区域冷站责任试车的研究与实践

中关村广场冷站位于北京市海淀区中关村广场A区地下二层，是以超低温冰蓄冷技术为基础的大型区域供冷站，是国内最大的超低温区域冷站，拥有国内最先进的空调制冷技术，冷站为中关村广场地下空间的商业娱乐中心、新东方大厦、中钢大厦、中关村e世界等近40万平米的建筑提供空调用冷水。制冷系统包括1台2000RT离心式冷水机组和3台2000RT双蒸发器螺杆冷水机组，额定供冷量12000RTH，蓄冰池容积2500立方米，蓄冰量可达28400RTH。

该项目采用了双蒸发器双工况冷水机组和外融冰式冰蓄冷技术。双蒸发器的特点使得系统在制造冷水过程中，不需经过换热器，可由机组直接制出冷水，提高了制造冷水过程的换热和制冷效率；外融冰的方式是由冷水与冰直接混合换热，再次提高换热效率，并且可以在较短的时间内制出大量的低温冷冻水，从而得到超低温冷水而且易于控制出水温度，实现为用户提供温度稳定的超低温大温差冷水（外融冰主机上游串联系统见图1）。

对于采用蓄冰技术的冷源系统，其主要组成部分包括双工况制冷主机、蓄冰装置、冷却塔、水泵、板式换热器、自动控制系统以及其他辅助设备等。所有设备的具体性能参数的确定均取决于相关的约束条件，针对冰蓄冷技术为系统集成的天然特点，为确保系统内不同设备能够组合成性能匹配、运行协调的有机整体，则必须根据空调负荷的实际特点并结合建筑物功能的特殊性，在优化设计的基础上，对整个系统进行带负荷的责任试车，以实现整个系统不同设备间的“包容和谐”。

一、冰蓄冷系统责任试车的过程

冰蓄冷系统责任试车的过程包含七个阶段：

1.设计前

在设计前阶段，要有一个贯穿后续各阶段指导责任试车的框架。此时，应确定供冷系统的功能需求，设计概念有了进展，并且制定责任试车要求和职责。此阶段要选定负责试车规划和实施的人员、公司或代理。责任试车的主管可以是设计者、承包商、业主或专为此聘用的顾问，必须有一定的知识与经验，并能与小组的其他人员协调工作，有效地监督整个调试过程。LEED评估体系中要求，对于新建和重大改建工程，必须指定责任试车主管单位。

责任试车小组包括以下人员中的全部或一部分：业主、设计方、承包商（总负责、机械工程师、控制工程师、测试与平衡工程师）、系统操作人员、设备制造商、调试顾问、蓄能顾问。

2.设计时

在设计阶段，要把冷站责任试车的详细要求纳入设计文件之中，这些内容包括设计标准、设想、系统介绍、要求性能以及试车计划。测试设备运行效率或系统性能时所需的温度、流量、压力等监控点，应在设计阶段部署到整个监控系统中去。试车计划作为工程说明书的一部分，支配着工程后续阶段期间调试过程的实现，并且明确了参加人员的作用和责任。此外，它还概括了测试、验收、验证工作的内容[1]。

要尽力推荐第三方测试人员（如：聘用顾问）对蓄冷系统的设计进行检查，特别对缺乏蓄冷设计经验的设计者更要如此。一般说，通过设计审查来改进系统所得的收益，会远大于聘用顾问所花的费用。

3.施工时

施工阶段包括各客户之间的协调以及施工过程中的检查，通过正确安装和尽早地识别出潜在的问题从而减少在以后阶段出现返工。

4.系统启动

系统启动阶段的开始意味着系统已基本具备竣工验收的条件，其内容与一般暖通空调工程规定的典型内容一样，包括启动泵、冷却塔、冷水机组和其他设备，以及管道系统的清洗与压力试验，管道的冷损失试验等。

5.操作人员培训

操作人员培训对蓄冷系统来说是最基本的内容。大多数操作人员不熟悉蓄冷系统运行的一般概念或细节。如果不进行适当培训，他们或许会误解设计意图来操作系统，一般会导致系统性能变差。培训的内容应包括蓄冷基础，具体工程中具体蓄冷技术的详细内容，全面介绍具体系统的设计要求。

6.性能测试

性能测试是一个与责任试车过程有密切关系的阶段，它包括在实际或模拟运行工况下测试每一个系统或子系统，以验证它是否按设计要求工作。在性能测试阶段，应尽量让操作人员参与测试，以作为培训工作的一部分。参与测试能使操作人员熟悉蓄冷概念、设计意图和系统的具体运行特征。

7.系统运行与优化

在系统运行与优化阶段，操作人员获得了系统方面的经验并修改操作，以取得最佳性能。此外，对系统的任何修改都必须记录在文件中。设施的使用和功能改变也必须记录在册，并调整系统运行。例如：电力公司的电价、人员安排或负荷情况都有可能要求蓄冷系统作运行策略上的修改。

二、冰蓄冷区域供冷系统性能测试

一般地说，蓄冷系统的性能测试必须在系统处于设计负荷时进行。但是，实际供冷很难达到设计负荷的情况，在生产负荷下测试设备的实际工作参数时，区域冷站的负荷率应达到设计负荷的60%，单台运行机组负荷应不小于其额定负荷的80%。

1.总蓄冷量

总蓄冷量应在冰池蓄满冷量后，为满足末端负荷需要进行供冷时开始测定，期间不能向冰池提供其他冷量，当冰池出水温度上升到高于冷冻水供水温度设计值时止，冰池提供的所有冷量就是冰池的总蓄冷量。对放冷速度敏感的蓄冷系统，其蓄冷槽的蓄冷量必须用设计放冷图来测试，以精确评估出设计日的可用冷量。

2.放冷速度和放冷温度

放冷速度与放冷温度的测试，是要验证放冷温度能满足负荷图中每小时的负荷要求。这项验证在放冷周期的最后几小时尤为重要。放冷速度与放冷温度一般在冰池总蓄冷量测试的同时进行评估。

3.蓄冷能力

蓄冷能力评估系统在规定时段内蓄满设计总蓄冷量的能力。测试在冰池彻底释放完冷量的条件下开始，通过在一个完整的蓄冷周期内监视向冰池输送的冷量来完成。冷水机组应能在可利用的时间内为冰池充足冷量，而且应满足在蓄冷期间的任何负荷。

4.时间安排和控制程序

时间安排和控制程序的性能测试是要验证系统在合适的时间转换到正确运行模式时的性能。这些测试的典型做法是在几个充冷-放冷周期内密切注意系统的运行状况。每次在系统供冷模式改变时，应验证所有的水泵、阀门和设定值的再设定，设备启停等自动工作状态。部分负荷时冷水机组和蓄冷量输出的合适比例也应验证。蓄冷存量的计量装置应该校正，尤其在冷量充足和放完时。

5.高峰电力需求量和能效评估

高峰电力需求量和能量效率需求，对评价一个蓄冷系统尤为重要。这些测试可以用来评价在设计中的经济分析阶段对运行费用预测的正确性；有时候，电力公司给予的电费鼓励性政策也取决于这些试验结果。冰蓄冷系统电力总需求量主要由冷水机组、水泵与冷却塔确定。电力需求值通常可以在冷水机组的控制盘上读得，也可用便携式监视仪表来计量，但是，使用计量功率因数和真实电力的仪表计量更为精确。

三、区域供冷项目责任试车软件

作者在中关村广场外融冰冰蓄冷区域供冷项目中，编制了一套责任试车软件，与冷站自控系统接口，能在系统运行的过程中自动采集监控信息的实时数据，并存入数据库中以备查询和分析。该软件用Tridium公司的基于Baja标准的Niagara Framework作为系统自动控制和仿真的平台，以Microsoft下的ACCESS2003作为与Niagara Framework进行通讯的数据库，通过VB语言编写两者的接口程序可实现两者的通信连接，使责任试车的过程更加系统、方便、全面。

在责任试车的过程中，应注意四点：

第一，蓄冷系统复杂，设备多，进行性能测试时需要监测的数据多，故责任试车过程所需的监视和调试要求应该在控制系统的扩初设计时有所考虑，比如流量计、温度计、压力计、电力监测仪表等，控制系统应该能记录下规定时间内被监视量的平均值，并能储存在数据库中以减少责任试车工作量。这样不仅可进行数天或数周的性能调试和测试，评价设备和系统在一定运行工况范围内的效率，也为计算长期效率提供可靠的数据，在全部运行工况范围内精确计量能量、设备效率等。本项目在设计阶段就考虑到了责任试车的需求，冷冻水、乙二醇、冷却水等系统各个环节的参数都用各种智能仪表采集到了自控系统中，比如双工况制冷主机，空调工况和制冰工况下的供回水温度，冷媒流量，主机输入功率都能读到，再经过软件进行数据处理可计算出主机在两种工况下的制冷量和COP。详见图2。

第二，电力参数的记录是责任试车一项很重要的内容，不单是配电系统本身可以通过这些参数找到节能潜力，它也可以为其他设备进行优化运行、节能改造提供依据和评判。建议大型蓄冷系统都设计电能质量监测仪器和网络型仪表，对主要耗电设备进行分项计量，丰富完善现有的电力监测系统，并进行数据存储。比如在做系统热平衡分析时，通过采集的数据可以计算出制冷主机的制冷量和冷却塔带走的热量，同时我们通过智能电表读取到主机的耗电量，就可以判断冷却塔带走的热量是否与主机的制冷量和耗电量之和平衡。详见图3。

第三，设备的准确性和可靠性非常重要，所有监测仪表应在责任试车之前进行校正，否则会大大影响责任试车结果的准确性。比如：冰蓄冷系统中，冷水机组与蓄冰槽的进出水温差极为重要，如果两个敏感元件中每个有0.3℃的误差，那么，在测量3℃时就会有20%的误差。

第四，在供冷的同时测得实验数据，真实负荷下的数据更能反映区域冷站的实际工作情况。不用为了测试特意设计各种工况，打乱了供冷计划，影响到对客户提供的供冷质量。

四、结论

推广责任试车是对我国现行建筑市场中设计、施工、运行相互分离所造成不良后果的改善，通过这个过程可以真正地站在使用者的角度对项目全过程进行检验和整改，可以检验建筑能源设备的使用情况，提高能源转换效率，降低建筑能耗水平，为节能减排事业做出贡献。

参考文献：

[1]赵雪莲，赵建成.绿色建筑能源系统责任试车与系统调试的差异分析[J].智能建筑，2012 （10）：57-59.

（责任编辑：赵静）