某大型场馆冰蓄冷系统运行诊断及调适建议

上海建科建筑节能技术股份有限公司 邓光蔚

      【摘  要】大型场馆空调系统形式复杂，实际运行问题较多，节能空间较大。本文基于上海某大型场馆冰蓄冷系统实测数据，从数据出发，对冰蓄冷系统主要设备运行问题进行了诊断并提出相应的调适建议。

      【关键词】大型场馆  冰蓄冷系统  空调系统调适

      【基金项目】本文受国家科技支撑计划课题《既有公共机构建筑机电系统运行调适和能效提升关键技术研究》支持，课题编号2017YFB0604004。

Abstract：The air conditioning system of large venues is complex, with many practical operation problems and large energy saving space. Based on the measured data of an ice storage HVAC system in a large venue in Shanghai, this paper makes a diagnosis of the main equipment operation of the ice storage HVAC system and puts forward the commissioning suggestions.
Key words: large venues, ice storage HVAC system, HVAC system commissioning

1 项目概况

      1.1 建筑概况

      场馆位于上海，2001年投入使用，营业时间为9:00-17:15，每周周一闭馆。总建筑面积为100666㎡，共2幢建筑，其中1#楼为展示场馆，建筑面积89857㎡，2#楼为行政楼，建筑面积为10809㎡。

      1.2 设备概况

      空调系统采用冰蓄冷系统，4台双工况螺杆式主机，1台基载主机。供暖系统采用2台2960kW、1台1172kW燃气热水锅炉。照明系统主要灯具为日光灯、金属卤化物灯、节能灯等，总功率456.2kW。

      1.3 主要设备作息

      （1）4台双工况螺杆式冷水机组+蓄冰槽——供应1#楼（场馆）

      4台双工况冷机于22:00～次日3:00进行蓄冰，夏季白天7:30-17:00采用冷机和冰槽双供冷，优先利用冰槽供冷，融冰结束后由冷机进行单供冷；过渡季采用冰槽单供冷或冷机单供冷。

      乙二醇泵一机对一泵，定频运行；冷却泵并联，定频运行；冷冻一次泵定频运行；冷冻二次泵手动变频。

         （2）1台单工况螺杆式冷水机组——供应2#楼（办公楼）

          2#楼采用1台单工况螺杆式冷水机组进行供冷。

      1.4 建筑基本用能概况

      该场馆2015年总用电量11127512kWh，用气量415897m³，建筑总能耗折合标煤3878.80tce，单位建筑面积能耗38.5kgce/(m²·a)。根据《上海市大型公共文化设施建筑合理用能指南》DB 31/T554-2015^[0]，该场馆用能水平介于先进值30kgce/(m²•a)与合理值42kgce/(m²•a)之间。

      空调用电占总用电量的46.6%，照明插座占总用电量的27.8%，高低压变损及其他占10%左右，其他用能包括未计入分项计量系统的消防设备以及5#冷机以及部分插座。

2 主要运行问题诊断及调适建议

      2.1 双工况冷机限流，导致主机负载率偏低，影响运行效率

      场馆2015年实测数据显示，双工况冷机制冷工况及蓄冰工况运行COP均低于额定值，冷站全年EER平均值为2.3。测试结果如图 4、图 5所示。

      与此同时，实测中发现，双工况冷机夜间蓄冰出力不足。如图 6所示，以典型日夜间测试数据为例，22：00开启冷机蓄冰，直到2：30关闭冷机。冷机负荷率下降，COP从3.1降至2.8，蓄冰温差从2.8降为2.4。但直到2：30冷机关闭，乙二醇供水温度还未达到-6℃的设定温度。

      该日晚22：00-2：30四台冷机全开制冰，白天8：00-17：00开启2#、3#冷机供冷。抄录冷机控制面板显示的电流百分比读数，同时实测计算实际的冷机负荷率，如表 2所示。蓄冰工况下，面板显示的电流百分比达100%，但实测制冰负荷率整体偏低。冷机的装机功率为366kW，但实测功率只有300kW左右，计算得实际电流百分比仅为82%，与面板值不相符。

      经查证，冷机出厂时厂家进行了电流限流的设置，虽然冷机面板上显示冷机出力100%，但实际电流只有90%，导致冷机实际运行时无法达到额定工况。如果日常运行时依据面板电流比继续调低主机出力，将导致冷机负荷率进一步降低。该问题需联系厂家并进行修复。

      2.2 蓄冰量不足以及蓄冰策略不合理

      由于采取液位计测量冰槽蓄冰量，由于液位计误差较大，导致实际蓄冰量没有达到设定值时提前结束蓄冷。如图 7所示，测试期间平均蓄冰量为5813RTh，仅为设计值的64%。上海的谷电时间是从22:00~6:00，但是该场馆结束蓄冷的时间从2:30~4:30不等，对谷电时间利用不充分，没有将蓄冷系统的经济性优势发挥到最大。

      建议对液位计进行标定，恢复蓄冰量上限。同时，延长夜晚蓄冰时间，从而充分利用谷电进行蓄冰，发挥冰蓄冷系统的经济效益。

      2.3 释冷策略不合理

      冰槽表面水温如图 9所示，除了7月8日外，融冰结束后冰槽内温度均未保持在0℃附近，处于冰水混合物的状态。由图 10可证实，融冰结束后冰槽内仍存在大量浮冰，冰槽处于冰水混合物状态，并未进行完全释冷。

      建议基于冰槽温度调整释冰策略，充分发挥冰槽已蓄的冷量，减少白天机组的峰电使用量。

 

      2.4 输配系统能效偏低

      测试结果表明，乙二醇系统、冷冻水系统、冷却水系统以及冷却塔系数均低于一般值，具有较大节能潜力。

      建议冷冻泵降频，控制末端供回水温差保持在5℃左右；夜间蓄冰工况降低乙二醇泵频率，控制制冰进出水温差3.5℃左右；冷却泵、冷却塔输配能效较低，通过加装变频，优化调节策略，进一步实现节能效益。

      2.5 冷却塔排风不畅，影响冷却效果

      如图 12、图 13所示，冷却塔安放在行政楼屋顶，但冷却塔四周三面为墙壁，仅北面和顶部与外界环境相通，且东西两侧的冷却塔距离墙壁较近，空间狭窄导致冷却塔气流短路，影响冷却塔的运行效率。

      测试结果显示，4#冷却塔靠近墙壁的一侧有明显的短路现象。同1#冷却塔情况不同的是，4#冷却塔所靠近的东侧墙壁高度较高，阻挡了4#冷却塔的出风，导致了冷却塔的出风再次回流到了冷却塔里。

      建议对4#冷却塔加装导流罩。加装导流罩后，冷却塔出风沿风罩流出，可以直接流向室外，短路现象可得到明显改善。

      2.6 冷却塔流量不均，填料利用不充分，部分冷却塔溢水严重

      如图 14、图 15所示，冷却塔流量不均，低流量冷却塔填料利用不充分，影响冷却效果。部分冷却塔溢水情况严重。需对冷却塔进水流量进行平衡调适。

3 结论

      该大型场馆用能强度为38.5kgce/(m²·a)，实际运行中存在如下问题，通过进一步调适可充分发挥系统性能，实现节能及节费。

      （1）双工况冷机被厂家进行限流，使得主机负载率偏低，并最终导致主机运行效率偏低。该问题需与厂家进行沟通，取消限流设置，恢复主机100%的供冷能力。

      （2）蓄冰槽液位计误差导致冰蓄冷系统蓄冰量上限变小，导致蓄冰量不足。蓄冰策略不合理，蓄冰时间偏短，未能充分利用谷电。该问题需标定液位计，恢复系统蓄冰量上限。同时，延长夜晚蓄冰时间，充分发挥冰蓄冷系统的经济效益。

      （3）释冷策略不合理，未能充分利用冰槽的已蓄冷量。建议基于冰槽温度调整释冰策略，充分释冰后再开启冷机供冷，从而减少冷机的峰电使用量。

      （4）输配系统输配能效偏低，需降低冷冻泵、乙二醇泵频率，控制供回温差，提升输配能效。此外，对未安装变频的冷却泵及冷却塔，可考虑加装变频。

      （5）冷却塔排风不畅，影响冷却效果。建议对存在气流短路的冷却塔加装导流罩。

      （6）冷却塔流量不均，填料利用不充分，部分冷却塔溢水情况严重，影响冷却效果。需对冷却塔进水流量进行平衡调适。

参  考  文  献

      [1]《上海市大型公共文化设施建筑合理用能指南》DB 31/T554-2015

      备注：本文获评为第21届暖通空调制冷学术年会青年优秀论文，收录于《建筑环境与能源》2018年10月刊总第15期（第21届暖通空调制冷学术年会文集）。
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