某综合中心冰蓄冷空调系统运行现状及调适建议

陈小雁，孙美华

（1. 苏州建设交通高等职业技术学校；2. 苏州东吴物业管理有限公司）

日前国家提出了的“碳达峰、碳中和”的目标。建筑是能源消耗大户，空调用电量又占建筑用电总量的60～70 %［1］，空调系统的节能对“双碳”目标的达成尤为重要。

从2011年至今，我国一直是世界发电量第一大国，而且在全世界总发电量上所占的比重也越来越大。据全国能源信息平台2月下旬发布的数据显示，截止到2020年末，我国发电装机容量约为22亿kWh。2020年我国全年发电量为7.42万亿kWh，用电量为7.51万亿kWh。我国的用电量缺口仍然有900亿kWh，说明虽然我国已经是世界发电量第一大国，但仍然无法完全满足我国工农业生产和居民生活等方面的用电量。

有数据显示在北京、上海、深圳、广州等城市夏季空调的用电量占全部用电的30 %左右［2］。从日本东京电力公司统计来看，日本电网负荷率每提高1 %，可降低供电成本1 %，并减少200- 300 kt左右CO2的排放量［2］。冰蓄冷空调系统以晚上蓄冰，白天融冰供冷，有效转移空调电力的高峰负荷，减轻电网压力并降低设备容量，同时充分利用城市峰谷电价，降低空调系统运行费用［3］。

但是，冰蓄冷空调系统能否真正发挥作用，除设计施工之外，后期的运营阶段运行水平至关重要。目前的研究偏重于冰蓄冷的控制策略和经济运行分析［4-9］，对实际系统运行问题诊断调整的研究较少。实际工程往往由于设计选型偏大、运行管理不当等客观原因，系统投入运行后并没有达到预期的效果。

本文通过对刚运营三年的某体育中心冰蓄冷空调系统冷源设备端的耗电量和冰槽蓄冷量的检测，分析系统运行现状，提出调适建议。旨在为冰蓄冷的空调设计阶段和运营阶段提供参考。

1 工程概述

本项目是一个集体育竞技、健身休闲、商业娱乐、文艺演出为一体的多功能、综合性、生态型的甲级体育中心。占地面积约为355980 m2，包括一个体育场，一个体育馆，一个游泳馆，一个商业中心和一个酒店。游泳馆、商业中心、酒店和办公楼是集中供冷。制冷主机为双工况电力冷水机组和螺杆机。双工况制冷主机与不完全动结式盘管式内融冰槽串联。螺杆机主要负责酒店的供冷。体育馆的冷源由单独常规离心式制冷机组负责，不作为本文冷源内容研究范围。

该冰蓄冷系统按空调负荷的大小变化，依次按主机优先、融冰优先，联合供冷的顺序进行运行和控制，必要时可进行单机供冷。夏季冷负荷设计指标和日供冷时间段见下表。

表1 夏季冷负荷指标和供冷冷源情况

双工况制冷主机和冰蓄冷设备参数情况见下表2：

表2 制冷主机参数表

乙二醇水泵、一级冷冻水泵、各类二级冷冻 水泵及冷却塔性能参数情况见下表3：

表3 水泵及冷却塔性能参数表

2 运行方案对比分析

2.1 100 %负荷时的实际运行方案

本项目的调查阶段正好是8月上旬，在本项目所在的城市是全年最热的时间。室外温度36 ℃，属于空调系统100 %负荷运行的时间段。典型日的实际运行方案见下表4：

表4 100 %负荷的实际运行方案

本项目所在城市的峰谷电价表如表5：

表5 一般工商业及其他类别的电热锅炉（蓄冰制冷）峰谷电价表

通过核准，本项目的电价区间为1～10 kV，即峰时电价0.6465元/kWh，谷时电价0.3155元/kWh。对照表5，低谷电价时间段是0:00到8:00，实际运行中系统蓄冰时间是22:00～6:00v，双工况制冷主机有两个小时在高峰期蓄冰。实际运行模式并没有完全有效利用低谷电价来蓄冰。项目中的游泳馆、体育场、商场都是在9:00钟开始逐渐有人活动，晚上9:30统一供冷结束，酒店虽然是24小时有供冷需求，螺杆机可以满足。特灵双工况离心式制冷机组技术上达到短时间（一小时内）从蓄冰模式切换制冷模式。

2.2 调整后的运行方案

因此调整后的运行方案如表6：

表6 调整后的运行方案

2.3 两种方案的数据对比

两种运行方案下制冷设备总的制冷量、总的耗电量和总电费的对照见下表7

表7 总的制冷量、总的耗电量和总电费对照表

仅仅调整了蓄冰时间，总冷量和总电量基本不变，但运行费用每天节约了2981.5元/天。这是典型空调日（100 %负荷下）的运行费用节省。如果调整全年空调期，制冷设备运行费用将节省更惊人。

2.4 存在问题

在调研过程中本项目存在的问题有：机组的运行模式由人控为主，自动化控制为辅助。自动化控制实现了远程开关主机，但运行模式的优化远远没有达到。由操作人员根据冰槽内剩余冰量的显示和个人经验来调整双工况离心机组和螺杆机的开机和关机。

冰蓄冷的冰槽有21个，每个冰槽的额定蓄冰量为650 RT。设计额定蓄冰量可达到13650 RT. 但实际上冰槽剩余3000 RT时就人为不再释冷，改为主机单独供冷的模式。三台主机晚上8小时制冰只可以蓄到12000 RT. 实际冰槽的有效蓄冷量仅为9000 RT，只达到设计时的65.9 %。当冰槽内的冰量低于3000 RT时，蓄冰8小时到达不了10000 RT，时常只有8000 RT～9000 RT. 此种情况下操作人员担心白天冰量不够影响空调效果，而不愿意把冰槽的冰充分释放完毕再进行蓄冷。

开三台主机制冰会引起其中一台跳闸。这里面存在变压器容量不足的问题。操作人员长期只开两台主机轮流制冰。

三台主机的开机八小时的制冰量和两台主机开机八小时的制冰量相差无几。

3 结论与展望

截止目前，项目投入运行了第三年。空调设备的运行参数基本符合各场馆用户需求。值的注意的是冰槽的有效蓄冰量会随着运行时间的增加而降低。从长远角度出发，笔者建议应该由项目甲方牵头联系设计单位和施工单位三方一起将冰槽的蓄冰能力重新评定。冰槽中的流量探测器和冷量探测器都需要重新校准。找出三台主机蓄冰量和两台主机蓄冰量等同的原因，确认主机问题还是冰槽或者板式换热器的问题。以冰蓄冷空调系统为代表的建筑设备在漫长的运营期内都呼吁建筑调适［10］方来诊断和调整运营期遇到的各类问题，以提高建筑设备的技术寿命，减少带病运行导致的能源消耗。这个任务仅仅依靠运维阶段的物业公司是不可能完成的。

在既有的条件下，项目甲方要支持物业运营方的调适决策。调适既是人的舒适也是各类设备能耗的合适。在每天运行初期的一个小时（上午9: 00-10: 00）各场馆容易出现冷热不均的现象属于正常，而不应该投诉物业工程部。

此外物业运营方要出一个系统的操作说明书来指导操作人员的操作，减少对操作人员个人经验的依赖。当操作人员离职对系统的运行安全性可靠性影响降到最低。操作说明书可由物业负责起草，项目甲方工程部共同参与探讨和通过。这过程可以加入自动控制策略，也可以由冰槽的每小时释冰量、室外气温和相对湿度等综合参数来指导操作人员操作。

变压器容量不足导致的无法同时开机是由物业运营方负责查找原因即可。