建筑職稱論文發(fā)表淺析冰蓄冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　本篇文章是由《建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)》國(guó)家級(jí)建筑期刊發(fā)表，是由國(guó)家新聞出版廣電總局正式批準(zhǔn)的連續(xù)型電子出版物，由中南出版?zhèn)髅郊瘓F(tuán)股份有限公司主管，湖南科學(xué)技術(shù)出版社有限責(zé)任公司主辦，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN 43-9000/TU國(guó)際刊號(hào)：本刊將采用圖文聲像多種形式，介紹建筑工程領(lǐng)域新技術(shù)、新工藝，反映建筑工程領(lǐng)域新成果、新進(jìn)展，促進(jìn)建筑工程行業(yè)交流，為推動(dòng)我國(guó)建筑科學(xué)技術(shù)發(fā)展服務(wù)。

　　摘 要 對(duì)串聯(lián)式主機(jī)上游部分負(fù)荷冰蓄冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算公式中參數(shù)的選取及定義做了更為具體的解釋及說(shuō)明，并從負(fù)荷計(jì)算、運(yùn)行策略、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、蓄冰設(shè)備特性、投資回收等各方面分析了目前設(shè)計(jì)中存在的一些問(wèn)題及誤區(qū)，提出了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題以及影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素。

　　關(guān)鍵詞 冰蓄冷;運(yùn)行策略; 自動(dòng)控制;投資回收

　　1 引言

　　隨著峰谷電價(jià)的不斷推廣，蓄冷系統(tǒng)在空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)中逐漸普及。冰蓄冷系統(tǒng)在國(guó)外已有多年的歷史，技術(shù)已發(fā)展相對(duì)成熟，在中國(guó)也有多年的時(shí)間，但就目前建成的項(xiàng)目運(yùn)行情況而言，實(shí)際節(jié)電費(fèi)效果并不理想，很多工程在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中偏離設(shè)計(jì)意圖，達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，原因大致可分為三類：1、設(shè)計(jì)不合理;2、缺乏良好的系統(tǒng)控制及運(yùn)行管理;3、設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題。這三類問(wèn)題基本涵蓋了目前蓄冷系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的情況，其中任何一個(gè)因素都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行效果不理想，初投資無(wú)法回收，且無(wú)法滿足空調(diào)實(shí)際需求等問(wèn)題，這也是為何冰蓄冷系統(tǒng)在歐美、日本運(yùn)行良好，而在中國(guó)卻頻出問(wèn)題、應(yīng)用發(fā)展相對(duì)緩慢的原因。以下就上述幾個(gè)方面，結(jié)合典型辦公建筑，進(jìn)行詳細(xì)的分析。

　　2 負(fù)荷計(jì)算

　　假定典型辦公樓的空調(diào)面積為20萬(wàn)平米，峰值負(fù)荷為9000RT，設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

　　圖1 逐時(shí)冷負(fù)荷分布圖

　　目前全國(guó)大中城市中，中高檔辦公建筑里的加班情況相當(dāng)普遍，尤其對(duì)于一些高新科技孵化企業(yè)則更為嚴(yán)重，有些還要考慮金融機(jī)構(gòu)的24小時(shí)運(yùn)行負(fù)荷。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，假定夜間負(fù)荷峰值為全天峰值負(fù)荷的10%。對(duì)于圖1所示的冷負(fù)荷分布圖中，夜間負(fù)荷設(shè)定為10%滿負(fù)荷運(yùn)行，并未考慮負(fù)荷逐時(shí)變化系數(shù)，且其全部由基載主機(jī)承擔(dān)，其取值的大小及波動(dòng)與蓄冷系統(tǒng)無(wú)關(guān)，在此不詳細(xì)斟酌。

　　對(duì)于典型時(shí)間段負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果，如中午12時(shí)、13時(shí)的負(fù)荷，并未出現(xiàn)相對(duì)波谷的曲線，原因在于此時(shí)段辦公室內(nèi)的人員系數(shù)并不會(huì)降低，工作人員的午飯及午休基本都在本棟建筑范圍之內(nèi)，所以中午時(shí)段的負(fù)荷并不會(huì)出現(xiàn)明顯降低，這也與實(shí)際檢測(cè)的結(jié)果相符。另外，對(duì)于18時(shí)至22時(shí)的負(fù)荷，與下班后負(fù)荷迅速降低的傳統(tǒng)預(yù)期是不相符的，計(jì)算結(jié)果明顯偏高，這也是與當(dāng)前的實(shí)際情況相符的。上述也提到，目前城市白領(lǐng)的加班是相當(dāng)嚴(yán)重的，不能按時(shí)正常下班的比率超過(guò)半數(shù)，部分行業(yè)的加班比率甚至超過(guò)90%，由于加班情況的不穩(wěn)定性，空調(diào)系統(tǒng)的啟停通常會(huì)相對(duì)延遲，所以造成了負(fù)荷曲線緩慢下降的現(xiàn)象。

　　傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般只關(guān)注峰值負(fù)荷，不會(huì)關(guān)注負(fù)荷的變化曲率，但對(duì)蓄冷系統(tǒng)而言，負(fù)荷曲線尤為重要，其涉及到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備選型及運(yùn)行策略的制定。若曲線平緩，則蓄冰主機(jī)的容量相對(duì)要大，整個(gè)系統(tǒng)的出力較為安全;若曲線陡峭，則蓄冰主機(jī)容量相對(duì)要小，有可能造成設(shè)計(jì)日出力不足。一般情況下，蓄冰主機(jī)的設(shè)計(jì)容量不低于系統(tǒng)設(shè)計(jì)日峰值負(fù)荷的60%，相對(duì)較為安全。

　　準(zhǔn)確的負(fù)荷計(jì)算及全年各工況下的負(fù)荷預(yù)測(cè)是蓄冷系統(tǒng)得以良好運(yùn)行的基本前提，也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最大化的基礎(chǔ)。

　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主機(jī)選型

　　3.1 蓄冰主機(jī)的容量

　　根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50736-2012)中的式J.0.2-3，并對(duì)其進(jìn)行修正，得到部分負(fù)荷冰蓄冷制冷主機(jī)的裝機(jī)容量:

　　(1)

　　式中 --逐時(shí)間冷負(fù)荷; --主機(jī)夜間運(yùn)行小時(shí)數(shù); --主機(jī)蓄冰工況出力系數(shù);

　　--主機(jī)白天運(yùn)行小時(shí)數(shù); --主機(jī)白天綜合小時(shí)平均出力系數(shù);

　　設(shè)計(jì)日小時(shí)負(fù)荷累計(jì)值，需扣除夜間蓄冰時(shí)的負(fù)荷，因?yàn)榇藭r(shí)段的負(fù)荷有基載主機(jī)承擔(dān)。基載主機(jī)的運(yùn)行情況，涉及到蓄冰主機(jī)容量的大小及蓄冰量的大小。若白天基載運(yùn)行，則蓄冰主機(jī)計(jì)算容量相對(duì)較小，蓄冰量也相對(duì)較小;若基載白天不運(yùn)行，則蓄冰主機(jī)計(jì)算容量較大，蓄冰量也較大。基載白天是否運(yùn)行并沒(méi)有嚴(yán)格意義上的好壞之分，這涉及到部分負(fù)荷蓄冰比率的大小與初投資的關(guān)系，取決于建設(shè)方對(duì)回收期的控制。

　　有部分學(xué)者認(rèn)為，白天應(yīng)盡量開(kāi)啟基載主機(jī)，因?yàn)榛d主機(jī)的效率相對(duì)要高，這種說(shuō)法是不全面的，因?yàn)榛d的效率是相對(duì)雙工況主機(jī)單獨(dú)供冷或蓄冰裝置出力相對(duì)比例較少的情況下而言的，此時(shí)主機(jī)出水溫度較低，相率較低，如果通過(guò)合理的運(yùn)行策略，避免雙工況主機(jī)白天單獨(dú)運(yùn)行，則雙工況主機(jī)的設(shè)計(jì)出水溫度不需降低，甚至?xí)哌^(guò)基載主機(jī)的出水溫度，效率也不會(huì)下降，具體論述見(jiàn)3.5節(jié)。

　　對(duì)于式(1)中 ，按照項(xiàng)目所在地區(qū)的波谷電價(jià)時(shí)段確定，一般為夜間23:00至第二天07:00，共8個(gè)小時(shí); 的值根據(jù)所選則的主機(jī)形式及品牌而不同，要根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)確定，一般為0.6～0.7，取值可參考文獻(xiàn)【1】。 并不是一個(gè)定值，要綜合考慮主機(jī)的性能及蓄冰裝置的配比。隨著蓄冰時(shí)間的推移，冰層厚度不斷加大，制冰出水溫度會(huì)不斷降低，主機(jī)的制冷能力和蓄冰裝置的蓄冰能力也在不斷下降，故 值會(huì)不斷的減小。經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，在蓄冰后期，單位時(shí)間的蓄冷量甚至不及初始階段的60%，甚至更低，很多實(shí)際工程中，蓄冰裝置在設(shè)計(jì)日很難在8小時(shí)內(nèi)完成全部蓄冰。

　　式(1)在原來(lái)基礎(chǔ)上增加了對(duì) 的修正，即 ，此系數(shù)為考慮到主機(jī)在白天運(yùn)行的時(shí)間段內(nèi)，并非按全負(fù)荷出力而設(shè)置的修正系數(shù)。主機(jī)在聯(lián)合供冷工況下的出力可能會(huì)不同于主機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工況，但最重要的原因在于在最佳運(yùn)行策略的模式下，考慮到實(shí)際的運(yùn)行配比及負(fù)荷曲線，很難實(shí)現(xiàn)主機(jī)白天全時(shí)段100%出力，一般可達(dá)到80%左右，這是設(shè)計(jì)中必須注意的。如果不考慮 ，則計(jì)算得到的主機(jī)容量會(huì)偏小，很難實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)日運(yùn)行策略的配比，但也并非越小越好，這從根本上涉及到部分負(fù)荷的蓄冰大小與投資回收的關(guān)系，見(jiàn)下述。

　　根據(jù)式(1)及逐時(shí)負(fù)荷變化曲線，得到 為6300kW。式中各項(xiàng)參數(shù)的取值見(jiàn)表1。

　　表1 主機(jī)容量計(jì)算表

　　白天運(yùn)行時(shí)間n1 夜間制冰時(shí)間n2 c1 cf qc( RT )

　　14 8 0.7 0.65 6300

　　3.2 蓄冰主機(jī)型式

　　在已建成的項(xiàng)目中，離心機(jī)和螺桿機(jī)作為蓄冰主機(jī)都有應(yīng)用，兩種機(jī)型各有優(yōu)劣。對(duì)于大型項(xiàng)目，一般首先會(huì)想到選用大容量高效率的離心機(jī)，這在傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是無(wú)可厚非的，但是作為蓄冰主機(jī)，離心機(jī)會(huì)存在喘振現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。喘振發(fā)生的最主要原因包括流量減小及壓縮比增大，后者在蓄冰系統(tǒng)里更為普遍。離心機(jī)的極限蒸發(fā)溫度比螺桿機(jī)要高，一般當(dāng)出水溫度達(dá)到-6.5℃時(shí)就會(huì)停機(jī)保護(hù)，而在蓄冰中后期，隨著冰層厚度的增加，必須要求主機(jī)出水溫度降低才能達(dá)到預(yù)定的蓄冰量，此時(shí)要求出水溫度在-6～-8℃，主機(jī)的蒸發(fā)溫度會(huì)達(dá)到-11℃以下，這是離心機(jī)很難實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于部分負(fù)荷日工況下，運(yùn)行策略不要求蓄冰裝置全部蓄冷，蓄冷過(guò)程不需經(jīng)歷后期的低溫期，則喘振現(xiàn)象相對(duì)較少，對(duì)于100%負(fù)荷設(shè)計(jì)日工況的蓄冰后期，喘振現(xiàn)象則不可避免，這也得到了很多實(shí)際工程案例的驗(yàn)證。

　　解決離心機(jī)喘振的方法有多種，主要為1)加大制冷主機(jī)裝機(jī)容量;2)加大冷卻塔型號(hào);3)加大蓄冰裝置容量，此三種方法的出發(fā)點(diǎn)都是通過(guò)加大設(shè)備型號(hào)從而避免系統(tǒng)在最不利工況下運(yùn)行，屬于被動(dòng)解決方式，會(huì)增加系統(tǒng)的初投資。蓄冰工況下，離心機(jī)要求冷卻水供水溫度為30℃，對(duì)于一些夜晚濕球溫度較大的地區(qū)則很難實(shí)現(xiàn)。例如，使深圳地區(qū)夜間工況的冷卻水出水溫度達(dá)到31℃，大部分品牌冷卻塔需將型號(hào)放大1.5倍，嚴(yán)重增加了初投資。

　　螺桿機(jī)用于蓄冰會(huì)相對(duì)安全穩(wěn)定，但是螺桿機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)工況下的效率相對(duì)較低，且目前市場(chǎng)上沒(méi)有大容量的機(jī)型，一些雙拼機(jī)也只能做到1000RT，這勢(shì)必會(huì)造成機(jī)組臺(tái)數(shù)過(guò)多、機(jī)房占用面積過(guò)大以及機(jī)組總體效率不高、延長(zhǎng)投資回收期等后果。

　　針對(duì)以上列出的兩種機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)，有學(xué)者認(rèn)為可將蓄冰主機(jī)與供冷主機(jī)獨(dú)立設(shè)置，即白天采用離心機(jī)供冷，夜晚單獨(dú)設(shè)置螺桿機(jī)蓄冰，這樣就可以避免兩者的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮兩者的有點(diǎn)，但同時(shí)也會(huì)增加系統(tǒng)的總造價(jià)，其可行性需要詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，在此不作贅述。

　　本案例設(shè)計(jì)采用900RT的水冷螺桿式雙工況主機(jī)7臺(tái)，總制冷量6300RT。蓄冰工況下主機(jī)最大出力按4300RT，平均出力為4100RT。

　　3.3 蓄冰設(shè)備

　　目前市場(chǎng)上最為流行的集中蓄冰方式為：冰槽、冰桶、動(dòng)態(tài)冰。其中，冰槽又分為鋼盤管、塑料盤管，動(dòng)態(tài)冰又分為冰漿、片冰機(jī)等。各種蓄冰型式的存在都具有一定的合理性，針對(duì)各自的技術(shù)特征、項(xiàng)目特點(diǎn)等各具優(yōu)劣，表2就以上幾種最常見(jiàn)的蓄冰型式大致列出各自特點(diǎn)。

　　表2 常見(jiàn)蓄冰型式對(duì)比列表

　　類別 塑料盤管 鋼盤管 冰桶(塑料盤管) 冰漿

　　初投資 低 高 低 低

　　壽命 長(zhǎng) 短 長(zhǎng) 短

　　運(yùn)輸 不利運(yùn)輸，易損壞 不利運(yùn)輸，易損壞 整裝，便于運(yùn)輸 --

　　擺放 需現(xiàn)場(chǎng)施工，安裝周期長(zhǎng) 需現(xiàn)場(chǎng)施工，安裝周期長(zhǎng) 靈活，快速 需現(xiàn)場(chǎng)施工，安裝周期長(zhǎng)

　　泄露 不易泄露 焊點(diǎn)多，易泄露 不易泄露 --

　　檢修 困難 困難 方便 方便

　　冰量顯示 間接 間接 直接 直接

　　釋冷速率 小 較大 較小 大

　　占地面積 較大 小 大 較大

　　主機(jī)COP 低 低 低 高

　　系統(tǒng)成熟度 成熟 成熟 成熟 不成熟

　　制冰冷媒 25%乙二醇溶液 25%乙二醇溶液 25%乙二醇溶液 20%乙二醇

　　融冰介質(zhì) 25%乙二醇溶液 25%乙二醇溶液 25%乙二醇溶液 水

　　結(jié)冰率 低 高 低 高

　　故障率 高 高 低 高

　　設(shè)備管理

　　與維護(hù) 簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單 復(fù)雜

　　市場(chǎng)應(yīng)用 多 多 較多 少

　　在選擇蓄冰方式時(shí)，要充分考慮到蓄冰速率、融冰速率隨時(shí)間變化的影響。一般情況下，蓄、融冰速率都會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷地減小，主要原因在于冰層厚度對(duì)傳熱系數(shù)的影響。衰減量在設(shè)計(jì)時(shí)是必須考慮的，并且不同類型、不同品牌的設(shè)備都所對(duì)應(yīng)的參數(shù)各不相同，最終的蓄冰設(shè)備容量也就不盡相同。在實(shí)際工程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)夜間不能蓄滿以及白天不能融完的情況，就是因?yàn)樾畋O(shè)備的設(shè)計(jì)富裕度偏小，與主機(jī)制冷量配比不足，但也不能無(wú)限制加大蓄冰容量，以免增加初投資。

　　3.4 乙二醇側(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　串聯(lián)式蓄冷系統(tǒng)，一般可實(shí)現(xiàn)四種工況：雙工況主機(jī)蓄冷、聯(lián)合供冷、蓄冰設(shè)備單獨(dú)供冷、主機(jī)單獨(dú)供冷。本項(xiàng)目按乙二醇供水溫度3.5℃，回水溫度10.5℃設(shè)計(jì)，7℃的溫差是在綜合考慮輸送能耗、管道保溫、末端放大系數(shù)及系統(tǒng)安全性等各因素下的綜合取值，不具備唯一性，實(shí)際工程可根據(jù)具體情況確定，但建議在6～8℃范圍內(nèi)。各工況下的參數(shù)見(jiàn)表3。

　　表3 乙二醇側(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)表

　　1、設(shè)計(jì)工況聯(lián)合供冷

　　乙二醇側(cè)供水溫度℃ 乙二醇側(cè)回水溫度℃ 乙二醇側(cè)溫差△t℃ 板換處最大小時(shí)負(fù)荷值(kW) 乙二醇流量修正系數(shù) 乙二醇側(cè)流量Q(m3/h) 乙二醇泵修正系數(shù) 乙二醇泵臺(tái)數(shù) 乙二醇側(cè)水泵流量Q(m3/h)

　　3.5 10.5 7.0 31644 1.08 4198 1.1 6 770

　　2、設(shè)計(jì)雙工況主機(jī)單獨(dú)供冷

　　乙二醇側(cè)供水溫度℃ 乙二醇側(cè)回水溫度℃ 乙二醇側(cè)溫差△t℃ 最大小時(shí)負(fù)荷值(kW) 乙二醇流量修正系數(shù) 乙二醇側(cè)流量Q(m3/h) 乙二醇泵修正系數(shù) 乙二醇泵臺(tái)數(shù) 乙二醇側(cè)水泵流量Q(m3/h)

　　5.60 10.5 4.90 22150.8 1.08 4198 1.1 6 770

　　3、設(shè)計(jì)雙工況主機(jī)蓄冷(最大蓄冷)

　　乙二醇側(cè)供水溫度℃ 乙二醇側(cè)回水溫度℃ 乙二醇側(cè)溫差△t℃ 最大小時(shí)負(fù)荷值(kW) 乙二醇流量修正系數(shù) 乙二醇側(cè)流量Q(m3/h) 乙二醇泵修正系數(shù) 乙二醇泵臺(tái)數(shù) 乙二醇側(cè)水泵流量Q(m3/h)

　　-5.60 -2.6 3 13009 1.08 4000 1.1 6 733蓄冰設(shè)備單獨(dú)供冷工況類似于用蓄冰設(shè)備取代主機(jī)的常規(guī)系統(tǒng)，流程較為簡(jiǎn)單，對(duì)應(yīng)各參數(shù)表中并未列出。

　　對(duì)于雙工況主機(jī)單獨(dú)供冷的情況，在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)盡量避免，原因在于如果按表中所列設(shè)計(jì)溫度6.3～10.5℃運(yùn)行，會(huì)形成“小溫差、大流量”的不節(jié)能模式，末端也需要相應(yīng)的放大才能滿足供冷需求。如果按系統(tǒng)設(shè)計(jì)供回水溫度3.5～10.5℃運(yùn)行，主機(jī)的出水溫度很低，嚴(yán)重降低主機(jī)的能效，且水泵的流量會(huì)比設(shè)計(jì)工況下小很多，控制上較難實(shí)現(xiàn)，所以，在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)通過(guò)良好的運(yùn)行策略避免出現(xiàn)主機(jī)單獨(dú)供冷的情況，否則系統(tǒng)將很難實(shí)現(xiàn)原本設(shè)計(jì)目的，這在目前很多工程案例中得到驗(yàn)證。

　　乙二醇泵按與主機(jī)一對(duì)一的原則，共選擇6臺(tái)，每臺(tái)泵的最大設(shè)計(jì)流量為770 m3/h。關(guān)于乙二醇泵的型式，可選擇定頻或變頻，目前深圳地區(qū)絕大部分的項(xiàng)目都是按變頻泵來(lái)設(shè)計(jì)。變頻可以節(jié)省運(yùn)行電費(fèi)，但需要良好的自動(dòng)控制來(lái)保證運(yùn)行效果。對(duì)于常規(guī)水系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)末端的供回水壓差來(lái)調(diào)節(jié)水泵的頻率，這種只檢測(cè)單一非耦合的參數(shù)對(duì)PID系統(tǒng)的控制是很簡(jiǎn)單的，但對(duì)于冰蓄冷的乙二醇循環(huán)而言，無(wú)壓力點(diǎn)需要控制，水泵變頻的控制參數(shù)為保證系統(tǒng)供水溫度不變情況下系統(tǒng)輸出的冷量，而冷量、溫度、流量是相互耦合的，冷量與流量非線性關(guān)系，在保證乙二醇供水3.5℃的情況下，必須不斷的調(diào)整通過(guò)蓄冰裝置支路及其旁通上的調(diào)節(jié)閥，來(lái)控制蓄冰裝置的冷量，這在實(shí)際工程中是很難做到的。目前國(guó)內(nèi)相關(guān)蓄冷系統(tǒng)集成控制的商家不少，但真正意義上能較好實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模糊控制的并不多。另外，流量的變化對(duì)于雙工況主機(jī)出力以及板換的影響也是不確定的因素，目前沒(méi)有任何廠家或機(jī)構(gòu)能夠給出不同流量下，主機(jī)及板換在各工況下的參數(shù)變化，此問(wèn)題有待進(jìn)一步的解決。

　　蓄冰側(cè)的四種工況可劃分為兩大工況，即蓄冷和放冷，從表2可以看出，兩種工況下的乙二醇泵的設(shè)計(jì)流量相差不大，阻力上的差別為乙二醇-水板換的阻力，一般為6m～8m水柱的阻力。如果將乙二醇泵設(shè)為定頻或針對(duì)蓄冷、放冷工況下的二級(jí)變頻泵，在綜合能效及穩(wěn)定性應(yīng)該會(huì)比變頻泵要好，關(guān)于此方面的論述詳文獻(xiàn)【2】。

　　3.5 運(yùn)行策略

　　運(yùn)行策略的好壞直接關(guān)系到整個(gè)冰蓄冷系統(tǒng)的合理性與經(jīng)濟(jì)性，是影響系統(tǒng)成敗與否的最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。同時(shí)，運(yùn)行策略也是在實(shí)際運(yùn)行中最容易被忽略的環(huán)節(jié)，不合理的運(yùn)行策略及實(shí)際操作的隨意性是造成目前冰蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行失敗的最直接、最普遍的因素。同樣條件的項(xiàng)目，不同的運(yùn)行策略會(huì)形成完全不同的結(jié)果。

　　在運(yùn)行策略的制定過(guò)程中，要注意以下幾點(diǎn)：

　　1、要明確主機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的最大蓄冰出力以及蓄冰設(shè)備的最大蓄冰能力，同時(shí)考慮到蓄冰能力隨蓄冰時(shí)間的推移不斷的衰減，計(jì)算出夜間蓄冰時(shí)間段內(nèi)的總蓄冰量;

　　2、要考慮在蓄冰及融冰的過(guò)程中，蓄冰量會(huì)不停的因自身保溫的原因而不停的消耗，消耗的速度與具體的蓄冰型式及保溫型式有關(guān)，但總量一般較小;

　　3、要明確蓄冰裝置的蓄冰率及融冰率。由于蓄冰裝置很難在預(yù)訂時(shí)間內(nèi)完成全部蓄冰及融冰，所以設(shè)計(jì)時(shí)要考慮一定的富裕系數(shù)。一般鋼盤管可取1.1左右，塑料盤管可取1.2左右。

　　4、相鄰時(shí)間段的小時(shí)輸出冷量不能變化太大，無(wú)論對(duì)于蓄冰裝置還是主機(jī)，在短時(shí)間內(nèi)大幅度的調(diào)整制冷出力都是不利于系統(tǒng)穩(wěn)定的，要使主機(jī)及蓄冰裝置的出力曲線盡量平滑。另外，全天的總設(shè)計(jì)融冰量要小于總蓄冰量，同時(shí)考慮富裕度。

　　5、各時(shí)段的蓄冰出力要保證一定的負(fù)荷輸出比例，這樣可使出水溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度的同時(shí)，保證主機(jī)的出水溫度不會(huì)降低，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，蓄冰出力比例 一般為40%～50%， 過(guò)小則會(huì)導(dǎo)致主機(jī)出水溫度降低，過(guò)高則有可能導(dǎo)致其他時(shí)段的融冰比例下降。

　　根據(jù)上述5點(diǎn)以及逐時(shí)負(fù)荷分布圖，制定出本案例的設(shè)計(jì)日100%負(fù)荷運(yùn)行策略，如圖2及表4。

　　圖2 設(shè)計(jì)日100%負(fù)荷平衡圖

　　表4 設(shè)計(jì)日100%負(fù)荷運(yùn)行策略表

　　時(shí)間 總冷負(fù)荷 基載制冷 制冷機(jī)制冷量(RT) 蓄冰槽 (RT) 取冷率 融冰出力比率

　　(RT) (RT) 主機(jī)制冰 主機(jī)制冷 儲(chǔ)冰量 融冰量 % —

　　0:00 900 900 4200 8515 —

　　1:00 900 900 4150 12660 —

　　2:00 900 900 4100 16755 —

　　3:00 900 900 4050 20800 —

　　4:00 900 900 4000 24795 —

　　5:00 900 900 3950 28740 —

　　6:00 900 900 3900 32635 —

　　7:00 900 900 -135 0 32500 —

　　8:00 900 900 0 32495 —

　　9:00 5400 0 3600 30690 1800 5.54 0.50

　　10:00 7200 0 4500 27985 2700 8.31 0.60

　　11:00 8100 0 5400 25280 2700 8.31 0.50

　　12:00 8100 0 5400 22575 2700 8.31 0.50

　　13:00 8100 0 5400 19870 2700 8.31 0.50

　　14:00 8550 0 6000 17315 2550 7.85 0.43

　　15:00 9000 0 6300 14610 2700 8.31 0.43

　　16:00 9000 0 5400 11005 3600 11.08 0.67

　　17:00 8100 0 5400 8300 2700 8.31 0.50

　　18:00 6300 0 4000 5995 2300 7.08 0.58

　　19:00 5400 0 3600 4190 1800 5.54 0.50

　　20:00 4500 0 2700 2385 1800 5.54 0.67

　　21:00 3600 0 2200 980 1400 4.31 0.64

　　22:00 2700 0 1800 75 900 2.77 0.50

　　23:00 900 900 4250 4320

　　合計(jì) 103050 9000 32465 61700 32350 99.54

　　在乙二醇側(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中(見(jiàn)表2)，對(duì)于100%負(fù)荷設(shè)計(jì)日最大負(fù)荷時(shí)刻的聯(lián)合供冷工況下，系統(tǒng)的供回水溫差為7℃，乙二醇經(jīng)過(guò)主機(jī)及蓄冰裝置的溫降分別為4.9℃及2.1℃，蓄冰槽相對(duì)主機(jī)的出力比例約為0.43，即上述提到的 。在任何負(fù)荷工況下，只要保證 不小于0.43，就可以在保證主機(jī)出水5.6℃的情況下，滿足乙二醇供水溫度為3.5℃，這樣就可以保證主機(jī)在供冷工況下始終保持高效運(yùn)行，這對(duì)提高主機(jī)COP、節(jié)省電費(fèi)、減少投資回收期有重大意義。

　　在實(shí)際工程中，經(jīng)常會(huì)看到將電力高峰時(shí)段的負(fù)荷全部或絕大部分采用蓄冷出力，而其他時(shí)段則采用主機(jī)，其出發(fā)點(diǎn)在于最大可能的避免電力高峰時(shí)段的主機(jī)運(yùn)行，減少高價(jià)電力輸出，但這必然會(huì)導(dǎo)致其他大部分時(shí)間段內(nèi)主機(jī)需下調(diào)出水溫度才能滿足乙二醇設(shè)計(jì)出水溫度，導(dǎo)致主機(jī)的COP降低，很可能會(huì)造成整體經(jīng)濟(jì)性下降。另外，一般的蓄冰裝置也不可能在短時(shí)間內(nèi)輸出大部分的冷量(外融冰及冰漿機(jī)除外)，常規(guī)的冰盤管設(shè)計(jì)小時(shí)出力一般不大于總蓄冷量的15%，所以將冷量集中釋放的設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的可行性都不大，也違背了蓄冰系統(tǒng)運(yùn)行策略的基本出發(fā)點(diǎn)，這也是目前物業(yè)管理在不能掌握設(shè)計(jì)策略的情況下，經(jīng)常采用的主觀性手段，嚴(yán)重降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，減小了節(jié)電空間，制約了蓄冷的發(fā)展應(yīng)用。

　　3.6 自動(dòng)控制

　　如本文第一節(jié)所述，正確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、良好的控制系統(tǒng)以及符合標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)設(shè)備是保證冰蓄冷系統(tǒng)成功運(yùn)行的必要條件。就目前情況而言，造成許多項(xiàng)目運(yùn)行失敗的原因更多在于缺乏優(yōu)良的自動(dòng)控制，取而代之的是物業(yè)管理公司盲目無(wú)序的隨意操作。

　　本人就此問(wèn)題對(duì)深圳地區(qū)較為典型的幾個(gè)蓄冰項(xiàng)目進(jìn)行了走訪，發(fā)現(xiàn)絕大部分的物管對(duì)冰蓄冷系統(tǒng)的專業(yè)認(rèn)知程度較低，系統(tǒng)操控人員專業(yè)素養(yǎng)匱乏，對(duì)系統(tǒng)的操作帶有很大的隨意性和盲目性，完全脫離了預(yù)先設(shè)計(jì)的運(yùn)行策略，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的運(yùn)行效果，蓄冷系統(tǒng)的優(yōu)越性也很難體現(xiàn)。

　　拋開(kāi)物業(yè)管理因素，自控系統(tǒng)本身目前也是制約蓄冷系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)瓶頸，在本文3.4節(jié)中已提到，蓄冷系統(tǒng)的冷量輸入與乙二醇的流量是非線性的關(guān)系，要保證系統(tǒng)在流量變化的情況下實(shí)現(xiàn)預(yù)定冷量的輸出，必須將系統(tǒng)的各參數(shù)綜合后進(jìn)行最優(yōu)化模糊計(jì)算，才能實(shí)現(xiàn)這一目的。另外，要求控制系統(tǒng)的算法必須快速、穩(wěn)定，相應(yīng)的控制器也必須滿足一定的控制精度及速度;同時(shí)，系統(tǒng)必須具備自我學(xué)習(xí)能力，能將以往的負(fù)荷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，作為以后負(fù)荷預(yù)測(cè)的依據(jù)。目前很少有設(shè)備廠商能夠提供一套相對(duì)完善的解決方案，尤其是針對(duì)偶然性負(fù)荷變化的工況下，系統(tǒng)的負(fù)荷配比的控制。目前市場(chǎng)的控制系統(tǒng)基本都是在普通控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上做了簡(jiǎn)單的修改，離真正意義上的智能控制還有很大距離。

　　4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

　　關(guān)于固定蓄冰比率下的靜態(tài)投資及運(yùn)行費(fèi)用分析已有大量的研究，文獻(xiàn)【3】則分析了不同蓄冰比率下的冰蓄冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，并通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算出最佳的蓄冰比率，對(duì)冰蓄冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有很好的理論指導(dǎo)作用，但其沒(méi)有考慮“綜合考查年限”這一因素。所謂“綜合考查年限”，即在特定的時(shí)間段內(nèi)的綜合最優(yōu)方案。在實(shí)際工程中，組成系統(tǒng)的各設(shè)備因品牌或型號(hào)不同，設(shè)計(jì)壽命會(huì)相差很大，相應(yīng)的最優(yōu)投資回收年限參考標(biāo)準(zhǔn)也就不一樣。比如，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命為20年，則投資回收期控制在5～8年之間是可以接受的;若系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命為10年，則投資回收期超過(guò)5年就可認(rèn)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，蓄能節(jié)電的優(yōu)勢(shì)也無(wú)法體現(xiàn)。另外，即便設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命相同，而業(yè)主的管理周期不同的話，也會(huì)對(duì)特定時(shí)間段內(nèi)的最優(yōu)方案提出不同要求。比如，物業(yè)管理只負(fù)責(zé)前期5年的管理，則5年時(shí)間段的投資回收期就最好為2~3年。若項(xiàng)目的承建方與后期物業(yè)管理不是一家單位，由承建方所承擔(dān)的蓄冷設(shè)備增加的初投資在后期運(yùn)行過(guò)程中節(jié)省的電費(fèi)卻由物業(yè)管理所獲得時(shí)，承建方則認(rèn)為投資回收期越短越好，即0年最優(yōu)，最終導(dǎo)致取消蓄冰系統(tǒng)，采用最小成本的常規(guī)系統(tǒng)，這也是目前許多冰蓄冷項(xiàng)目最終擱置的主要原因。

　　實(shí)際工程中，建設(shè)單位會(huì)對(duì)比不同蓄冷率的投資回收期的長(zhǎng)短，來(lái)判斷哪種系統(tǒng)更優(yōu)，通過(guò)上述分析可知，這種簡(jiǎn)單的對(duì)比是沒(méi)有任何意義的，投資回收期只是一個(gè)參考指標(biāo)，不以其長(zhǎng)短來(lái)判斷系統(tǒng)的優(yōu)劣。圖3定性的表達(dá)了同一個(gè)項(xiàng)目不同蓄冷率情況下各方案的總支出與年限的相對(duì)關(guān)系。其中，方案Ⅰ為不采用蓄冰的常規(guī)系統(tǒng);方案Ⅱ?yàn)椴糠重?fù)荷蓄冰，與Ⅰ的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間坐標(biāo)a即為方案Ⅱ增加投資的回收年限;方案Ⅲ亦為部分負(fù)荷蓄冰，但蓄冰比率大于方案Ⅱ，初投資也大于方案Ⅱ，同理增加投資的回收年限為b也大于方案Ⅱ?qū)?yīng)的年限a，與Ⅰ的交點(diǎn)為c。從圖中可以看出，就經(jīng)濟(jì)性而言，在a點(diǎn)以前年限，三種方案的優(yōu)勢(shì)順序?yàn)椋孩?gt;Ⅱ>Ⅲ;a點(diǎn)與b點(diǎn)之間為：Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ;b點(diǎn)與c點(diǎn)之間為：Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ; c點(diǎn)以后為：Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ。

　　圖3 三種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

　　對(duì)于目前絕大多數(shù)的蓄冰空調(diào)系統(tǒng)而言，將投資回收期控制在5年左右是相對(duì)合理的。投資回收年限過(guò)短則蓄冰節(jié)省電費(fèi)的優(yōu)勢(shì)不明顯，年限過(guò)長(zhǎng)則可能導(dǎo)致承建方的投資阻力過(guò)大，或由于后期維護(hù)、不可測(cè)因素導(dǎo)致投資無(wú)法回收。另外，項(xiàng)目越大，蓄冷系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)越大，增加的投資相對(duì)越小。據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般部分負(fù)荷冰蓄冷系統(tǒng)增加的投資大概占到制冷機(jī)房總投資的20%～30%，約占整個(gè)項(xiàng)目總投資15%左右。

　　5 總結(jié)

　　建筑節(jié)能是目前我國(guó)一個(gè)重大的能源戰(zhàn)略方向，所有新建、改建的項(xiàng)目都在節(jié)能減排、綠色環(huán)保的原則下試圖探索各種型式的空調(diào)節(jié)能方式，而蓄冷系統(tǒng)則是其中一項(xiàng)重要的技術(shù)措施。隨著峰谷電價(jià)在全國(guó)的逐漸推廣，蓄冷系統(tǒng)的應(yīng)用范圍在不斷地?cái)U(kuò)大，但在各種新技術(shù)推廣應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，都或多或少的遇到了各種各樣的阻力，與其在西方發(fā)達(dá)國(guó)家的成熟應(yīng)用還有很大差距。一方面，我國(guó)各方面的基礎(chǔ)科技實(shí)力要相對(duì)落后，但更重要的原因在于我國(guó)盲目無(wú)序的房地產(chǎn)市場(chǎng)催生了浮躁的行業(yè)風(fēng)氣，致使經(jīng)濟(jì)利益成為了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中至上的、唯一的追求目標(biāo)，而能夠提高工程質(zhì)量、改善社會(huì)環(huán)境的新產(chǎn)品、新技術(shù)由于投資成本的增加，很難得到建設(shè)單位的關(guān)注，也就無(wú)法大規(guī)模的推廣應(yīng)用，所以，希望建設(shè)管理部門能夠盡快完善行業(yè)制度，加強(qiáng)規(guī)范化管理，提高監(jiān)管力度，加大節(jié)能宣傳力度，促進(jìn)空調(diào)行業(yè)的技術(shù)水平能有實(shí)質(zhì)性的發(fā)展與提高。

　　[1] GB 50736-2012.民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[Z].2012-10-01:259.

　　[2] 葉小霞等.串聯(lián)式主機(jī)上游冰蓄冷系統(tǒng)中乙二醇泵變頻分析[J].制冷, 2006,25(3):71～74.

　　[3] 張力君,張萍蓄.蓄冷率對(duì)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響及最佳蓄冷率的確定方法[J].暖通空調(diào), 1997,27(5):2～5.