基于部分负荷率的区域供冷系统运行策略研究

董岁具　孙伟丽　杨泉

（1.郑州市热力总公司，河南郑州　450000；2.河南省城乡规划设计研究总院有限公司，河南郑州　450000）

基于部分负荷率的区域供冷系统运行策略研究

董岁具1孙伟丽2杨泉1

（1.郑州市热力总公司，河南郑州450000；2.河南省城乡规划设计研究总院有限公司，河南郑州450000）

以某区域供冷工程项目为例，应用模拟和理论计算，分析区域供冷系统的负荷特性及制冷机组的运行特性。基于融冰优先及制冷机组高负荷率运行的原则，提出在不同负荷率下的控制策略。结果表明，在优化运行策略下，机组的负载率提高，系统夏季节运行综合能效SEER可达3.29；在100%、75%、50%、25%设计日负荷下，1kW·h负荷运行费用分别为0.22、0.21、0.18元及0.15元，系统运行的经济成本较低。

区域供冷；冰蓄冷；部分负荷率；运行策略；能效比

近年来，区域供冷系统（District Cooling System，DCS）在国内多个重大项目中得以应用。但是，从实际运行效果来看节能性并不理想，多数项目存在售价过高，系统能效偏低等问题［1］。面对这样的实际应用效果，不免让人质疑区域供冷系统的节能价值和应用前景。

对于区域供冷系统，其不节能的原因主要在于受冷负荷特征和供冷技术的限制［2］。在实际运行中，系统大部分时间处于部分负荷状态，因此系统的运行策略对于整个系统运行的能效及运行费用有着重要影响。本文通过某区域供冷工程实例，从系统能效和运行费用角度出发，提出了较优的控制策略。本项目为一集中式能源站，其服务于多个文化类单体建筑，总建筑面积为30.4万m2，最大供冷半径为500m。能源站设计日峰值供冷负荷26 866kW（其中基载冷负荷2 600kW）。

1　区域冷负荷特性分析

通过建筑逐时负荷计算不仅可以合理确定装机容量，还是优化机组控制策略的前提。区域供冷系统负荷与单体建筑供冷系统不同，其负荷计算并非各建筑设计负荷的简单叠加，而应考虑各建筑峰值负荷不同步和同时使用率的影响，对各建筑负荷进行逐时叠加。

采用TRNSYS建筑能效模拟软件，建立建筑负荷模型，导入气象参数文件，模拟得到建筑群的逐时冷负荷分布特征，如图1、2所示。

2　区域供冷系统节能策略分析

2.1区域供冷系统设计

该系统为地源热泵机组与冰蓄冷系统联合供冷，拥有2台螺杆地源热泵机组作为基载机，它的单台制冷量为1 344kW；4台离心式三工况地源热泵机组作为主机，在电力高峰时段制冷，低谷时段蓄冰，单台名义制冷量为3 573kW，名义制冰量2 215kW。根据项目特点，冰蓄冷系统为串联式、主机上游、外融冰、分量蓄冰模式。

图1　供冷季逐时冷负荷

图2　设计日逐时冷负荷

2.2运行原则

融冰优先；夜间蓄冰量等于白天融冰量；合理安排主机和冰槽的供冷量，尽可能在电价峰值时段使用蓄冷系统的冷量；结合机组的COP-PLR曲线优化设备开启。

3　全年运行结果分析

不同时段电的价格分布情况对冰蓄冷系统的运行费用有很大的影响，本项目高峰时段为8：00-11：00、18：00-23：00，电价为1.21元/kW·h；低谷时段为23：00-7：00，电价为0.39元/kW·h；平谷时段为7：00-8：00、11：00-18：00，电价为0.79元/kW·h。根据运行原则及分时电价，系统在部分负荷下的运行策略分别见图3～5。

图3　100%设计日负荷运行策略

图4　75%设计日负荷运行策略

图5　50%设计日负荷下的控制策略

在整个供冷期中，在晚上，4台离心式机组满负荷蓄冰，1台双工况基载机根据负荷调节运行；在白天，实行制冷机组和蓄冰装置联合供冷模式。

根据系统在不同的负荷条件下的总负荷和总耗电量，计算出100%、75%、50%、25%设计日负荷的系统能效比分别为3.69、3.46、3.28、3.01，夏季供冷综合能效比为3.29。随着负荷率的降低，冰蓄冷融冰量所占系统比例越来越大，系统能效值越来越低，但运行费用也不断降低。100%、75%、50%、25%设计日负荷下，1kW·h负荷运行费用分别为0.22、0.21、0.18元及0.15元。

4　结论

①根据全年动态负荷模拟结果，区域供冷系统大多数时间处于部分负荷状态，案例项目负荷率在40%～60%区间的时间频率占46.52%。②在优化运行策略下，机组的负载率及运行经济性得以提高，系统夏季节运行综合能效SEER可达3.29。③对于应用冰蓄冷技术的区域供冷系统的评价不能单纯以系统能效为标准，需要辅助其他的评价标准（如运行费用）。

［1］朱颖心，王刚，江亿.区域供冷系统能耗分析［J］.暖通空调，2008（1）：36-40.

［2］马宏权，龙惟定.区域供冷系统的能源效率［J］.暖通空调，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

董岁具（1981-），男，本科，工程师，研究方向：供热工程。