区域供冷供热系统能耗测试与分析

2016-12-05李伟王砚李君

天津建设科技 2016年5期

□文/李伟王砚李君

区域供冷供热系统能耗测试与分析

□文/李伟王砚李君

针对城市大规模单体建筑群的负荷特性，建立了基于地埋管路复合冰蓄冷技术的大型集中能源站。系统能耗测试的基本思路是从影响能耗的因素入手，分析系统的有效冷热量、各耗能设备的电量消耗，逐步扩展到整个系统的能耗评价。通过对能源站系统能耗的测试与分析，实际运行情况基本上与理论计算吻合。

区域；供冷；供热；能耗；测试；集中能源站

系统运行能耗测试是对系统进行能效分析、优化运行策略、减少运行费用的必要途径，在测试的过程中需要制定相应的测试方法，准备相应的测试工具，测试方式和测试结果是后期优化运行和节能改造的依据。

测试的对象是天津文化中心南区能源站区域供冷供热系统，目的是通过实际运行的数据分析，对系统的实际运行能耗进行诊断，分析不同工况下的主要设备的能耗状况，了解其运行的效率，与理论分析的系统能耗进行对比，评估系统的可靠性。通过运行策略的调整，提高系统的能效，改善系统的经济性。

测试主要内容是区域供冷（热）/系统的有效供冷（热）/量和区域供冷（热）/系统设备的电量消耗。

1　测试方案

系统中各管路中布置了一系列的温度、流量传感器，对系统运行中逐时的参数均上传到数据监控中心，电脑对系统的数据自动进行采集。根据系统的数据自动采集功能，对所需要的数据进行处理分析。

1.1测量仪表

系统测量仪表性能均满足测量的要求，见表1。

表1　工程测试仪器

1.2系统基本参数测量

1）管路温度的测量。管道系统内需要测量温度值的部位设置为铂电阻元件的温度传感器，包括主机冷凝器、主机蒸发器、地源侧进口水温、分水器各建筑物供水温度、各级板换进出口温度等共布置有29个温度传感器，利用测量显示仪显示测量的温度，利用数据采集软件每5 min采集一次数据并在电脑中记录下来。

2）管路流量的测定。管道系统内需要测量温度值的部位利用超声波流量计对系统管段进行流量监测，按照系统的测点布置，可以测定包括冷冻水流量、地源侧水泵的流量、融冰泵流量等在内的段管路流量，整个系统共有11个流量计，经标定后的精度为≤1%。

3）系统各设备电力参数的确定。系统中需要测量水泵的电力参数和冷水机组压缩机耗电的电力参数。测量设备为智能电表，对于每台水泵和每台冷水机组在配电柜中均有与之对应的智能电表，实时记录系统的能耗数据。

2　区域供冷系统能效测试

2.1测试结果

实际供冷量则为整个供冷季节的总供冷量，耗电量为整个季节的总耗电量，测试为从7月31日到9月16日的实测数据。

在测试期间利用小型气象站，对本地区环境干球温度进行测试，每5 min读取一个数据，测试期间室外最低温度12.3℃，最高温度34.6℃，平均温度24.2℃。测试结果见图1。

图1　夏季测试期间室外空气干球温度

测试期间，系统逐时负荷范围主要集中在3 000～8 000 kW之间，冷负荷峰值为12 345 kW，晚间供冷负荷保持在1 400 kW左右，见图2。图2中出现负荷在0 kW左右的数据点是由于某些时段无供冷负荷所致。

图2　夏季实测系统瞬时冷负荷

结合每日耗电量记录数据见图3，根据测试结果得出夏季能效曲线见图4，夏季系统能效在2.98～3.35之间,系统平均能效为3.18。

图3　夏季实测系统逐日耗电量

图4　夏季实测系统能效曲线

2.2测试结果与理论计算结果对比与分析

测试期间，系统逐时负荷范围主要集中在3 000～8 000 kW之间，在设计负荷12%～30%区间。冷负荷峰值为12 345 kW左右，处于设计负荷的46%且晚间供冷负荷较大，负荷保持在1 400 kW左右。比设计日晚间负荷还大，与设计值略有不同，白天负荷偏小，晚间负荷偏大主要原因：

1）原有设计供冷建筑原博物馆（原博物馆沿用原有的中央空调系统）和控制中心没有供冷，这部分负荷占总负荷大约为25%左右；测试期间为第一次投入使用，人流量少，导致室内人员负荷和照明负荷降低；

2）夏天雨水较多，室外空气温度比典型年设计日气温平均降低。

系统的负荷区间采用在25%～50%的之间控制策略，实际运行策略与理论分析近似，系统运行模式主要为夜间双工况主机供冷，三工况主机制冰模式，白天主要为融冰单供冷模式。

理论计算中在25%负荷时的理论能效值为3.29，实测结果低于理论计算结果，其偏差在3.3%。偏差产生的原因：机房内新风机组供冷没有计量；板式换热器没有保温造成实际换热过程中的冷量损失大于计算值以及其他不可计算的冷损失造成。

3　冬季供热工况系统能效测试

3.1测试结果

测试数据为从12月5日到次年1月14日的实测数据。系统运行时优先使用市政热网供热，三工况热泵主机根据供回水温度和主机电流百分比控制加减。机载机并没有投入使用。

测试期间室外空气干球温度分布见图5。室外空气最高5.0℃，最低-14.6℃，平均-4.3℃。

图5　冬季测试期间室外空气干球温度分布

系统运行时优先使用市政热网供热量，三工况热泵主机，而机载机作为调节负荷使用。系统供热负荷见图6。测试日，不计市政热网供热量，热泵系统供热负荷区间在4 559～12 430 kW，系统运行在29%～79%设计负荷区间。

图6　实测热泵系统逐时热负荷

实测系统逐日耗电量见图7，图8为日平均能效曲线，系统冬季供热工况COP在3.29～3.63之间，系统平均能效为3.49。

图7　实测系统冬季逐日耗电量

图8　实测系统冬季逐日能效曲线

3.2测试结果与理论计算结果对比与分析

测试期间，热泵系统供热负荷区间在4 559～12 430 kW，系统运行在29%～79%设计负荷区间。热负荷峰值为12 430 kW，为设计负荷的79%。因原博物馆没有独立供暖，使得系统运行负荷区间比设计负荷区间降低20%，与设计工况相同。

理论计算中在75%、50%、25%负荷时的理论能效值为3.55、3.52、3.44，时间加权平均能效为3.48，实测结果略高于理论计算结果，其偏差在0.3%。因系统有市政热网补充热量，理论计算中机组及地源侧水泵和主机循环水泵功效均按照额定工况计算，系统在实际使用过程中与设计工况相同，根据系统供水温度采用加减机控制方式。系统实测能效略高于理论计算值，原因在于水泵散热在冬季运行时起到了有益的作用，是对系统热量的提升水泵，而在理论计算中并未考虑水泵温升。