示，主機電流降低致使制冰末期主機達不到設計要求制冰量，此時需要對主機減載設定溫度進行調整，以避免主機末期減載。

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。

圖2 制冷機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%。

3.2 蓄冰裝置性能檢測方法

3.2.1 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。

3.2.2 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。

圖3 蓄冰裝置檢測點設置示意圖Fig.3 Test point setting diagram of ice storage device

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。表3是一次制冰測試記錄數據。

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，如圖4所示，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。

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

水泵的主要參數有水泵流量、揚程、轉速、功率、效率，其中水泵的流量、揚程、轉速為系統設計時根據需求選用，水泵功率、效率按國家規定泵能效限定值[5]確定。

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

4.2 水泵能耗檢測方法

根據水泵實時運行的流量、揚程、電機電流等，測算水泵效率，測試時調整水泵出口閥門的開度，將水泵流量調整至設計工況下的流量，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時的耗電量。

圖5 水泵檢測點設置示意圖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—揚程，m；

Pa—輸入功率，kW。

表5 某項目水泵能耗檢測結論Tab.5 Water pump energy consumption test conclusion

5 系統綜合能效檢測

系統綜合能效檢測是檢測整個冰蓄冷系統的輸出能力與輸入電量的比值，冰蓄冷系統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換，就單一一個冰蓄冷系統而言，冰蓄冷系統的能耗會高于主機直供的空調系統，但就一個城市而言，合理的峰谷用電分配是對節約能源是有利的，所以在冰蓄冷系統中，控制峰谷電用量是冰蓄冷系統節能節費的重點，峰谷電量的轉移在系統設計階段已經基本確認，系統運行時，仍需考慮整體系統的綜合能效值，確保主機、水泵、冷卻塔等用電設備在用最少電量的情況下，產出最大的冷量。

5.1 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，如圖7所示。

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，表6和表7是某項目檢測記錄節選。

圖6 數據處理示意圖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 某項目能耗記錄統計Tab.6 A statistical record for the energy consumption

表7 系統運行綜合能效Tab.7 Integrated energy efficiency of system operation

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。

6 結論

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。

[1]GB 50189-2015,公共建筑節能設計標準[S].

[2]GB 50736-2012,民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[3]GBT 18430.1-2007,蒸氣壓縮循環冷水(熱泵)機組[S].

[4]JGJ 158-2008,蓄冷空調工程技術規程條文說明[S].

[5]GB 19762-2007,清水離心泵能效限定值及節能評價值[S].