1 蓄冷罐闲置状况分析
2014年夏季典型日的逐时负荷变化，尽管白天太阳辐照度和气温变化幅度很大，但负荷波动很小，表明航站楼内部热源对供冷总负荷的贡献比例较大；在夜间22：00至次日06：00谷价电时段仍有较大负荷，大约为白天负荷的1/4～1/2，为了满足这部分负荷的需要，现有制冷机制冷量不足以保证在谷价电期间将蓄冷罐蓄满，造成蓄冷罐部分容量闲置。
对每日蓄冷罐的闲置量进行准确统计非常重要。在蓄冷罐中心和靠近边壁位置各设置１根竖直杆，杆上每隔0.3 m配有1个温度探头，用来监测冷水在罐内的高度。由于蓄冷罐中冷水与上部回水的换热量很小，分层界面清晰且几乎水平，因此通过监测系统可以观测每天蓄冷罐的蓄冷闲置量，但精度较差，并且由于2012年及之前对蓄冷罐的闲置率问题没有引起重视，故只有2013年和2014年的数据。
用机场开航以来每天22：00至次日06：00的总冷负荷与蓄冷罐总容量之和减去制冷机满负荷运行时的制冷量，获得较精确的蓄冷罐闲置量。通过与蓄冷罐内设置的温度探头测得的温度数据反映出来的冷水蓄存高度进行比较，发现二者吻合很好。
2013年和2014年7，8月室外平均气温分别为31.45 ℃和26.84 ℃。闲置率在较凉爽和较热年份都很大，不可忽略，较热的2013年的蓄冷罐闲置率明显大于2014年。在蓄冷罐部分闲置的同时，非谷价电时段的制冷机开启次数和运行时间增加，造成单位冷量成本升高。
上海虹桥国际机场实行分时电价制，夏季22：00至次日06：00为谷价电时段，电价为0.268元/（kW•h）；08：00—11：00，13：00—15：00和18：00—21：00为峰价电时段，电价为1.138元/（kW•h）；其余为平价电时段，电价为0.71元/（kW•h）。图1给出了不同时段的冷量成本，由图1可以看到，平价电时段的冷量成本大幅高于谷价电，这除了电价差的原因外，还由于夜间室外气温低，制冷机COP较高。另外，还可以看出，同为平价电时段，15：00—18：00时段的冷量成本偏高，这是因为该时段为室外气温最高时段，同时由于制冷机持续运行时间短，制冷机预热阶段的无效能耗过大，最终造成平均COP偏低。蓄冷罐闲置量越大，该时段开启制冷机的次数就越多，通过新增制冷机，减小蓄冷罐闲置比例，可以降低该时段制冷机开启次数或避免制冷机开启。在保证蓄冷罐不出现闲置的情况下，平均单位冷量成本可以由原来的0.08元/（kW•h）降低至0.06元/（kW•h）。
图1 典型日谷价电时段和平价电时段的冷量成本
2 当前负荷下室外气象参数与蓄冷罐闲置量的相关性
蓄冷罐闲置量的准确估计是确定新增制冷机最佳功率的关键。但是由于每年的气候差异很大，且虹桥国际机场2号航站楼的开航时间较短，已有数据不足以确定未来较长时间内蓄冷罐的闲置情况。为此，本文拟利用现有数据寻找蓄冷罐闲置量与室外气象参数的相关性，并在此基础上，根据近10 a上海地区气象数据，确定蓄冷罐闲置情况。
由图2可知，除了个别年（2009，2013，2014年）外，每年蓄冷罐闲置率与平均值相差不大，因此可以根据10 a内平均闲置量与气候的关系确定新增制冷机的最佳制冷能力。
图2 2005—2014年蓄冷罐闲置率估测结果
3 最佳新增制冷能力的确定
根据上述给出的蓄冷量不足量，可以得到为保证7，8月间蓄冷罐被蓄满保证天数比率为x时，所需要增加的制冷能力为
图3给出了2005—2014年7，8月间日平均温度低于某一温度的累计分布情况，由图3可以得到蓄冷罐被蓄满保证天数比率为x时对应的温度，并根据式（3）得到需要增加的制冷能力，见图4。
图3 2005—2014年7，8月日平均温度累计曲线
图4 不同保证天数比率下对应的新增制冷能力和日平均温度
由图4可以看出，在保证天数比率为65％～85％时，所需要的制冷能力变化相对平缓，而在保证天数比率较高时，所需制冷能力随着保证率升高急剧增大，如保证天数比率从95％增大到100％时，所需增加的制冷能力从15 760 kW增加至19 220 kW，约提高了20％。适当降低蓄冷保证天数比率对减少加装制冷机的初投资意义重大。
不同蓄冷充足保证天数比率时，蓄冷罐闲置量不同，进而造成冷量成本不同。图5给出了不同蓄冷充足保证天数比率时，7，8月蓄冷罐平均闲置率和平均冷量成本。
图5 蓄冷时间保证天数比率与冷量成本和闲置率的关系
从图5可以看出：蓄冷充足保证天数比率越高，蓄冷罐闲置率越小，冷量成本越低；但是当保证天数比率大于60％～65％以后，蓄冷罐平均闲置率和冷量成本不再明显下降；这时对应的加装制冷机制冷能力为10 780～11 400 kW（见图4）。若继续增大制冷机功率，对减小供冷成本无明显效果。这表明没有必要保证蓄冷罐在最热月所有天气下都蓄满。加装制冷机制冷能力的最佳范围为10 780～11 400 kW。
全文刊登于《暖通空调》2017年第2期
作者：
东华大学 郭华龙
上海虹桥国际机场公司 潘雷彬 应康玺
东华大学 钟珂
【近期活动】
4月20—21日·青岛 医院暖通空调设计及运行常见问题论坛
1、微信号搜索“hvac1971”或“暖通空调”。《暖通空调》创刊于1971年，是中国建筑科学类核心期刊，国家期刊奖最高奖项获奖期刊，入选2013年、2015年中国“百强科技期刊”，获得中国政府出版奖提名奖。中国暖通空调行业唯一的中央级科技期刊。本刊以实用技术为主，兼具学术性和信息性，在行业中最具影响力，被誉为权威刊物，深受广大读者喜爱，发行量在国内同行业刊物中遥遥领先。2017年《暖通空调》杂志（共12期） 240元（平邮）
