錢志博 趙雷 程港 岳玉亮

1中機(jī)十院國際工程有限公司

2北京城建十六建筑工程有限責(zé)任公司

3中國建筑科學(xué)研究院

蓄能空調(diào)就是利用蓄能設(shè)備在空調(diào)系統(tǒng)不需要能量的時(shí)間內(nèi)將能量儲存起來，而在空調(diào)系統(tǒng)需要的時(shí)間將這部分能量釋放出來。將蓄能空調(diào)和電力系統(tǒng)的分時(shí)電價(jià)相結(jié)合，從宏觀上可以起到平衡電網(wǎng)，微觀上可以為空調(diào)用戶節(jié)省大量運(yùn)行費(fèi)用。雖然這些已經(jīng)是大家的共識，但真正詳實(shí)的實(shí)測數(shù)據(jù)并不多。筆者歷經(jīng)近三個(gè)月，對深圳某科技園項(xiàng)目進(jìn)行了實(shí)地測試，掌握了該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果，并對冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，安裝，運(yùn)行及管理等方面提出了一些意見，供大家參考。

1 運(yùn)行調(diào)試概述

深圳某科技園冰蓄冷系統(tǒng)主要包括C1-C4宿舍，餐廳，餐廳，接待中心，A1-A3棟廠房以及中央廚房，其負(fù)擔(dān)空調(diào)總面積為80200m2，其中C1-C4宿舍空調(diào)面積為29800m2，廠房空調(diào)面積50400m2。宿舍空調(diào)只在中午11:30～14:00和晚間21:30～23:30開啟，已經(jīng)錯(cuò)過了高峰時(shí)段。該系統(tǒng)設(shè)置基載主機(jī)（1100RT、3臺）、雙工況主機(jī)（500RT、3臺）、FAFCO蓄冰槽（500RT、17組），總蓄冰量8500RTh。

由于現(xiàn)場測試條件限制，筆者主要對該項(xiàng)目進(jìn)行兩次測試：第一次測試從8月1日至9月20日，其中8月1日至8月6日主要對空調(diào)逐時(shí)負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測，8月19日至8月26日對基載供冷進(jìn)行測量，9月15日至月20日對蓄冰系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行測量，第二次測試從10月13日至10月28日。

2 實(shí)際負(fù)荷分析

根據(jù)深圳市氣象資料，深圳地處亞熱帶海濱，氣候受海洋調(diào)節(jié)明顯，最高氣溫較內(nèi)地為低，極端歷史最高氣溫為38.7℃，出現(xiàn)在1980年7月10日。且日最高溫度超過35℃的天氣出現(xiàn)的日數(shù)達(dá)3.5天。此次測試期間日最高溫度均達(dá)到35℃，室外最高相對濕度87.2%。另外，通過對該科技園工廠進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該科技園在8月份是產(chǎn)值較大月，所以8月份工廠負(fù)荷也處于高峰時(shí)期。由以上幾條可認(rèn)為測試期間為該項(xiàng)目峰值負(fù)荷段。故此筆者對現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行近一周時(shí)間（8月1日-8月6日）摸底調(diào)查，以6分鐘為時(shí)間間隔，對該系統(tǒng)負(fù)荷情況進(jìn)行了詳盡的調(diào)查，并由此計(jì)算系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷。

通過對空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測得到空調(diào)系統(tǒng)的供冷量，此冷量即為當(dāng)時(shí)的空調(diào)負(fù)荷，通過電費(fèi)比較運(yùn)行費(fèi)用。本次測試，溫度測試使用的是霍尼韋爾生產(chǎn)的溫度傳感器，其型號和測量精度如表1，圖1為系統(tǒng)原理圖及三個(gè)測點(diǎn)位置圖。

表1 測試儀器精度

圖1 系統(tǒng)原理圖及三個(gè)測點(diǎn)位置圖

3 現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

3.1 現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)計(jì)算

分別記錄了系統(tǒng)三個(gè)測點(diǎn)的六分鐘瞬時(shí)值，通過下式計(jì)算得6 min的瞬時(shí)供冷量：

式中：Q為系統(tǒng)供冷量，RT；c為溶液比熱，kJ/(kg·℃)；k為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)，其值為1/3.516；m為系統(tǒng)流經(jīng)某一斷面的量，kg；Δt為系統(tǒng)供回水溫差，℃。

從而得到空調(diào)負(fù)荷。

3.2 數(shù)據(jù)分析

該項(xiàng)目負(fù)荷分布是比較均勻的，是因?yàn)樯钲谑袝円箿夭畈淮?，而且室?nèi)產(chǎn)熱量較穩(wěn)定。中午11:30至下午14:00和夜間22:00至凌晨2:00 負(fù)荷較經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏大，經(jīng)分析主要是在此時(shí)段宿舍區(qū)供冷。小時(shí)逐時(shí)負(fù)荷取該時(shí)段最大值。

根據(jù)上述計(jì)算，得到逐時(shí)負(fù)荷測量值同時(shí)與設(shè)計(jì)值比較如圖2。

圖2 空調(diào)逐時(shí)冷負(fù)荷測量值分布圖（測試期間平均值）

經(jīng)過以上數(shù)據(jù)可以看出，測量值的日分布情況基本與設(shè)計(jì)日分布情況相符，但測量值較均勻的比設(shè)計(jì)值小，經(jīng)分析原因有二：其一，本工業(yè)園共分兩期建設(shè)，機(jī)房公用，目前僅有一期投入使用。其二，通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，供水溫度較設(shè)計(jì)值明顯偏高，這樣勢必導(dǎo)致末端除濕效果不利，經(jīng)過計(jì)算當(dāng)室內(nèi)濕度升高20%的1kg空氣的焓值就要增加10kJ，這將是一個(gè)比較大的冷量值，預(yù)計(jì)將是空調(diào)負(fù)荷的40%。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用基載3臺，單機(jī)制冷能力1100RTh，這使在后期測試中的部分負(fù)荷時(shí)段基載可以基本承擔(dān)系統(tǒng)所需負(fù)荷。

4 系統(tǒng)運(yùn)行策略及費(fèi)用分析

4.1 電價(jià)政策

本項(xiàng)目電價(jià)采取峰谷電價(jià)制度具體收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)如表2：

表2 本項(xiàng)目峰谷電價(jià)表

4.2 計(jì)算方法

此次測試目的是，通過此次測試分析蓄冰空調(diào)系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)實(shí)際能節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用，所以測試就將從兩個(gè)方面進(jìn)行——蓄冰模式和常規(guī)空調(diào)模式，常規(guī)空調(diào)模式由基載模擬，此報(bào)告中以下出現(xiàn)的基載運(yùn)行模式均為模擬常規(guī)空調(diào)運(yùn)行模式，蓄冰空調(diào)則可以直接應(yīng)用蓄冰空調(diào)系統(tǒng)。電費(fèi)測量采用現(xiàn)場讀表和電腦集成兩方面綜合考慮的方法，即兩種記錄方法的數(shù)據(jù)互相校核，電度表選用是長江配電柜廠生產(chǎn)電度表。

4.3 系統(tǒng)設(shè)備額定功率

表3為系統(tǒng)運(yùn)行功率一覽表。

表3 系統(tǒng)運(yùn)行功率一覽表

4.4 運(yùn)行費(fèi)用實(shí)際測量

4.4.1 第一次測量結(jié)果

此次測量的目的在于，通過對單基載運(yùn)行和雙工況運(yùn)行兩種運(yùn)行模式的運(yùn)行電費(fèi)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到蓄冰空調(diào)節(jié)省費(fèi)用的統(tǒng)計(jì)，由于現(xiàn)場條件有限，此次測量只在8月19日至8月25日對系統(tǒng)進(jìn)行了基載運(yùn)行測試，和9月15日至9月20日進(jìn)行了蓄冰工況的測試，由于兩次測量時(shí)間間隔比較大且負(fù)荷變化也很大，因此次測量只能用來驗(yàn)證本報(bào)告后邊的其他負(fù)荷段的運(yùn)行費(fèi)用預(yù)測。

對本項(xiàng)目8月19日至8月25日的空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行了監(jiān)控，經(jīng)匯總得圖3。

通過測試可以得到逐時(shí)的計(jì)算負(fù)荷值，通過日總冷量與此前計(jì)算得冷量相比，可以看出此負(fù)荷段日總負(fù)荷接近最大冷負(fù)荷，同理計(jì)算得出9月15日至9月19日的負(fù)荷為最大冷負(fù)荷的85%左右。

根據(jù)現(xiàn)場抄表得到這種運(yùn)行模式下空調(diào)的耗電量及費(fèi)用如表4、5。

圖3 8月19日至8月25日逐時(shí)供冷量圖

表4 8月19日至8月25日空調(diào)用電量一覽表

表5 9月15日至9月18日空調(diào)用電量一覽表

計(jì)算得基載運(yùn)行期間日平均電費(fèi)為25675 元，蓄冰空調(diào)運(yùn)行期間日平均電費(fèi)為13854元。此費(fèi)用剛好驗(yàn)證了本報(bào)告后面所述的100%負(fù)荷段基載運(yùn)行費(fèi)用及85%負(fù)荷段蓄冰工況運(yùn)行費(fèi)用。

4.4.2 第二次測試

擬通過連續(xù)兩周分別對基載運(yùn)行和雙工況運(yùn)行的運(yùn)行費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而比較出蓄冰空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

先對該系統(tǒng)10月13日～10月27日的負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測負(fù)荷的同時(shí)對系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行記錄，在監(jiān)測期間前一周讓系統(tǒng)以蓄冰模式優(yōu)化運(yùn)行，第二周讓系統(tǒng)以基載模式運(yùn)行，然后在這兩周中盡量取負(fù)荷最接近的空調(diào)日做分析比較。將測量期間負(fù)荷分布情況如圖4所示。

圖4 10月13日至10月23日逐時(shí)供冷量圖

表6 10月份部分負(fù)荷日空調(diào)用電量一覽表

根據(jù)圖4可知，此次測試期間系統(tǒng)總負(fù)荷在空調(diào)峰值總負(fù)荷的60%左右的居多，故取負(fù)荷較為接近的四天蓄冰運(yùn)行工況和三天基載運(yùn)行記錄做經(jīng)濟(jì)性分析。測試期間由于10月14日、10月18日、10月19日超出了此次測量的范圍，還有10月20日、10月21日系統(tǒng)出現(xiàn)故障，另有10月24日、10月25日、10月26日系統(tǒng)負(fù)荷較低，不能用在此次測試分析中，所以這些天的運(yùn)行費(fèi)用不能用來分析。故取13日、15日、16日、17日為蓄冰測試日，取22日、23日、27日為常規(guī)空調(diào)測試日。

根據(jù)現(xiàn)場抄表得到這種運(yùn)行模式下空調(diào)的耗電量及費(fèi)用如表6。

現(xiàn)對用電費(fèi)用作如下分析，得出如下三條：

1）蓄冰系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用較基載系統(tǒng)低4265.8元/天，耗電量高而運(yùn)行費(fèi)用低，說明了蓄冰空調(diào)系統(tǒng)將用電高峰移至電費(fèi)的低谷時(shí)段。

2）此次測試結(jié)果將用于此報(bào)告后面關(guān)于50%～65%之間的運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省情況的驗(yàn)證。

3）同等負(fù)荷數(shù)值條件下，冰蓄冷系統(tǒng)總耗電量比常規(guī)耗電量約增加18%左右。

5 測試結(jié)論及建議

測試中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場人員沒有按科學(xué)的運(yùn)行模式運(yùn)行，而是直接早上開機(jī)即以融冰方式運(yùn)行，沒有在電力高峰時(shí)段開啟融冰，這樣大大降低了蓄冰空調(diào)的節(jié)能效益，筆者對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了優(yōu)化。

5.1 優(yōu)化后運(yùn)行策略

冰蓄冷空調(diào)優(yōu)化運(yùn)行模式分配圖如圖5所示：

圖5 冰蓄冷空調(diào)優(yōu)化運(yùn)行模式分配圖

5.2 優(yōu)化后運(yùn)行效果

根據(jù)計(jì)算，可以得到各負(fù)荷段每天的基載和蓄冰空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用，見表7：

表7 蓄冰空調(diào)節(jié)省費(fèi)用計(jì)算表

通過表7計(jì)算可得出冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)日節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用在3789～6677元之間，即年節(jié)能運(yùn)行費(fèi)用在125～220萬元之間，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用效果非常明顯。

筆者提出上述優(yōu)化運(yùn)行邏輯后，項(xiàng)目甲方非常重視，嚴(yán)格按筆者意見修改運(yùn)行邏輯，取得了顯著的效果。日前該單位給筆者寄送了2017年全年空調(diào)運(yùn)行臺賬，經(jīng)筆者整理、計(jì)算、比對，該項(xiàng)目2017年全年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用逾201萬元，限于篇幅限制在此不再贅述。與項(xiàng)目增加投資的500萬元相比，年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)可觀。

5.3 結(jié)論及建議

1）蓄冰空調(diào)較常規(guī)系統(tǒng)耗電量增加。測試報(bào)告中對空調(diào)負(fù)荷做了詳盡的調(diào)查和論述，經(jīng)分析，蓄冰空調(diào)較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，同等負(fù)荷條件下耗電量增加約18%。

2）蓄冰空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用明顯。從測試期間日節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用和2017年設(shè)備運(yùn)行臺賬看，本系統(tǒng)年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用是相當(dāng)可觀的，加之深圳地區(qū)空調(diào)制冷年平均運(yùn)行時(shí)間達(dá)到300天以上，冰蓄冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

3）對設(shè)計(jì)要求高。本項(xiàng)目的成功關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)、施工質(zhì)量高、運(yùn)行管理科學(xué)，其中設(shè)計(jì)首當(dāng)其沖。冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)先要準(zhǔn)確計(jì)算設(shè)計(jì)日逐時(shí)負(fù)荷值，然后計(jì)算合理的蓄冰量，最后通過全年運(yùn)行費(fèi)用演算投資回收年限，根據(jù)投資回收年限再修改蓄冰量，這樣逐步趨近于最佳的投資回收期。在設(shè)備選型方面，當(dāng)然蓄能主機(jī)和蓄冰設(shè)備是最重要的，而蓄能泵、放能泵、轉(zhuǎn)換閥門這三個(gè)設(shè)備則是容易被忽略的，這三個(gè)設(shè)備是蓄能系統(tǒng)的中樞，它們工作的溫差變化大，切換頻率高，需要其選型準(zhǔn)確、性能可靠、質(zhì)量過硬，這才能保證系統(tǒng)的平穩(wěn)高效運(yùn)行。

4）蓄冰系統(tǒng)對運(yùn)行人員要求較高。通過了解發(fā)現(xiàn)，有些蓄冰空調(diào)系統(tǒng)均采用開機(jī)即融冰運(yùn)行，待系統(tǒng)回水溫度較高時(shí)，說明冰槽冷量已經(jīng)基本用完，此時(shí)開啟主機(jī)補(bǔ)充冷量，這樣的運(yùn)行方式不能最大的發(fā)揮蓄冰系統(tǒng)的節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用的能力，這就需要現(xiàn)場運(yùn)行人員隨時(shí)根據(jù)負(fù)荷變化及峰谷電價(jià)情況調(diào)整運(yùn)行模式，并合理調(diào)配主機(jī)和冰槽的投入比例，增加了對運(yùn)行人員的要求。

5）建造質(zhì)量影響實(shí)際效果。測試期間，由于電動閥、水泵、主機(jī)的質(zhì)量問題，使測試多次暫停，可想在實(shí)際運(yùn)行中會因建造質(zhì)量問題造成運(yùn)行效果不好，甚至產(chǎn)生事故。

通過這次測試可見，蓄冰空調(diào)系統(tǒng)蓄冰空調(diào)系統(tǒng)能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的，是一個(gè)好的系統(tǒng)。但只有設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)、施工質(zhì)量高、運(yùn)行管理科學(xué)，才可以發(fā)揮出蓄冰空調(diào)的實(shí)際使用意義，蓄冰空調(diào)系統(tǒng)才能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。