上海華電源信息技術(shù)有限公司 黃小龍

       【摘  要】以一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目為例，結(jié)合該項(xiàng)目全年8760小時(shí)逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷數(shù)據(jù)，進(jìn)行冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)備選型、運(yùn)行控制策略的優(yōu)化，并結(jié)合系統(tǒng)設(shè)備的性能參數(shù)，模擬計(jì)算能源系統(tǒng)的年運(yùn)行能耗及其費(fèi)用。

       【關(guān)鍵詞】冰蓄冷；全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷；運(yùn)行策略；能耗分析；經(jīng)濟(jì)分析

1 工程概述

       該計(jì)算案例項(xiàng)目位于廣州，共41層，建筑面積61000m²，空調(diào)面積約59480m²，其中1層為商鋪，2~41層為辦公建筑，總建筑高度235.8m。項(xiàng)目所在地地區(qū)采用蓄冷蓄熱的政策峰谷電價(jià)如下：

2 基于全年負(fù)荷的典型工況分析

       計(jì)算案例工作時(shí)間為8:00~20:00,共13個(gè)小時(shí)。全年空調(diào)供冷從4月1日~11月30日，計(jì)算全年8760小時(shí)逐時(shí)負(fù)荷后，排除無(wú)需供冷時(shí)間，制冷天數(shù)共計(jì)238天，全年峰值負(fù)荷為11579kW。

       采用軟件對(duì)其逐時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷進(jìn)行區(qū)間分析，根據(jù)每一天的累計(jì)耗冷量的大小將238天分成10個(gè)區(qū)間，統(tǒng)計(jì)每一個(gè)區(qū)間的平均逐時(shí)負(fù)荷，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下。

       選取90%~100%區(qū)間段的負(fù)荷數(shù)據(jù)作為典型日設(shè)計(jì)負(fù)荷進(jìn)行設(shè)備選擇，90%~100%典型日峰值負(fù)荷為10487.2kW，約2982RT；日累計(jì)總耗冷量為101830.08kWh，合計(jì)28954RTh。初步按照30%蓄冰量設(shè)計(jì)，約為蓄冰時(shí)間為00:00~08:00,共計(jì)8個(gè)小時(shí)，計(jì)算得到每小時(shí)所需制冰量為1218RT。根據(jù)設(shè)備廠(chǎng)家提供設(shè)備表選取對(duì)應(yīng)的雙工況值機(jī)，其制冷量為1600RT。剩余空調(diào)負(fù)荷由基載機(jī)承擔(dān)，滿(mǎn)足峰值負(fù)荷。

3 設(shè)備選型及其參數(shù)

       1）設(shè)計(jì)總蓄冰量按照累計(jì)總耗冷量的30%計(jì)算

       101830.08 kWh×0.3＝30549.02kWh

       2）設(shè)計(jì)制冰量按照每天8小時(shí)計(jì)算

       30549.02kWh÷8＝3818.63 kWh

       3）雙工況主機(jī)選擇

       從廠(chǎng)家樣本中選擇2臺(tái)離心式雙工況冷水機(jī)組

       每臺(tái)空調(diào)工況制冷量2814kW（800RT），制冰量：2142kW（609RT）。

       4）實(shí)際蓄冰率計(jì)算

       2142kW×2×8h/101830.08 kWh=33.66%

       5）基載機(jī)制冷量

       從廠(chǎng)家樣本中選擇1臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組作為基載機(jī)

       空調(diào)工況制冷量1196kW（340RT）

       6）選擇配套的水泵、冷卻塔、換熱器等設(shè)備

       具體配置設(shè)備如下表：

4 全年逐時(shí)冰蓄冷系統(tǒng)控制策略

       對(duì)項(xiàng)目的全年負(fù)荷進(jìn)行分析，整個(gè)項(xiàng)目的總冷量由基載機(jī)供冷、雙工況主機(jī)白天供冷以及雙工況主機(jī)夜間制冰的白天釋冷這三部分供冷承擔(dān)。

       分析這三部分供冷量特征如下：

       1）雙工況主機(jī)夜間制冰工況時(shí)，電價(jià)便宜，因此優(yōu)先采用這部分冷量供冷；

       2）基載機(jī)的制冷效率高于普通雙工況主機(jī)，因此這部分冷量次優(yōu)先；

       3）雙工況主機(jī)的白天供冷量?jī)?yōu)先級(jí)最低。

       因此，可以按照每一天需要的總冷量將238天分成以下3種情況：

       1）晚上蓄冰，白天不開(kāi)任何主機(jī)。（日總耗冷量≤34272kWh）

       2）晚上蓄冰， 白天開(kāi)基載主機(jī)（34272 kWh＜日總冷量≤34272+15548=49820kWh）

       3）晚上蓄冰，白天開(kāi)基載主機(jī)+雙工況主機(jī)制冷（所需日耗冷量大于49820）

       如下圖所示：

       4月1日所需冷量為6864kWh，屬于第一種情況。

       7月21日所需冷量為103074kWh，屬于第三種情況。

       10月6日所需冷量為46232kWh，屬于第二種情況。

       第一種情況只需要需要融冰供冷，以4月1日為例，其計(jì)算計(jì)算表格如下。

       第二種情況只需要需要融冰供冷+基載機(jī)供冷，以10月6日為例，其計(jì)算計(jì)算表格如下。

       第三種情況需要融冰供冷+基載機(jī)+雙工況主機(jī)，以7月21日為例，其計(jì)算計(jì)算表格如下。

5 全年運(yùn)行能耗記費(fèi)用計(jì)算

       本項(xiàng)目的空調(diào)能源系統(tǒng)能耗計(jì)算考慮了設(shè)備的冷卻水溫度與實(shí)時(shí)負(fù)荷率，結(jié)合廠(chǎng)家系統(tǒng)的能耗矩，計(jì)算每個(gè)時(shí)刻的動(dòng)態(tài)cop值。

       1）獲取能效矩陣

       cop能效矩陣（節(jié)選）

       2）以7月21日為例，根據(jù)冷卻水溫、負(fù)荷率計(jì)算逐時(shí)cop。

       3）以7月21日為例，根據(jù)逐時(shí)負(fù)荷率和cop計(jì)算制冷機(jī)組、水泵、冷卻塔等設(shè)備的逐時(shí)能耗

6 結(jié)果

       將制冷天數(shù)的每一天都采用上述方法分類(lèi)計(jì)算后，最終匯總所有結(jié)果如下：

       區(qū)別于傳統(tǒng)的根據(jù)設(shè)計(jì)日負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)的冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，本項(xiàng)目采用了提供了一種新的設(shè)計(jì)思路，即基于全年8760小時(shí)的逐時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷及其多區(qū)間分析功能進(jìn)行設(shè)備選型，并通過(guò)計(jì)算每個(gè)時(shí)刻的負(fù)荷率和冷卻水溫度得到逐時(shí)動(dòng)態(tài)cop，以此來(lái)計(jì)算冰蓄冷系統(tǒng)全年的逐時(shí)動(dòng)態(tài)能耗和費(fèi)用。因?yàn)槠湓O(shè)備選型與能耗費(fèi)用計(jì)算都是基于根據(jù)全年氣象參數(shù)計(jì)算出來(lái)的結(jié)果，因此其最終的實(shí)際數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)的計(jì)算方法要更貼近實(shí)際運(yùn)行情況，更負(fù)荷精細(xì)化模擬分析的要求。 

參考文獻(xiàn)

       [1] 嚴(yán)德隆、張維君 《空調(diào)蓄冷應(yīng)用技術(shù)》 中國(guó)建筑工業(yè)出版社
       [2] 陸耀慶 主編 《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 中國(guó)建筑工業(yè)出版社
       [3] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院 《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》 中國(guó)建筑工業(yè)出版社
       [4] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院 《建筑節(jié)能氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 中國(guó)建筑工業(yè)出版社

       備注：本文收錄于《建筑環(huán)境與能源》2021年4月刊 總第42期（第二十屆全國(guó)暖通空調(diào)模擬學(xué)術(shù)年會(huì)論文集）。版權(quán)歸論文作者所有，任何形式轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者。