动态冰浆蓄冷系统能效测试方法

动态冰浆蓄冷系统能效测试方法

摘要:蓄冷空调系统是为实现电网用户侧移峰填谷而发展起来的一项有效技术,其推广应用具有很大的社会意义和经济效益。本文对蓄冷系统的效率评价采用狭义评价体系,从动态冰浆蓄冷系统原理及蓄冷量的测量方法分析入手,通过测量蓄冷系统各进出口的温度,来计算电网用户侧电力损耗。

关键词:蓄冷空调系统能效测试移峰填谷

随着社会用电量不断增加,用电高峰期电力资源短缺,低谷期电力资源相对过剩,导致电力负荷峰谷差过大,造成大量的能源损失和浪费。冰蓄冷空调就是为了实现电网用户侧移峰填谷而发展起来的一项有效技术,蓄冷系统通过利用富余的低谷电力蓄冰,用电高峰时段融冰供冷,从而减少甚至避免高峰时段空调系统的用电,对电网移峰填谷具有重大意义。

1 蓄冷系统效率评价标准

蓄冷空调系统的宏观节能效益如何定量评价,到目前为止国内外均没有统一明确的标准和规范。目前企业所能提出并具有可实时性的评价标准仅局限于蓄冷过程中系统和设备本身的能效。本文所述的动态冰浆蓄冷系统能效测量也是基于以上狭义评价体系。

上述狭义评价标准的基本计算公式为:

2 蓄冷系统狭义能效计算方法

(1)双工况主机蓄冷单机能效:ε=Q/E’。

Q为单位时间或一定蓄冷周期内的蓄冷量,kW或kJ;E’为单位时间或一定蓄冷周期内的双工况主机耗电量,kW或kJ。

(2)系统单独蓄冷能效:η0=Q0/E0

Q0为昼夜间总蓄冷量（含蓄冷槽漏热损失）,kJ;E0:蓄冷期间蓄冷主机及相关辅助泵能耗,kJ。(3)包括放冷能耗在内的蓄冷系统综合能效:η=（Q0-L）/（E0+E1）。

L为昼夜间蓄冷槽累计漏热损失,kJ;E1为蓄冷量全部释放过程中相关一次泵能耗（不含二次泵）,kJ。

显然,上述3种能效定义还依赖于冷却塔所处的环境,即室外环境温、湿度,因此在测量上述能效时必须指明环境温、湿度条件。

3 动态冰浆蓄冷系统原理及蓄冷量的测量方法

(1)动态冰浆蓄冷系统原理。

动态冰浆蓄冷的制冰过程是利用水具有一定过冷度的原理,首先在换热器中制取低于0℃的过冷水,过冷状态的水排出换热器之后进入冰浆生成器解除过冷状态,变成冰水混合物输送到蓄冰槽保存。冰水混合物中密度小的冰储存在槽的上部,槽下部的水则继续循环制冰,实现连续不断的动态制冰过程。（见图1）

(2)蓄冷量的测量方法。

冰蓄冷的蓄冰量到目前为止尚无很好的方法可以直接准确测量,因此,只能采用在制冰或融冰过程中通过测量温差和流量的方法间接测量。

如图1所示,动态冰浆蓄冷运行系统一般包括3个一次侧循环,即乙二醇循环、制冰循环和融冰循环,3个循环的流量分别用流量计F1、F2和F3进行测量。系统各主要热交换设备的进出口都设置了温度传感器（T0～T6）。

理论上,通过上述3个一次侧循环中的任何一个循环都能间接测量出蓄冰槽内的蓄冷量,以制冰循环为测量对象,蓄冷量为:

Q为蓄冷量（可折算为蓄冰量,或IPF）,kJ；ρ为冷水密度,kg/m3；cp为冷水比热容,kJ/(kg·K)；ΔT为冷水进出口温差（ΔT=T0-T4）,℃；f为体积流量,m3/s；t为时间,s。

需要注意的是,在式中ΔT=T0-T4而不应该是ΔT=T3-T4,因为T0和T3之间可能存在预热等损失,这部分损失排向了冷却塔,没有进入蓄冰槽。另一方面,在系统稳定出冰后,冰槽内的水温分布是比较均匀的,T0所测温度与制冰取水管口处的实际温度是一致的。

以乙二醇循环或融冰循环为测量对象,需要注意选取相应的物性常数,以及ΔT的定义:

(3)蓄冷量测量实施方法。

测量由PLC系统自动采集数据并处理完成,对蓄冷量方程进行离散处理既可实现测量和计算。离散之后的计算式为:

其中Δt为时间离散步长,角标i表示第i个运算周期时刻各参数的测量值,n表示整个计量周期内的累积次数。

理论上,时间步长趋于0时计算的误差也趋于0（非测量误差）,

因此，应尽量选用小步长。在实际运行中,制冰工况比较稳定,适当选择较大步长,融冰工况则可能不稳定,应当选择较小步长。

4 结语

蓄冷空调系统是一种有效的电力移峰平谷技术,如果仅从用户侧的电力消耗来看,相对于常规非蓄冷空调系统,蓄冷空调系统是耗能的,但蓄冷空调系统的移峰平谷功能使得发电厂侧的电力输出负荷由不平稳趋向于平稳,从而发电厂的发电效率由低变高,实现整个电力系统的宏观节能。如蓄冷空调系统被广泛采用,从整体上看移峰平谷带来的发电厂侧节能效益将远大于用户侧因蓄冷产生的耗能效益,因此,蓄冷空调系统是一种有效的节能技术。

参考文献

[1]GB/T 19412-2003,蓄冷空调系统的测试和评价方法[S].

[2]方贵银.蓄冷空调技术[M].机械工业出版社.