用于估算冰蓄冷（ITES）系统中能量水平的方法和系统与流程

本发明涉及冰蓄冷(ice thermal energy storage,简称ites)领域，尤其是涉及冰蓄冷系统中能量水平的估算。

背景技术：

1、由于更频繁、更极端的热浪以及发展中经济体对舒适性的更广泛需求的推动，全球制冷需求预计到2030年将增长40％(国际能源署)。灵活的区域制冷系统在遏制这些不可避免的新需求的排放方面发挥了重要作用。同时，由于住宅和工业空调的峰值负荷功率的增加，公共事业公司开始提供可变费率结构，以抑制在一天的高峰期间使用能源。因此，对于灵活的区域制冷系统，现有技术提出使用冰蓄冷ites技术。

2、冰蓄冷技术是一种利用冰作为媒介来储存能量的热储能技术。冰蓄冷系统通常包括隔热容器(储冰装置)、制冷系统和传热流体。在能源价格较低的非高峰时段，制冷系统会将水冷冻成冰，并储存在隔热容器中。在高峰时段，传热流体被循环引入隔热容器中，从冰中吸收储存的冷却能量，并将其分配到例如建筑的空调系统中。由此，这类冰蓄冷系统提供了一种经济有效的储能方式，即允许在低峰时段制冰，将其存储在隔热容器中，并在高峰时段用于制冷设施。有效应用ites变得越来越重要。

3、冰蓄冷技术具有许多优点，包括降低能源的高峰需求，提高能源效率，降低运营成本等。它通常用于商业和工业应用中，例如办公楼、医院和数据中心，这些地方需要大量的冷却需求且能源成本占据了相当大的开支。此外，冰蓄冷可以与可再生能源源，如风能和太阳能相结合，提供可靠和经济实惠的制冷解决方案。

4、冰蓄冷系统是制冷厂的一部分，通常结合不同的制冷生产和tes设备(热能储存设备，包括但不限于冰蓄冷)，具有不同的制冷能力和不同的性能曲线。制冷厂需要操作及时调整和控制生产和储存设备以满足用户的需求。尤其是，其需要对操作选择派出相应计划(例如和何时制冰、何时融冰)，以确保安全可靠的制冷生产，并最大化工厂的整体效率。

5、在冰蓄冷系统中，冰蓄能水平(冰量)是确定冰蓄能使用时间、冰蓄能结束时间和冰融结束时间的关键数据。准确的冰蓄能水平对计划工厂的操作时间表非常重要，以便确定何时制冰，何时融冰，可以提取多少冷能和能量等等。

6、由此，需要对系统的能量水平进行实时监测与估算。在现有技术中，已经提出如下估算方法：

7、-水位法

8、作为传统的冰量测量方法，液位传感器是冰蓄冷系统中最常见的冰量测量解决方案。在制冰阶段，冰会在浸入式盘管的外表面上形成，冰的密度比水低，会导致水箱水位上升。通过测量水位，可以知道冰的体积。虽然这类方法简单易用，但这种测量方法在越来越大规模的外部融冰项目中暴露出诸多缺点。首先，在设计日负荷范围内，泵的升降频率会导致液位波动，从而导致冰量在短时间内失真。其次，通气系统的开启会导致冰箱上部液位波动，从而影响测量数据的准确性。再则，测量本身也具有不准确性。此外，这种方法需要安装水位传感器，通常带有移动部件，导致维护成本高，低温下可靠性低等问题。

9、-能量积分法

10、作为改进，现有技术还提出了能量积分法(能量平衡计算)。该方法通过积分隔热容器中瞬时进出的能量来估计冰蓄冷系统中的能量水平。由于隔热容器的热损失，该方法受到误差累积的影响。因此，准确性较低，也会导致冰蓄冷系统的低效运行。

11、由此，现有技术中存在上述无法精准估算冰蓄冷系统中的能量水平的问题，这导致无法有效控制冰蓄能过程，节省能源并实现最大效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服背景技术中存在的缺陷和问题。

2、为了这个目的，根据本发明的一个方面，本发明提出一种用于估算冰蓄冷(ites)系统中能量水平的方法，包括：

3、-获取冰蓄冷(ites)系统的运行数据；

4、-使用所获得的运行数据，基于冰蓄冷系统的能量平衡和传热系数，计算冰蓄冷(ites)系统中的能量水平。

5、相对于传统的”能量积分法”中纯粹依靠热流的积分来计算能量水平，其中由于从传感器读数计算得到的估计热流的误差积累，本发明的方法通过结合传热系数的信息，实质性地提高了计算能量水平的精度。

6、进一步地，在根据本发明的估算冰蓄冷系统中能量水平的方法中，运行数据可以包括冰蓄冷(ites)系统中通过传感器测得的流体冷却剂(htm)的进出口温度数据和质量流量。

7、进一步地，在本发明中，计算冰蓄冷系统中的能量水平的步骤能具体包括：

8、-基于能量平衡计算冰蓄冷系统中能量水平的第一变化及其标准偏差；

9、-基于传热系数计算冰蓄冷系统中能量水平的第二变化及其标准偏差；

10、-根据所述冰蓄冷系统中的能量水平的第一和第二变化及它们的标准偏差，计算冰蓄冷(ites)系统中的能量水平。

11、通过本发明创造性地综合考虑能量平衡和传热系数对冰蓄冷系统的影响，能高效且精准地计算出冰蓄冷系统中能量水平。

12、进一步地，在本发明中，计算冰蓄冷系统中能量水平的步骤可以基于以下公式(1)：

13、elevt＝elevt-1+δelev    (1)

14、其中elevt为待估算的能量水平，elevt-1为已知的能量水平，δelev为冰蓄冷(ites)系统在时间间隔t内的能量水平变化，

15、其中δelev基于以下指标计算：

16、-根据能量平衡方程计算的能量变化δelev eb，及其标准偏差σelev eb

17、-根据传热关系计算的能量变化δelev hex，及其标准偏差σelevhex。

18、进一步地，δelev eb能由以下公式(2)计算：

19、

20、其中dtacq是传感器采集时间步长，tin和tout分别是流体冷却剂(htm)的入口和出口温度，cp是热容，是流体冷却剂(htm)的质量流量；

21、σelev eb通过以下公式(3)获得：

22、

23、δelev hex通过以下公式(4)获得：

24、δelev hex＝elev hex-elev t-1    (4)

25、其中

26、

27、

28、其中fbuild()和fmelt()是根据所述运行数据获得的连续函数，q是热流，dtlm是对数平均温差，

29、σelev hex通过以下公式(5)获得：

30、

31、δelev通过以下公式(6)获得：

32、δelev＝max(pdf(δelev eb，σelev eb)*pdf(δelev hex，σelev hex))

33、(6)

34、其中pdf()是概率分布函数，max()表示取结果概率分布的最大值。

35、进一步地，上述连续函数fbuild()和fmelt()能在校准阶段获得，其中校准阶段是在冰蓄冷系统运行开始时至少包含一个完整的冰蓄冷的蓄冰-融冰周期的时间段。

36、进一步地，所述传感器采集时间步长dtacq至少为2秒。

37、有利地，在根据本发明的方法中，冰蓄冷系统是内融冰蓄冷系统或外融冰蓄冷系统。

38、根据本发明的另一个方面，本发明还提出一种用于估算冰蓄冷系统中能量水平的系统，包括：

39、-用于获取冰蓄冷系统运行数据的模块；

40、-用于根据获取的运行数据，基于冰蓄冷系统的能量平衡和传热系数计算冰蓄冷系统中能量水平的模块。

41、同样，根据本发明的系统能客服现有技术中对于冰蓄冷系统中能量水平估算不精准的问题。

42、根据本发明的再一个方面，本发明还提出一种装置，包括一个处理器，配置为执行存储在计算机可读介质上的指令以执行根据本发明的方法。

43、本发明其他方面的特点和优点将在下面具体实施方式中讨论，本领域技术人员基于以下实施例能够清楚地知道本发明的内容，以及所获得的技术效果。