基于當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報的冰蓄冷控制策略研究

李悅

上海同悅節(jié)能科技有限公司

0 前言

目前隨著全球?qū)﹄娏δ茉吹男枨笠约肮?jié)能減碳的目標(biāo)，我國也在積極出臺政策應(yīng)對城市對電力的需求，各地紛紛出臺峰谷電價政策，而冰蓄冷系統(tǒng)可以有效的轉(zhuǎn)移電力高峰，平衡電網(wǎng)負(fù)荷[1]。有學(xué)者提出了基于全蓄冷量和蓄冷量的優(yōu)化策略[2]。而針對傳統(tǒng)的冰蓄冷系統(tǒng)本身并不節(jié)能，為了降低其能耗，本文提出利用當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報來預(yù)測和優(yōu)化冰蓄冷的融冰和蓄冰策略，從而使系統(tǒng)達(dá)到更節(jié)能的目的。

本文將以陜西某超高層已有的冰蓄冷設(shè)計為研究基礎(chǔ)，其空調(diào)系統(tǒng)按建筑高、中、低三個區(qū)的負(fù)荷分布情況進(jìn)行設(shè)計，其具體環(huán)路設(shè)計如圖1 所示。

圖1 冰蓄冷系統(tǒng)環(huán)路示意圖

1 分析方法

1.1 技術(shù)路線

利用e-QUEST 軟件對建筑全年能耗進(jìn)行8760 個小時的模擬，得出空調(diào)冷負(fù)荷與天氣的關(guān)系，分析不同天氣狀況下的蓄冰策略。最后，根據(jù)特定的天氣狀況及該天氣下的建筑全天逐時冷負(fù)荷，基于分時電價的變化，分析最經(jīng)濟(jì)的融冰策略。

本報告研究的主要技術(shù)路線圖如下：首先，基于典型氣象年數(shù)據(jù)，將空調(diào)期的氣象數(shù)據(jù)按照日平均溫度分為以下幾個區(qū)段，分為18℃以下、18～20℃、20～22℃、22～24℃、24～26℃、26～28℃、28℃以上。其次，分析各類氣象數(shù)據(jù)的特征及天氣狀態(tài)。然后，計算建筑空調(diào)逐時冷負(fù)荷，并分別統(tǒng)計出各類天氣類別下的空調(diào)冷負(fù)荷。最后，基于各類天氣狀況下的空調(diào)冷負(fù)荷，分析其對應(yīng)的蓄冰及融冰策略。

1.2 空調(diào)冷負(fù)荷拆分說明

根據(jù)當(dāng)?shù)胤謺r電價，將全天累計空調(diào)冷負(fù)荷拆分為早峰值電價累計冷負(fù)荷（早峰值冷負(fù)荷）、晚峰值電價累計冷負(fù)荷（晚峰值冷負(fù)荷）、平值電價累計冷負(fù)荷（平值冷負(fù)荷）（圖2），以便后面在分析融冰策略時確定融冰的時間段。

圖2 建筑冷負(fù)荷拆分說明圖

1.3 冰蓄冷系統(tǒng)運行控制邏輯

本項目的冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計時要求冰蓄冷系統(tǒng)優(yōu)先滿足高區(qū)和中區(qū)的冷量需求，因此為了使冰蓄冷系統(tǒng)的運行效果最佳，應(yīng)盡可能的在高峰電價時段進(jìn)行融冰供冷，以確定冰蓄冷系統(tǒng)在不同天氣狀況下的蓄冰率，使冰蓄冷系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用。本項目冰蓄冷系統(tǒng)運行控制邏輯如圖3 所示。

圖3 冰蓄冷系統(tǒng)運行控制邏輯

2 天氣特征分析

2.1 氣象數(shù)據(jù)處理說明

根據(jù)經(jīng)驗，假定4.15～10.15 為空調(diào)制冷期，對此期間的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

利用試算的方法，將日平均溫度按2℃溫度梯度分級，依次分為日平均溫度低于18℃、18～20℃、20～22℃、22～24℃、24～26℃、26～28℃、高于28℃。

分別統(tǒng)計出4.15～10.15 期間各個日平均溫度段內(nèi)的日期（僅包含工作日，不包含周六、周日的數(shù)據(jù)）。

分別對各個日平均溫度段內(nèi)的逐時干球溫度、冷負(fù)荷進(jìn)行分析。

2.2 氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)以上方法，可以得出不同日平均溫度空調(diào)期的頻譜分布圖，如圖4 所示。

圖4 日平均溫度空調(diào)期的頻譜分布圖

2.3 各工況下的逐時干球溫度變化分析

由圖4 可知，在分析冰蓄冷系統(tǒng)的運行策略時，僅需考慮日平均溫度高于20℃的情況，日平均溫度低于20℃時，無需空調(diào)，進(jìn)行自然通風(fēng)即可。

圖4 日逐時干球溫度變化

3 建筑冷負(fù)荷分析

為了進(jìn)一步分析冰蓄冷系統(tǒng)的蓄冰及融冰策略，先對各日平均溫度區(qū)間下典型日的空調(diào)冷負(fù)荷進(jìn)行分析，以下僅列出典型的工況（圖5～7 及表1）。

圖5 日平均溫度26℃～28℃時晴天冷負(fù)荷

圖6 日平均溫度26℃～28℃時陰雨天冷負(fù)荷

圖7 日平均溫度高于28℃時晴天冷負(fù)荷

表1 各工況空調(diào)冷負(fù)荷統(tǒng)計

由圖5～7 及表1 可知，空調(diào)逐時冷負(fù)荷在晴天時存在較明顯早峰值和晚峰值冷負(fù)荷，其變化趨勢與當(dāng)?shù)胤謺r電價的變化趨勢趨于一致。空調(diào)逐時冷負(fù)荷在陰雨天時沒有明顯的峰值和谷值的出現(xiàn)，全天空調(diào)逐時冷負(fù)荷變化趨勢較為平緩，依據(jù)空調(diào)負(fù)荷在不同天氣狀況下的變化特點，相應(yīng)的制定冰蓄冷系統(tǒng)的融冰策略。

4 蓄冰及融冰策略分析

分別對對各工況下晴天和陰雨天冷負(fù)荷的構(gòu)成進(jìn)行分析（圖8），具體工況如下：工況1：日平均干球溫度為20～22℃，工況2：日平均干球溫度為22～24℃，工況3：日平均干球溫度為24～26℃，工況4：日平均干球溫度為26～28℃，工況5：日平均干球溫度高于28℃。

圖8 融冰策略分析圖

根據(jù)以上對各個工況下融冰策略的分析，可以得出各工況下的融冰時各環(huán)路的開啟控制策略，具體如表2 所示。

表2 各工況下的環(huán)路控制開啟表

5 結(jié)論

本文分析了該項目所處地區(qū)典型氣象年的氣象數(shù)據(jù)，并對空調(diào)期建筑逐時冷負(fù)荷的變化進(jìn)行預(yù)測，分別得出了各個工況晴天和陰雨天的負(fù)荷特點，據(jù)此，對各個工況下蓄冰策略和融冰策略逐一進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

1）當(dāng)日平均溫度低于20℃時，不需開啟空調(diào)，進(jìn)行自然通風(fēng)即可。當(dāng)日平均溫度高于20℃時，需開啟空調(diào)。

2）日平均溫度高于28℃時，天氣狀況基本可以按晴天處理，全天逐時空調(diào)負(fù)荷均較大，累計空調(diào)負(fù)荷很高。

3）基于不同天氣狀況下的建筑負(fù)荷分析，本報告制定了各工況下的融冰運行策略。詳細(xì)策略參見表2。