冰场用制冰机组性能测试方法研究

2024-06-09曹禹

科学与信息化 2024年9期

曹禹

承德市体育局体育场河北承德 067000

引言

冰场在打造满足赛事的冰面的基础上，如何降低场馆运行能耗，在场馆设计和制冰设备选型时应用了大量创新技术。直冷式制冰系统和间冷式制冰系统是冰场制冰常用的两种制冰形式，在制冰系统中制冰机组是系统的核心设备，其性能指标决定冰场冰面的质量和冰场的运行能耗。人工冰场的制冰机组的运行工况参数和设备配置与现有机组标准存在差异。因此，将运行周期长、运行能耗占比高的制冰机组作为研究对象，通过对不同制冰机组的运行关键参数进行研究，是制冰机组精准的性能指标参数是可靠设计选型的重要保证，不同型号制冰机组在人工冰场冰面冻结的过程，为相应制冰机组准确设计性能指标和标准制定提供了技术参考。该研究对于保障冰场用制冰机组在实际使用中的安全可靠性具有重要意义。

1 冰场用制冰机组性能测试方法

本次实验采取螺杆式制冰机组，其具体参数如下：额定制冷量：481kW；冷水进出水温：-13～-15℃；冷却水进出水温：32～37℃；冷水流量：275m3/h；冷却水流量：125m3/h；电功率：1888kW/380V。

1.1 测试目的

①通过对冰场用制冰机组进行测试，验证制冰机组的制冷量、耗电量、蒸发温度等关键技术参数，并确定各主要技术参数的测试精度；②通过对制冰机组的测试，获得制冰机组的各项性能指标，为制冰机组在冰场实际使用过程中的运行提供理论基础；③通过对制冰机组的测试，验证各主要性能参数之间的关系，为制冰机的选型、设计、安装和维护提供技术依据；④通过对制冰机组的测试，获取冰场用制冰机组在实际运行过程中各个性能参数随环境温度、负荷变化而变化的规律，为制冰机在实际运行过程中进行实时监控和数据分析提供技术支撑[1]。

1.2 测试时间安排

从前期设计阶段开始，要求冰场用制冰机组的产品设计方案与冰场实际工程方案（包括制冰机组选型、制冰工艺、制冰方式等）进行对比，以保证制冰机组设计方案的正确性。

1.3 测试地点选择

测试地点的选择原则上应选择冰面平整、无风、无杂物，且具有一定倾斜角度的位置。同时，为保证测试结果的准确性，应在测试地点对制冰机组进行定期检修。如有条件，可在冰场内的中央空调机房、电气设备房等安装空调和通风系统，为制冰机组提供适宜的工作环境。

1.4 测试条件

①水温：冰场用制冰机组的水温一般在-2～5℃，若采用-10℃水温则应考虑到测试期间冰的融化温度和冰的冻结温度，应考虑到结冰温度和融冰温度之间的温差，需要在冰场上搭建一个专门用于测试的水箱，一般水箱底部需要加垫，以避免在测试过程中由于水的沸腾造成漏入空气而影响测试结果。②风速：在冰场上采用的制冰机组主要是针对制冰机中蒸发器部分进行制冷，由于蒸发器散热面积小，其换热量较小，在实际测试过程中可忽略不计。③湿度：对于采用湿球传感器测量的实验室制冰机，当水处于饱和状态时湿度最大；而对于实际制冰机，水处于非饱和状态时湿度最小[2]。

2 冰场用制冰机组性能测试影响因素

2.1 环境温度

目前，国内外制冰机设备的标准测试方法主要是按照GB/T 5297 《制冰机组》和GB/T 5297-2010《冰蓄冷系统技术规范》进行测试，由于冰场用制冰机组的性能测试一般在室外环境进行，所以，目前国内外针对冰场用制冰机组的测试主要是采用GB/T 5297《冰蓄冷系统技术规范》进行[3]。

2.2 制冰机组类型

根据 GB/T 7405-2016 《冰场用制冷压缩机组》和GB/T 7405-2015《冰场用制冷压缩机组》的要求，GB/T 7405-2015中的第二章“制冰机组”对机组类型、测试工况及性能测试方法进行了规定。

2.3 测试用冰

不同的制冰机类型和制冰工艺对测试用冰的质量要求不一样，根据制冰工艺不同，测试用冰主要包括直接制冰用冰和冷冻水制冰用冰。直接制冰用冰一般是天然或经人工加工而成的水，由于其不含氯，所以对水质要求不高，但在部分制冰机上其冷却水量会有所下降，使水的温度不能保持在一定的范围内。

2.4 制冷系统及环境参数的影响

①制冷系统的温升和压力会对冰的形成造成影响，在进行制冷系统试验时，应对制冷系统的温升和压力进行相应的测量；②对于冰场用制冰机组来说，在进行性能测试时，应对制冰机组的冷凝器温度、蒸发器温度、冷冻水温度及压力、冷凝器压力等进行相应的测量；③在进行制冷系统试验时，应对制冷机组的输入功率、系统中制冷剂的充注量和冷却水量、冷冻水温度等进行测量；④在进行制冷系统试验时，应对系统中各设备或管路、阀门的运行状况和故障情况进行测量；⑤在进行制冷系统试验时，应对测试环境温度和湿度进行测量。

3 冰场用制冰机组性能测试方法注意要点

3.1 测试条件

第一为保证测试结果的准确性，测试温度应控制在-10～+5℃之间，测试时间应为8h。第二建议使用冰场专用空调系统，与其他空调系统的不同之处是冰场专用空调系统有温度自动控制功能，保证在整个测试过程中制冰机组的环境温度恒定在-10～+5℃之间[4]。

3.2 试验用冰

①在冰场用制冰机组性能测试中，由于冰的吸热特性和温度的变化，一般在冰的表面温度达到0℃时，冰表面的温度为-1.5℃；在0℃时，冰表面的温度为-0.9℃；在-1.2℃时，冰表面的温度为-0.9℃。②试验用冰应取自室外环境下低于0℃的环境，并且要求所用冰表面具有一定的机械强度。③在室外环境下选取的冰，应确保其不含冰碴、冰片和冰片，且其总质量不大于40 kg；④所取冰料的粒度应符合 GB/T 24557-2009 《用于制造热交换器用工业用冰》规定；⑤试验用冰应根据测试项目要求进行选择。

3.3 制冷系统

首先测试时的温度、相对湿度和风速应与制冷系统的运行工况相一致，当制冷系统有辅助热源时，应注意辅助热源的热量不能影响制冷系统的正常运行，辅助热源温度应与制冷系统运行工况相一致[5]。

其次在测试过程中应注意对辅助热源的测量和控制，如果出现监测系统报警或出现故障时，应立即停止测试，并重新进行测试。

再者测试前应检查制冷系统管路、阀门等是否有泄漏点，并进行检查和修复。

最后制冷系统各部分的温度不能太低，在测试过程中若出现温度过低的情况时，应检查和修复各个管路、阀门等处是否有泄漏点，同时还需检查和修复各个部件之间的连接螺栓、垫圈等处是否有松动。

3.4 试验用水

对于冰场用制冰机组，其运行的环境是非常恶劣的，特别是夏季时，气温高达40℃，对系统管路、设备、水泵等部件都会造成一定的损害，尤其是低温条件下运行，系统中的管路和设备很容易出现结冰的情况。

在进行试验时，由于冰场用制冰机组使用了不同于传统冷却塔或水循环制冷系统的新型制冷系统，所以在进行试验时要特别注意对于使用水作为制冷系统循环冷却水的冰机组来说，由于冰层与冷却塔或水管、阀门、水泵等设备相接触，会产生冷凝水；

3.5 试验台

在冰场用制冰机组的性能测试方法中，试验台的安装位置非常重要，应该注意在试验台的安装过程中，应注意避免机组发生震动，影响设备运行。由于不同厂家生产的冰场用制冰机组性能测试方法中对温度测试点的要求不同，所以试验台上的温度测试点不能完全照搬国外厂家所提供的数据，而应根据冰场用制冰机组的实际运行状况，选取合适的温度测试点。

为了保证冰的温度测试结果能够真实反映冰场用制冰机组的实际运行情况，试验台上需要放置若干个温度传感器，以便实时监控冰的温度。同时应在试验台上安装红外热像仪，以便对水温进行实时监测。

4 冰场用制冰机组性能测试方法应用策略

4.1 实验工况

为了保证冰场用制冰机组性能测试方法能够真实地反映设备运行状况，试验条件应严格按照 GB/T 17137-1998 《冰场用制冰机组性能测试方法》中所规定的冰场用制冰机组性能测试方法中所规定的实验工况进行，同时应注意以下几点：①实验工况的实际运行温度应高于所选用设备的设计温度，以保证设备能够正常运行；②在进行制冷制热效果对比时，应先对被测试设备进行制冷制热试验，以确定其是否满足所选设备的性能指标要求；③在进行水冷却和冰冷却对比试验时，应先对被测试设备进行冷却实验，以确定其是否满足所选设备的性能指标要求。

4.2 设备温度

在冰场用制冰机组性能测试方法中，设备温度是一个非常重要的参数，应该注意以下几点：①在进行设备制冷制热效果对比试验时，应选取相对较低的温度进行试验，并根据试验结果来确定所选用的设备是否满足设计要求；②在进行水冷却和冰冷却对比试验时，应选取相对较低的温度进行试验，并根据试验结果来确定所选用的设备是否满足设计要求；③在进行设备冷却实验时，应选取相对较低的温度进行试验，并根据试验结果来确定所选用的设备是否满足设计要求；④在进行冰场用制冰机组性能测试时，应选取相对较高的温度进行试验，并根据试验结果来确定所选用的设备是否满足设计要求。

4.3 测试结果分析

具体来说，应从以下几个方面进行分析：①设备的制冷量及制热量是否满足设计要求；②设备的蒸发温度及冷凝温度是否满足设计要求；③设备的蒸发温度及冷凝温度是否符合设计要求；④设备的冷凝温度和蒸发温度是否满足设计要求；⑤设备的冷凝器出水温度和蒸发器出水温度是否符合设计要求；⑥设备的进、出水压力、流量、温差以及总负荷等参数是否符合设计要求。

4.4 其他注意事项

在进行冰场用制冰机组性能测试方法中，还应注意以下几点：①当室外环境温度低于5℃时，应将设备的测试时间缩短为10min，并在测试结束后及时对测试数据进行分析，以确定所选用的设备是否满足设计要求；②当室外环境温度高于5℃时，应将设备的测试时间延长为20min，并在测试结束后及时对测试数据进行分析，以确定所选用的设备是否满足设计要求；③当室外环境温度高于10℃时，应将设备的测试时间缩短为10min，并在测试结束后及时对测试数据进行分析，以确定所选用的设备是否满足设计要求；④当室外环境温度高于15℃时，应将设备的测试时间延长为30min。