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1、蓄冷空调系统控制策略的比较探讨南京工业大学城建与安全学院，阎丽萍 江苏 南京210009;摘 要：本文针对冰蓄冷空调系统的主机优先和融冰优先控制策略,分析了不同策略下对主机容量的影 响，以及两种策略下消耗的电量和电费比较。得出：对于一定的空调负荷，主机优先供冷时，随着主机 供冷/峰值负荷的数值增大，主机容量增大，总耗电量减小，电费增大；融冰优先供冷时，随融冰供冷/ 峰值负荷的数值增大，主机容量下降，总耗电量增大，电费减少。关键词：控制策略；主机优先；融冰优先；冰蓄冷空调系统The Study on comparison of Control Strategy on Ice Storage ai
2、r-conditioning System Abstract : In this paper , the effect of two control strategy on the chiller-capacity is analyzed and the comparison is made about the power consumption and the cost of electricity according to the chiller- priority control and the storage - priority control strategy on ice sto
3、rage air-conditioning System It is obtained that :for the same air-conditioning load, the chiller-capacity increases, a total power consumption reduces and the cost of electricity increases with the ratio refrigeration / peak load values increased in chi 1 ler-priority control strategy; the chiller-
4、capacity reduces, a total power consumption increases and the cost of electricity reduces with the ratio refrigeration / peak load values increased in storage - priority control.Key words: control strategy ; chiller- priority control; storage 一 priority control ; ice storage air-conditioning system1
5、. IJIJ s冰蓄冷就是利用冰的相变潜热进行冷量的储存。蓄冷空调系统本身并不节电，但是它的移峰填谷 作用有助于电网运行的优化调配和节能，从而提高设备使用率,为电网的生产和供应带来显著效益，避免 因高峰时段供电不足而新建电厂的额外投资。蓄冷空调系统相当于是“不耗能”的发电厂。冃前我国 很多省市已实施分时电价，以鼓励用电单位在电负荷低谷用也控制高峰用电量.由此可以实现对电网的 “削峰填谷”，缓解电力紧张，减少电力建设投资。目前冰蓄冷系统可以分为全负荷冰蓄冷系统和部分负荷冰蓄冷系统。全负荷冰蓄冷系统是在供冷时 段不使用主机，只依靠蓄冰设备融冰来满足冷负荷需求。部分冰蓄冷系统在供冷时则依靠蓄冰设备融
6、冰 和主机共同运行负担冷负荷，冷冻机和蓄冰设备容屋都比较小，初投资和运行费可以达到综合最优，因而 被一般商业办公建筑广泛采用闾。国外从上个世纪70年代就一直在研究如何让这种系统能达到最优化运行，其核心围绕着控制策略 和负荷预测，本文重点讨论乙二醇系统的主机优先和融冰优先控制策略。2. 冰蓄冷系统运行策略常规空调系统不同，蓄冷系统可以通过制冷机组或蓄冷设备或两者同吋为建筑物供冷，用以确 定在某一给定时刻，多少负荷是山制冷机组提供，多少负荷是山蕃冷设备供给的方法，即为系统的运行 策略。蓄冷系统在设计过程中必须制定一个合适的运行策略，确定具体的控制策略，并详细给岀系统中的设备是应作调节还是周期性开停
7、。对于部分蓄冷系统的运转策略主要是解决每时段制冷设备之间的供 冷负荷分配问题，从优化控制角度看，冰蓄冷空调系统分为制冷机组优先和蓄冷设备优先两种策略。 2.1制冷机组优先（主机优先）蓄冷系统采川制冷机组优先式运行策略是指制冷机组首先直接供冷，超过制冷机组供冷能力的负 荷由蓄冷设备释冷提供。这种策略通常用于单位蓄冷量所需费用高丁单位制冷机组产冷量所需费用，通 过降低空调尖峰负荷值，可以大幅度节省系统的投资费用。本文主机优先计算小，制冷机组容量及其耗电量和电费等计算过程如图1所示。开始1假设主机供冷/峰值负荷1主机容量1融冰、蕃冰负荷分布1主机蓄冰量满足要求吗？NI Y耗电量、电费计算结束图1 主
8、机优先计算框图2.2蒂冷设备优先（融冰优先）蓄冷设备优先式运行策略是指蓄冷设备优先禅冷，超过禅冷能力的负荷由制冷机纟R负责供冷。蓄冷 设备优先式在控制上要比制冷机组优先式相对复杂些。在下一个蓄冷过程开始前，蓄冷设备应尽可能将蓄存的冷量全部释放完，即充分利用蓄冷设备的町利 川蓄冷量，降低蓄冷系统的运行费川；另外应避免蓄冷设备在释冷过程的前段时间将蓄存的大部分冷 量释放，而在以后尖峰负荷时，制冷机组和蓄冷设备无法满足空调负荷需要的现象，因此应合理地控 制蓄冷设备的剩余冷量，特别是对于设计FI空调尖峰负荷岀现在下午时段吋非常重要。一般情况，蓄冷 设备优先式运行策略要求蓄冷系统应预测出当口24小时空调
9、负荷分布图，并确定出当口制冷机组在供 冷过程中最小供冷虽控制分布图，以保证蓄冷设备随吋有足够释冷量配合制冷机组满足空调负荷的耍 求。在实际空调工程中，如何选择冰蓄冷系统运行策略，既能满足空调负荷需要，乂能减小主机的容量, 对于空调系统主机的选型设计有着重要的指导意义。融冰优先计算中，制冷机组容虽及英耗电虽和电费等计算过程如图2所示。开始假设融冰供冷/峰值负荷融冰负荷分布 主机供冷负荷分布上机容量主机蓄冰量满足要求吗?I Y耗电量、电费计算-结束图2融冰优先计算框图3. 工程实例卞面以办公楼为例，根据办公楼的空调负荷，对融冰系统的主机优先和融冰优先两种策略进行机组 容量和耗电量的计算分析。某办公
10、楼工程总建筑面积15000m2,大楼夏季设计LI峰值冷负荷约1850kwo木建筑使用功能主要为 办公,夜间不供冷,空调时间为8:0018:00o由文献1提供的建筑物逐时冷负荷系数可得出图3所示的是该工程设讣Fl逐时冷负荷分布图。o o o o o o o o o O ooooooo oo O 0864 2 0 DC 64 22 1 1111lea逐时冷负荷gggggggggggggggggggggggg时刻图3设计H逐时冷负荷分布图本文将蓄冰时间安排在低谷电价时段0:007:00。图4、图5分别为该工程主机优先和融冰优先控 制策略下设计U冷负荷平衡图C086442086融冰供冷机组供冷Q储冰负
11、荷札组佻冷0鬼冰供冷祛冰快荷文、逞o o OW80讯2 11o o o O Oo O8 & 4 26gsgssssssssssgsssss图4主机优先设计日冷负荷平衡图图5融冰优先设计H冷负荷平衡图根据图1、图2的计算过程，本文得出图6所示的机组容量变化III线。002O40100011111110.560.580.600.62主机供冷/昨负:;j0060-0030昨33覆005000 O0020_机组一蓄冰o mn +蓄冰 oOO0.560.580.600.62机组供冷/峰值缈(a)o o Oo o Oo o o O5 4 3 2 UA/W咽宫7060000000机组蓄冰一o一机组+喬冰oO
12、o0.260.280.300.32融冰供冷/峰值嫡(b)1200 1111110.260.280.300.32融冰供冷/峰值(a)(b)图6机组容量变化曲线由于制冷机组白天供冷作用，夜间又蓄冰作用，故机组容量大小受到蓄冰量的限制。在图6 (a) 中，计算得到主机供冷/峰值负荷的比值不能小于0.543,制冷机组的容量最小为1005kwo否则计算为 无效。因为如果主机供冷/峰值负荷的比值小于0. 543,主机容量下降，主机供冷量降低，夜间制冰量 也随Z降低，导致白天的融冰供冷量减少，这样主机供冷和融冰供冷同时下降，使得机组的供冷虽不能 满足工程负荷的要求。所以，为了满足工程负荷的要求，主机供冷/峰
13、值负荷的比值不能小于0.543。 同理，在图6(b)中，计算得到融冰供冷/峰值负荷的比值不能小于0. 25,制冷机组的容量最大为1388kw。由图6可见：利用主机优先供冷时，随着主机供冷/峰值负荷的数值增大，主机容量也增大，呈直 线增长趋势。主机供冷/峰值负荷由0. 543增至0. 62,即增加14. 2%,主机容量由1105kW增至1147kW, 增幅为14.1%。可见主机优先供冷时，主机容量增幅与主机供冷/峰值负荷增幅Z比儿乎为1： 1。融冰 优先供冷时，随着融冰供冷/峰值负荷的数值增人，主机容最呈直线下降趋势。蓄冰供冷/峰值负荷由 0.25增至0. 33,即增加32%,主机容量由1388
14、kW降至1240kW,降幅为10.7%。可见融冰优先供冷时, 主机容量降幅与融冰供冷/峰值负荷增幅Z比为0. 33： L文献1中阐述，用于蓄冷空调系统的制冷机组主要有活塞式冷水机组，螺杆式冷水机组，离心式 冷水机组和涡旋式冷水机组。这些制冷机组的制冷系数(cop)在空调T况下一般在4. 1-5. 4之间，在 制冰工况下一般在2.9-3.9Z间。本文假定制冷机组cop空调=4.1, cop制冰=3.0。由此得到主机优先和 融冰优先两种控制策略F主机白天供冷和夜间蓄冰所消耗的电量，如图7所示。图7耗电量变化曲线山图7可知：主机优先吋，当主机供冷/峰值负荷的数值越大，主机耗电量也增大，增幅13. 2
15、%； 而蓄冰的耗电量减少，减幅24. 4%其主机加蓄冰的总耗电量略有减少，仅2.8%。融冰优先供冷时，随 着融冰供冷/峰值负荷的数值增大，主机耗电最减小14.5%,蓄冰的耗电最增加32%,主机加蓄冰的总耗 电量增加3. 2%。由表1的分时电价，本文计算得到用于主机与蓄冰的电费变化曲线，见图8：机组蒂冰一。一机组+蒂冰ooo4；4rOOOOOOOOOOOOOOOO 62840628 3 3 2 2 2 11o o o o o O o o o o o O2 8 4 0 6 23 2 2 !2 11机组一 一蒂冰 o机组.蓄冰 OOo0.560.580.600.62800 -蚣4Q0 1I 伞- I 今_ ,0.260.280.300.32表1分时电价时段时间电价（元/K
