基于能耗模拟的冰蓄冷系统运行策略分析

摘要：本文以某科研楼冰蓄冷系统为研究对象，根据能耗模拟的结果设计了冰蓄冷策略。选取部分负荷日进行分析，说明了根据能耗模拟的结果设计的运行策略可以使冰蓄冷系统更加合理和高效地运行。

关键词：能耗模拟 冰蓄冷 控制策略

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

1引言

全年8760小时的建筑动态能耗数据是影响冰蓄冷系统运行策略设计的关键数据，决定了冰蓄冷系统的每日设计蓄冰量和各工况下的运行时间。本文希望以下述研究对象为例，初步说明根据能耗模拟的结果设计冰蓄冷运行策略的优势。

2研究对象

本文研究对象为一座位于北京的科研楼，空调区域建筑面积约40000平米，夏季空调冷负荷为 5556kW，冷源采用钢盘管内融冰蓄冷系统,制冷机组与蓄冰池串连连接。系统设计供冷能力为 1579RT(5553kW), 最大日蓄冰能力为 6000RT.h。采用三台380RT /257R T(空调工况/制冰工况)的双工况螺杆机组供冷和制冰，双工况冷水机组性能系数 (COP) 、综合部分负荷性能系数 (NPLV) 不低于节能规范的要求。制冰系统循环工质为3.5ºC/11 ºC乙二醇溶液,可经板式换热器换热，为空调末端系统提供7ºC/12ºC冷冻水。整个系统可按四种模式运行，即双工况主机制冰模式、双工况主机供冷模式、双工况主机与蓄冰槽联合供冷模式、蓄冰池融冰供冷模式。

3自动控制系统设计

该项目自动控制系统的主要设计要求如下：

1）根据预设的运行策略自动切换四种运行模式。

2）冷冻泵可根据需要变频节能运行。

3）板换设防冻保护。

为实现上述控制要求，双工况主机、水泵、电动阀等相关受控设备的状态可参见表1。

表1四种运行模式下主要相关受控设备的状态表

图1冰蓄冷系统原理图

4能耗模拟

与大多数冰蓄冷项目一样，为节约初投资，提高系统使用效率，减少投资回收期，该科研楼冰蓄冷系统也采用部分蓄冰设计，在相对低负荷情况下，如果能耗预测准确，控制策略设计得当，系统可以实现全谷电主机蓄冰（不用平电），全冰槽供冷（全天供冷不开主机），即在上述表1所示四种运行模式中仅使用两种凸显冰蓄冷系统优势的核心模式，此时冰蓄冷系统的经济性最佳。所以，本文重点选取每年供冷季刚开始、未达到最大供冷负荷的6月7日为研究对象。

图2使用DeST气象参数模拟生成的全年逐时空调负荷

针对该科研楼，使用DeST软件进行了能耗模拟。其中，使用DeST参数库模拟的全年逐时空调负荷分布图如图2所示，全年最大冷负荷发生在8月2日，冷负荷极大值为5556kW,全天冷负荷累计值为36723kWh。6月7日冷负荷极大值为1702kW, 全天冷负荷累计值为12537kWh。

5冰蓄冷系统运行策略和电费计算

常规设计中，一般选择负荷最高日为研究日进行冰蓄冷系统的运行策略设计。本文选择的研究日为部分负荷日，负荷相对较低，全谷电主机蓄冰时间在研究日仅为2.5小时，仍有6.5小时的谷电时间未经利用。在高负荷日，各种策略都需充分利用谷电时间，且工况2、3、4需综合利用，工况4出现的频率更高，基于能耗模拟值设计的运行策略的优势将需要从基于准确的负荷预测合理分配工况2、3、4时间比例上来体现。从表2可见，根据能耗模拟的结果，我们可以有针对性的提前设计6月7日系统的运行策略并估算系统的运行电费。如将这样的运行策略设计和电费计算推广到整个供冷季，无疑可以提高冰蓄冷系统运行策略设计的合理性，便于运行管理人员进行管理。比如，有了对6月7日负荷的准确估计，运行管理人员就会在6月6日预设运行策略，合理控制6日夜间到7日凌晨主机的制冰时间和制冰量，一旦制冰量可以满足次日的需要就停机，避免多余制冰导致的效率衰减，使系统更加合理和高效地运行。当然，这需要对次日负荷的准确模拟为基础，而准确模拟需要非常准确的围护结构、气象数据、行为模式等参数的输入。在大幅提高能耗模拟的准确度的方法方面，笔者根据蓄冷、蓄热系统运行策略设计的需求有针对性地进行了探索，已取得了较大进展，将另文详述。

表2 6月7日系统的运行策略和电费表

6结论

本文针对一栋科研楼进行了能耗模拟，并选取部分负荷日—6月7日为研究日进行了系统运行策略设计和电费分析。在后期的研究中，将探索提高能耗模拟准确度的方法，并基于更加准确的能耗模拟结果为系统设计更加合理和高效的运行策略。

参考文献

[1]Braun J E．A comparison of chiller-priority，storage- priority，and optimal control of an ice-storage system [J]．ASHRAE Transactions，1998，28(2)：137—144．