冰蓄冷系统能耗检测方法浅析

林东超， 王 恒

（杭州华电华源环境工程有限公司 技术中心，浙江 杭州 310030）

0 引言

随着社会的发展和人们生活水平的提高，空调系统在现代建筑中的应用越来越广泛,相应地空调系统的能耗也迅速增大，已成为建筑能耗的重要组成部分，夏季高峰值约占建筑总能耗的40%左右。因此，减少空调系统的能耗已成为十分紧迫的问题。为了降低空调系统能耗，出现了各式各样的空调系统，其中冰蓄冷冷源系统以其在发达城市能够削峰填谷等特点迅速发展并完善，冰蓄冷系统是否真正达到标准、规范的要求，需要在竣工后的使用中进行现场测试。针对冰蓄冷系统是否达到标准、规范的要求提供一套能耗检测的方法，并在实际工程中运用及验证。

1 冰蓄冷系统简介及系统组成

冰蓄冷中央空调系统是在常规中央空调系统的基础上多加一套蓄冰装置，利用夜间低谷用电时段开启制冷机组，将蓄冰装置中的水制成冰，白天在空调用电高峰时段利用融冰取冷满足部分空调负荷，宏观上起到调峰移谷，微观上在提高室内空调品质的同时大大降低用户运行费用的作用。

冰蓄冷系统的设备组成包括制冷机组、冷却塔、蓄冰装置、水泵、板式换热器及其他附属设备，其中制冷机组、冷却塔、水泵为系统主要耗电设备，其直接影响整个系统是否经济节能，进行能耗检测时，考核标准主要以设备效率为基准，另外蓄冰装置作为冰蓄冷系统的核心设备，其能耗间接影响耗电设备是否能正常运行，蓄冰装置能否达到设计要求，是削峰填谷转移的重要保证。

2 制冷机组能耗检测

2.1 制冷机组能耗要求

蓄冷制冷机特性要求见表1。

表1 蓄冷冷水机组特性[4]Tab.1 Characteristics of cold storage refrigeration unit

2.2 制冷机组能耗检测方法

制冷机组能耗检测是利用供回水温差和载冷流量产生的能量值计算负荷输出，如图1所示，负荷值与实时用电量的比值为制冷机组的实际COP值。

式中F—流量，m3/h；

Q—负荷值，kW；

t1—主机出口温度，℃；

t2—主机进口温度，℃。

图1 制冷机组检测点设置示意图Fig.1 Test point setting diagram of refrigerating unit

某项目主机测试的记录表见表2。

表2 主机COP测试记录Tab.2 COPtest record of refrigeration unit

制冷机组制冰工况末期主机会因回水温度降低和温差变小而减载，如图2所示，主机电流降低致使制冰末期主机达不到设计要求制冰量，此时需要对主机减载设定温度进行调整，以避免主机末期减载。

3 蓄冰装置性能检测

3.1 蓄冰装置性能要求

蓄冰装置为冰蓄冷系统的核心设备，其能耗对系统节能节费有直接影响，在设计工况下，主机夜间制冰能力充足，若蓄冰装置无法完整接受主机的制冰量，将会影响系统夜间谷电的利用，而提高系统运行费用。蓄冰装置的主要技术指标有蓄冰容量和融冰速率。这两项技术指标的检测需要在有负荷的情况下进行2～3次的完整制冰、融冰过程。

图2 制冷机组制冰工况电流记录曲线Fig.2 Current recording curve of refrigerating unit during ice making

蓄冰装置的制冰量检测结果应与设计采购时标定的蓄冰装置容量相符，融冰速率应满足日间负荷小时最大融冰的使用要求，一般蓄冰装置的融冰速率为12%～18%。

3.2 蓄冰装置性能检测方法

3.2.1 做好测试前准备工作

确定测试条件是否满足设计要求，包括室外环境温湿度、系统单机、联机调试正常、有足够负荷进行融冰等；确定设备具体指标，包括主机额定制冰量、制冰时间、制冰结束温度、制冰流量、融冰出水温度、融冰流量等。

3.2.2 制冰测试

将系统设定至制冰工况开启主机制冰，记录主机进出水温、压力、工作电流，记录系统实时流量、各监测点温度，记录蓄冰装置进出水温、液位变化情况。

图3 蓄冰装置检测点设置示意图Fig.3 Test point setting diagram of ice storage device

蓄冰装置实时的冰量由温度传感器Tg1、Tg3和流量传感器Fg三个监测点取得的参数计算，计算公式与式（1）相同。表3是一次制冰测试记录数据。

蓄冰装置制冰工况下实测制冰量为配合主机制冰能力的制冰测试，而非蓄冰装置的铭牌额定蓄冰量，往往在设计过程中，为配合白天尖峰负荷时的融冰需求，蓄冰装置的容量会大于主机夜间的总制冰量，比如双工况主机额定制冰能力为2057kW，4台主机开启8h的额定制冰量为65820kWh，但选型时，蓄冰槽设备总容量达69337kWh，65820kWh为8h内主机的额定制冰量，69337kWh为蓄冰槽的最大可蓄冰容量。实测过程是检测主机拟合蓄冰装置以后，在限定时间内的制冰量。

检测蓄冰装置的额定蓄冰量时，需要实时监测蓄冰盘管的冰柱，当盘管内冰柱正好搭接时，为蓄冰装置制满冰状态，如图4所示，读取冰量传感器最终数值，按式（1）计算直至冰柱搭接的累计蓄冰量，即为蓄冰装置的额定蓄冰量。

表3 蓄冰装置制冰过程测试记录Tab.3 Test record of ice making process in ice storage device

图4 冰柱搭接示意图Fig.4 Diagram of an ring ice connection

4 水泵能耗检测

4.1 水泵能耗要求

水泵的主要参数有水泵流量、扬程、转速、功率、效率，其中水泵的流量、扬程、转速为系统设计时根据需求选用，水泵功率、效率按国家规定泵能效限定值[5]确定。

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

4.2 水泵能耗检测方法

根据水泵实时运行的流量、扬程、电机电流等，测算水泵效率，测试时调整水泵出口阀门的开度，将水泵流量调整至设计工况下的流量，读取水泵前后压力表压力值，使用已有的电量表读取水泵实时的耗电量。

图5 水泵检测点设置示意图Fig.5 Test point setting diagram of water pump

效率计算公式：

式中η—泵效率，%；

ρ—密度，kg/m3；

g—重力加速度，9.81m/s2；

H—扬程，m；

Pa—输入功率，kW。

表5 某项目水泵能耗检测结论Tab.5 Water pump energy consumption test conclusion

5 系统综合能效检测

系统综合能效检测是检测整个冰蓄冷系统的输出能力与输入电量的比值，冰蓄冷系统利用水变成冰的相变储存冷量，储存和释放冷量有一个能量二次转换，就单一一个冰蓄冷系统而言，冰蓄冷系统的能耗会高于主机直供的空调系统，但就一个城市而言，合理的峰谷用电分配是对节约能源是有利的，所以在冰蓄冷系统中，控制峰谷电用量是冰蓄冷系统节能节费的重点，峰谷电量的转移在系统设计阶段已经基本确认，系统运行时，仍需考虑整体系统的综合能效值，确保主机、水泵、冷却塔等用电设备在用最少电量的情况下，产出最大的冷量。

5.1 系统综合能效检测方法

综合能效检测以天为单元，需进行长期跟踪记录，一般以一个供冷期为一个周期，检测过程需要实时跟踪记录的数据包括末端累计的负荷输出和系统累计的耗电量，为方便跟踪记录，一般在施工阶段将自动检测记录的主要电气元件与系统工程同步安装，测试时由监测的电气元件实时记录数据并保存。

系统累计负荷输出值检测时，在系统供水或回水总管安装流量计，在供回水总管分别安装温度传感器，利用公式（1）计算实时的负荷值并记录。

系统累计耗电量检测时，在设备配电柜总线设置多功能电量表进行实时检测并记录，如图7所示。

获取实时记录的负荷输出值和耗电量后，可计算出系统的综合能效值，表6和表7是某项目检测记录节选。

图6 数据处理示意图Fig.6 Diagram of data processing

图7 多功能智能电表安装示意图Fig.7 Diagram of multi-function intelligent meter installation

表6 某项目能耗记录统计Tab.6 A statistical record for the energy consumption

表7 系统运行综合能效Tab.7 Integrated energy efficiency of system operation

对实测数据与设计数据进行对比分析，找出不同负荷率工况下运行与设计值的差距，逐级向上分析，找出运行能耗超标的原因所在，并采取相应措施，降低系统能耗。

6 结论

空调用电在城市用电结构中占比越来越大，随着生活品质的提高，作为舒适性冷源的冰蓄冷系统技术已非常成熟，但冰蓄冷系统能耗是否达到标准、规范的要求，还需一套完善的检测方法，经实际工程测试案例的比对，总结出一些可靠可行的方法，可以定量化分析冰蓄冷系统能否达到预期，可为后期运营使用提供一个节能、节费的判断依据。

[1]GB 50189-2015,公共建筑节能设计标准[S].

[2]GB 50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[3]GBT 18430.1-2007,蒸气压缩循环冷水(热泵)机组[S].

[4]JGJ 158-2008,蓄冷空调工程技术规程条文说明[S].

[5]GB 19762-2007,清水离心泵能效限定值及节能评价值[S].